Я абсолютно уверен, что для проектировщика критически важна обратная связь. И мой опыт, надеюсь, будет полезен многим. Не надо думать, что всё ограничивается моей квартирой. Самый большой и интересный проект отопления «теплыми полами», выполненный под моим руководством, — это аквапарк «Лимпопо» в городе Екатеринбурге. Самый любимый — родильный дом в городе Среднеуральске (к беременным женщинам у меня особое нежное отношение). Но сегодня мы поговорим только об отоплении жилых помещений. Я считаю панельно-лучистое отопление отличным видом обогрева: вечным, невидимым, комфортным. Надеюсь, вы его тоже полюбите.
Расчеты
Сегодня существует множество расчетных программ, помогающих проектировать «теплые полы». В 2005-м году они тоже были, хоть и не в таком количестве. Я ими не пользовался, а расчеты вел (и веду) «по учебникам». Теплотехнические — по формулам, приведенным в учебнике А. Н. Сканави [1]. Гидравлические — по формулам из пояснительной записки таблиц А. Я. Добромыслова [2]. Почему так? На то есть несколько причин. Главная — желание понимать, что я делаю и откуда берется та или иная цифра. В частности, если мы возьмем рекомендации REHAU [3] и заглянем в раздел «Проектирование», то увидим, что удельная теплоотдача «теплого пола» принимается в 11 Вт/(м2⋅К). Тот же Сканави для упрощенных расчетов рекомендует принимать это значение в диапазоне 9,3–12,2 Вт/(м2⋅К). И приводит формулы для точного расчета. Если усреднить результаты моих расчетов, то эта цифра будет ближе к 10 Вт/(м2⋅К). Разница не принципиальна, согласен, но ощутима. Не могу утверждать, что в программе RauCAD реализован такой «упрощенный» метод. Но не могу утверждать и обратное.
Есть еще нюанс, который меня волновал. «Классическая» методика расчета тепловых потерь исходит из следующих предположений: помещение отапливается отопительными приборами; температура воздуха в помещении выше температуры поверхности ограждающих конструкций; коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности наружных стен принимается равным 8,7 Вт/(м2⋅°C).
Если отопление панельно-лучистое — человек чувствует себя комфортно при более низкой температуре воздуха за счет снижения излучения своего тела на более нагретые поверхности, которые его окружают
В случае панельно-лучистого отопления температура внутренней поверхности ограждающих конструкций будет выше (за счет высокой лучистой составляющей), что, в свою очередь, увеличит теплопотери помещения. С другой стороны, при панельно-лучистом отоплении наблюдается отрицательный градиент температур по высоте помещения, что снизит теплопотери. Еще надо учитывать то, что тело человека обменивается теплом с окружающим миром и конвекцией, и излучением. Если отопление панельно-лучистое — человек себя чувствует комфортно при более низкой температуре воздуха за счет снижения излучения своего тела на более нагретые поверхности, которые его окружают. Сканави все эти нюансы учитывает. Учитывают ли их распространенные компьютерные программы — сказать не могу. Для желающих разобраться с теплотехническим расчетом «теплых полов» могу порекомендовать диссертацию М. Б. Тарабарова [5]. Жалею, что попалась она мне на глаза только в этом году — в ней всё очень хорошо и подробно написано.
С гидравлическим расчетом тоже были вопросы. В «теплом полу» множество плавных загибов (радиус поворота превышает пять диаметров). Не учитывать их нельзя. Заявленный КМС (коэффициент местного сопротивления) такого загиба у разных производителей различается в разы, а некоторые его вовсе не приводят. Как эти загибы учитывают компьютерные программы — я не знаю. Я считал их сопротивление по справочнику И. Е. Идельчика [4], формулы которого учитывают сечение трубы, угол и радиус загиба.
Еще важный нюанс. Во всех рекомендациях, посвященных «теплым полам», встречается требование о том, что трубы должны быть уложены горизонтально, в одной плоскости. И это понятно: если труба при монтаже образует «бугор», как это показано на рис. 1, то его вершина — отличное место для накопления воздуха и образования воздушной пробки. Уложить трубы идеально ровно — задача трудновыполнимая, особенно на больших площадях и при использовании труб малого диаметра. Поэтому я стараюсь в расчетах обеспечить скорость течения теплоносителя не ниже 0,15 м/с, чтобы пузырьки воздуха увлекались током жидкости. Если же не получается «нормальной» скорости (и такое бывает), то даю указание монтажникам быть особенно аккуратными.
Что еще считается? Шаг, с которым укладывается труба. Тут у нас выбор невелик, поскольку есть минимальный радиус загиба трубы, равный пяти ее диаметрам. Полы в основном «мотают» трубой с наружным диаметром 16 и 20 мм. Можно использовать 10-миллиметровую трубу, но она хороша только на полах малой площади (попробуйте посчитать гидравлическое сопротивление змеевика «теплого пола» для комнаты 5 × 3 м из 10-миллиметровой трубы). Для 16-й трубы минимальный шаг укладки составит 160 мм. Для 20-й трубы — 200 мм. Можно, конечно, наматывать полы «витиевато», как на рис. 2. Но монтажники вам за это благодарны не будут.
Максимальный шаг у нас теоретически не ограничен. Есть только требование СНиП 41-01–2003 о максимальной температуре поверхности пола по оси трубы в 35 °C. Но, как его выполнить, я не знаю — методики расчета температуры поверхности пола по оси трубы нигде не встречал. При чем тут максимальная температура? Больше шаг — меньше трубы в одном квадратном метре пола.
То есть, для той же теплоотдачи нужна более высокая температура теплоносителя и, соответственно, более высокая температура поверхности пола по оси трубы. Помимо этого, при большом шаге увеличивается неравномерность нагрева пола, его «полосатость». Особенно при тонкой стяжке. Нога эту особенность прекрасно чувствует, что некомфортно.
Для снижения «полосатости» уменьшаем перепад температур в контуре за счет увеличения расхода теплоносителя. В результате резко растет гидравлическое сопротивление. Вот так — покрутимся-покрутимся, и уменьшим шаг. В итоге я пришел к следующему алгоритму расчета: исходя из теплопотерь определяем требуемую теплоотдачу «теплого пола», то есть требуемую температуру поверхности, фиксируем перепад температур теплоносителя на контуре в 10 °C (или менее), подбираем шаг укладки и температуру теплоносителя, которые обеспечат требуемую теплоотдачу, при этом контролируем гидравлическое сопротивление контура и скорость теплоносителя. Чем ближе к 10 °C будет перепад температур теплоносителя, тем дешевле и экономичнее в итоге будет циркуляционный насос. В подавляющем большинстве случаев шаг у вас получится 200 или 250 мм, а температурный режим близок к 45/35 °C. Повторюсь, мы говорим о жилых комнатах, а не о футбольных полях или бассейнах.
Вы можете спросить — как же я считал всё это? Я — неплохой «доморощенный» программист, поэтому сумел написать небольшой расчетный модуль, которым и пользуюсь. Мои многолетние наблюдения подтверждают, что действительность соответствует расчетам. Или расчеты — действительности.
Монтаж
Монтаж «теплых полов» достаточно прост, тут даже особо говорить не о чем. Я бы хотел акцентировать внимание на применении пластификатора для бетонной стяжки. Толстая стяжка хороша только для строителей — меньше проблем и больше денег. А вот будущему владельцу «теплого пола» чем она тоньше, тем лучше: дешевле, больше высота помещения, меньше тепловая инерционность (об этом мы еще поговорим). Поэтому, как правило, стяжку делают минимально возможной толщины. Очень подробно рассмотрены различные варианты стяжек в рекомендациях REHAU [3]. Минимальная ее толщина составляет 30 мм (это не универсальное правило, ведь минимальная толщина возможна только при определенных условиях, описанных в рекомендациях). Максимальный размер одной пластины «теплого пола» может составить 5 × 8 м (если размер «теплого пола» больше — разбиваем на несколько пластин).
Представьте себе такую вот конструкцию: 5 × 8 × 0,03 м. Появляется подспудное опасение, что может треснуть. Может. Чтобы не треснуло, приходит на помощь пластификатор.
Определяем требуемую теплоотдачу «теплого пола», фиксируем перепад температур теплоносителя на контуре в 10 °C, подбираем шаг укладки и температуру теплоносителя, , при этом контролируем гидравлическое сопротивление контура и скорость теплоносителя
Насколько я понимаю, основное его предназначение — увеличить подвижность бетонной смеси при меньшем количестве воды и повысить теплопроводность бетона. Более подвижная бетонная смесь легче протекает в сложную конструкцию «теплого пола» и более гомогенна, что увеличивает теплопроводность. А большее количество цемента (меньше воды — больше цемента) увеличивает прочность бетона. В настоящее время на рынке представлено множество пластификаторов для бетона, как в сухой, так и в жидкой форме. Я использовал пластификатор от REHAU.
Еще я считаю важным не нагружать стяжку раньше времени. Обычное ведь дело: дали стяжке постоять пару дней — и пошли по ней, да еще с мешком на плечах. 150 кг на площади в одну подошву — это большая нагрузка на не созревший бетон. Дайте стяжке выстояться. Я на три недели вообще квартиру закрыл. И стяжка получилась всем на диво.
Бесспорно, стяжка не должна терять воду при созревании. Я закрывал всю поверхность стяжки полиэтиленовой пленкой, чтобы исключить испарение. Без сомнения, по периметру стяжки должна прокладываться демпферная полоса, принимающая на себя ее тепловое расширение. Я ранее использовал для этого пенопласт сантиметровой толщины. Сегодня доступны специальные демпферные ленты различных производителей. Пластина «теплого пола» обязательно должна быть ограниченного размера, и между пластинами также следует прокладывать демпферную полосу. Чаще всего рекомендации такие: площадь — менее 40 м2, длинная сторона — не более 8 м.
Важное наблюдение! Я вел авторский надзор на строительстве автоцентра, где отопление шоу-рума осуществлялось «теплыми полами». Остекление еще не было смонтировано. На дворе — «золотая осень»: днем 15 °C, ночью до 0 °C. Трубы монтировались днем, жестко крепились к монтажной сетке. Ночью труба остывала, сокращалась, и на поворотах образовывались множественные заломы. Нам-то, инженерам, всё понятно, а вот строители предъявили претензии поставщикам трубы, мол, «дефектная она у вас». Те переадресовали к ГИПу, то есть ко мне: «у нас всё по проекту». Я оказался в непростой ситуации, поскольку формально монтаж велся при допустимой температуре. А про то, что нельзя остужать смонтированную трубу, ни в проекте, ни в нормативной документации не написано. Мы сумели договориться, благо труба была из сшитого полиэтилена, и при нагреве до определенной температуры она восстанавливала исходную форму (эффект памяти PE-X). Но с тех пор я всем рекомендую продумывать подобные ситуации на этапе проектирования. И писать побольше указаний. Ибо — чревато!
Покрытие
Если «теплый пол» мы рассматриваем как систему отопления, то выбор покрытия невелик. Оно должно быть с высоким коэффициентом теплопроводности. Лучший вариант — керамическое. Похуже — полимерные покрытия типа линолеума или наливных полов. Еще хуже — ламинат. Паркет и деревянный пол — это уже не система отопления, а система подогрева пола. Знаю, что есть виды ламината и паркета, изготовленные специально для «теплого пола». Но в магазинах Екатеринбурга я их не встречал, хотя и пытался найти (обещали привезти под заказ). Все «теплые полы» в моей квартире покрыты керамогранитом.
Тепловой узел
Тепло мои полы получают от системы отопления дома (схема см. рис. 3). Гидравлическую развязку я обеспечил с помощью гидрострелки, установил циркуляционный насос и понизил температуру за счет подмеса «обратки». Температурный режим составляет 45/35 °C.
Автоматика
На каждом контуре установлен регулятор для «теплого пола» Multibox-K от компании Heimeier (показан на рис. 4). Подобные регуляторы есть у Danfoss и не только. Существуют разные виды подобных регуляторов: с регулировкой по температуре воздуха, с регулировкой по температуре «обратки» и комбинированные (воздух + обратка). Я выбрал регулировку только по температуре воздуха, поскольку «теплые полы» — единственный элемент системы отопления. А будь у меня комбинированная система с радиаторами — пришлось бы и регуляторы ставить комбинированные, чтобы была возможность ограничить температуру поверхности пола.
Тут вот еще какое замечание хочется вставить. Если у вас комбинированная система отопления, регуляторами прямого действия не обойтись. Можете поспорить на эту тему с «опытными монтажниками» — они будут доказывать обратное (у меня большой опыт подобных споров). Хотите доказательств?
Я выбрал регулировку только по температуре воздуха, поскольку «теплые полы» — это единственный элемент системы отопления. Будь у меня комбинированная система с радиаторами, пришлось бы и регуляторы ставить комбинированные
Вот вам мои аргументы. Алгоритм управления комбинированной системой отопления должен быть таким: пока хватает мощности «теплого пола» — радиаторы заблокированы, «теплый пол» регулируется по температуре воздуха. Если не хватает мощности, то «теплый пол» работает «на полную», а радиаторы регулируются по температуре воздуха. Без электроники это не реализуемо. Можно, конечно, поставить на «теплый пол» регулятор по «обратке», а на радиаторы — термоголовки. Но температура воздуха при этом будет регулироваться только тогда, когда «теплого пола» будет «не хватать», всё остальное время она будет избыточной. Не согласны? Поразмыслите над сказанным. И согласитесь. Да, в регуляторах Multibox-K применен термостатический вентиль с преднастройкой, что сразу решает вопрос балансировки контуров.
Наблюдения
Я знаю, что есть люди, профессионально изучающие системы отопления «теплым полом». У них намного больше «правильной» информации, чем у меня. Но более любопытного и наблюдательного пользователя «теплыми полами», чем я, надо еще поискать. Во многом мои наблюдения совпадают с теорией, но не во всем. Первое мое неприятие теории — это расчетная температура воздуха. Речь идет о том, что в случае панельно-лучистого отопления человек чувствует себя комфортно при меньшей температуре воздуха. Я не чувствую. И моя семья тоже. Нам комфортно при температуре воздуха в 22–24 °C. Чем ниже температура на улице, тем выше комфортная температура. Пробовали жить при 20 °C — холодновато, не комфортно. Почему это так — я объяснить не берусь, а гадать не хочется. Но при расчете «теплых полов» я бы задавался температурой не ниже 22 °C.
И еще про температуру воздуха. Ощущение комфорта меняется. Зависит от активности. От того, уставший ты или отдохнувший, хорошо себя чувствуешь или не очень. В дождь хочется, чтобы было потеплее. Спится мне лучше всего при 18 °C, а вот сын любит похолоднее — 16 °C (или у него одеяло более теплое?). Соответственно, обязательно нужно иметь возможность индивидуального задания температуры воздуха в каждом помещении. И лучше, если с таймером для переключения на «ночную» температуру. Вариант, когда регулируется температура в контуре «теплых полов» целиком, пусть даже по отопительному графику, не обеспечит надлежащего комфорта.
Также температура зависит от инерционности системы отопления. «Теплые полы» очень инерционны, даже тонкая плита (у меня 50 мм). Это главный недостаток панельно-лучистого отопления.
Утром после сна температура в помещениях в точности соответствует уставке. Как только семья проснулась — температура тут же поднимается в среднем на 2 °C за счет тепловыделений. И приходит в границы нормы не раньше, чем через два-три часа.
Я с трудом себе представляю, что происходит с температурой воздуха в помещениях, в которых трубы проложены в монолитном ядре здания. Там тепловая инерция в разы выше. Предполагаю, что комфортные условия там возможны только если теплопотери превышают мощность системы панельно-лучистого отопления, и догрев осуществляется низкоинерционными радиаторами. Устранить этот недостаток невозможно, но повысить комфортность можно. При помощи интеллектуальных терморегуляторов с таймером, способных к заданному часу понизить температуру в помещении, а также умеющих учитывать инерционность системы отопления. Можно, кстати, использовать регуляторы для электрических «теплых полов». Им без разницы, что к ним подключено: греющий кабель или вентиль водяного «теплого пола».
Температура поверхности пола не менее важна, чем температура воздуха. СНиП 41-01–2003 определяет следующие ограничения: в помещениях с постоянным пребыванием людей — не более 26 °C; в помещениях с временным пребыванием людей — не более 31 °C; по оси трубы змеевика «теплого пола» — не более 35 °C.
А что же ощущения? Пол с температурой поверхности в 26 °C воспринимается ногой (босой или в тонком носке) как холодный, ноги мерзнут, хочется одеть тапочки. 27–28 °C — нейтральная температура, можно ходить босиком, ощущение, что пол не холодный. 29– 30 °C — пол становится ощутимо теплым и приятным. Выше 30 °C — через 15–20 минут хочется найти место похолоднее, ногам становится некомфортно.
Пол с температурой поверхности в 26 °C воспринимается ногой как холодный, ноги мерзнут. 27–28 °C — нейтральная температура, можно ходить босиком, ощущение, что пол не холодный. 29–30 °C — пол становится ощутимо теплым и приятным
Нужно иметь в виду, что речь идет о керамическом покрытии пола. Если до тех же температур нагреть ламинат — ощущения будут скорее всего другие. Так что, проектируя «для себя», температуру поверхности пола я бы принял на уровне 29–30 °C. Не надо забывать, что расчетная температура будет наблюдаться только во время «наиболее холодной пятидневки», всё остальное время пол будет холоднее. В журнальных статьях муссируется мнение, что теплый пол вреден для сосудистой системы ног, что проводились на эту тему исследования. Но серьезной аналитики на эту тему я не видел. Думаю, что в этом есть рациональное зерно — при длительном (несколько часов) нахождении в помещении с температурой пола выше 30 °C возникает ощущение тяжести в ногах. Но только если выше 30 °C. С другой стороны, при длительном нахождении на холодном полу возникают… сопли. Вам лично что больше нравится? Мне еще приводили такой довод: мол, ты сделал идеальный комфорт дома, а как же закаливание? Изнежишь себя и домашних. А вот этого я не боюсь. Закаляюсь я на улице и в других, менее комфортных помещениях. Зато дома полноценно отдыхаю.
Вы можете спросить: как же я измерял эту температуру? Тепловизора у меня нет. Да он и не нужен: я просто положил термометр на пол и накрыл его сверху большим матрасом. В силу высокой инерционности температура пола, накрытого матрасом, не успела измениться за время проведения измерения. А матрас и термометр за 15 минут приобрели температуру, близкую к температуре поверхности пола. Погрешность, по моим оценкам, не превысила 1 °C.
Давайте скажем пару слов о ванных комнатах и санузлах. Я определил для себя идеальную температуру в ванной комнате — 28 °C. При ней мокрое тело не ощущает холода. Понятно, что температура пола при этом выше 30 °C. Но в ванной мы проводим совсем немного времени, и никакого дискомфорта от «перегретого» пола не ощущается. И мой совет монтажникам: не оставляйте под ванными и унитазами пустых пространств, наматывайте трубы «теплого пола» по всей площади. И унитаз, и ванна у вас всегда будут теплыми, что очень приятно, уж поверьте моему опыту.
Еще пару слов о покрытии. Многие округляют глаза, узнав про керамогранит в моей квартире. Мол, это же не бассейн, и не офис. А мне очень нравится. Даже очень-очень. Пол всегда в идеальном состоянии в силу своей прочности и износостойкости. Абсолютно влагостоек. Абсолютно экологически безопасен. Не возникает заряд статического электричества, как в случае с синтетическими покрытиями. Только вот посуда бьется сразу «насмерть». Зато нет посуды с трещинами — вся как новая.
Есть мнение, что в помещениях с «теплыми полами» окна «плачут», и надо обязательно устанавливать радиаторы или конвекторы. Теория это опровергает. В нашем регионе зимой низкие температуры, и относительная влажность воздуха после нагрева стремится к нулю. Способность к ассимиляции влаги — колоссальная. Если специально не увлажнять воздух, то относительная влажность в помещении не превышает 20 %. И чем холоднее воздух на улице, тем ниже влажность в помещении. При таких условиях конденсация влаги на внутренней поверхности стеклопакета (даже без селективного покрытия) невозможна. Конечно, если стеклопакет «правильный» — соответствующий ТСН по энергоэффективности, то есть практически любой, имеющийся в продаже. Практика всё вышесказанное подтверждает полностью. У меня во всех комнатах зимой работают увлажнители, есть гигрометр. При поддержании относительной влажности в пределах 50 % конденсата на окнах нет. Если поднять до 60 % — при температурах ниже –25 °C появляется легкий конденсат на углах. Самая низкая температура за последние девять лет у нас была –43 °C. Увлажнители при этом работали, влажность была 45 %, конденсации не было. У вас не так? Значит, у вас проблемы с вентиляцией.
Мифы
Тему панельно-лучистого отопления жилых помещений сопровождают несколько устойчивых мифов. Их активно поддерживают как менеджеры по продаже оборудования, так и «опытные монтажники». Не могу не высказаться на эту особенно актуальную для потребителя тему.
Первый миф — «теплый пол экономичнее радиаторного отопления». Особенно смелые утверждения мы слышим от продавцов электрических тонкопленочных систем: «в дватри раза экономичнее». Существенный экономический эффект от отопления «теплым полом» возможен в высоких помещениях типа цехов и ангаров. Там он объясняется большим отрицательным градиентом температур по высоте помещений. В диссертации Тарабарова [5] есть наглядные графики. Но даже там речи о «в два-три раза» не идет. А в стандартных жилых помещениях этот эффект вообще несущественен.
Существенный экономический эффект от отопления «теплым полом» возможен только в высоких помещениях типа цехов и ангаров. Там он объясняется большим отрицательным градиентом температур по высоте помещений. А в стандартных жилых помещениях этот эффект вообще несущественен
Второй миф — «теплый пол для комфорта ног». Это уже монтажники «отжигают». Они предлагают заказчикам сделать, помимо системы отопления, «подогрев пола»: «чтобы ногам было тепло». Заказчики зачастую наивны в инженерных вопросах, у них в голове «теплый пол» и отопление как-то разделяются. Но мы-то с вами инженеры, и понимаем, что если ногам тепло — температура пола 29–30 °C. Это большое количество тепла. Если пол регулируется по температуре поверхности — в помещении всегда будет жарко. Если по температуре воздуха — пол работать не будет, поскольку система отопления обеспечит требуемую температуру воздуха.
Третий (последний) миф — «теплый пол» может быть единственным источником отопления только в «мягком» климате. Давайте вспомним про энергосбережение. Фактически каждый регион Российской Федерации выпустил территориальные строительные нормы, в которых зафиксировал требуемые термические сопротивления ограждающих конструкций и ввел нормативы удельного энергопотребления. Архитекторы стараются придерживаться этих норм и при проектировании частного жилья (хотя не обязаны). Если следовать этим нормам, в большинстве жилых помещений «теплый пол» может быть единственным источником отопления.
Понятно, что будут сложности при двух и более наружных стенах, или при витражном остеклении, или при большой высоте помещения. Но это всё легко просчитывается.
Выводы
У меня не вывод. У меня призыв: «Полюбите системы панельно-лучистого отопления! Не бойтесь их. При правильном расчете они близки к идеалу».
