Немного истории Человеку с древних времен известно, что необходимо делать для сохранения собственного здоровья. «Держи ноги в тепле, а голову в холоде», — гласит поговорка. Первые системы обогрева пола появились тогда, когда люди догадались направить дым от костра под пол хижины. Для некоторых стран востока (Япония, Корея) подобные системы отопления стали традиционными. В европейские страны такой способ обогрева пришел во времена Древнего Рима, когда знаменитые древнеримские термы оснащались теплыми полами. Трудно представить не менее знаменитые турецкие бани без теплых полов. А в Средние века дымоходы каминов и печей направляли в специальные каналы под каменные полы замков и дворцов. С появлением систем центрального отопления вновь вспомнили о теплых полах и пустили горячую воду в заранее проложенные в бетонном полу трубы. Все бы хорошо, да только надежность подобных систем была невысока, последствия аварий весьма существенны, а поиск неисправности требовал больших затрат времени и средств. В начале прошлого века начались разработки первых систем подогрева пола, для которых применялись специальные электрические нагревательные кабели. Со временем технология их изготовления совершенствовалась, появились современные материалы, в результате чего наиболее передовые предприятия (например, NEXANS в Норвегии) стали выпускать продукцию небывалой надежности и долговечности. Достаточно сказать, что кабель типа TXLP/1 имеет срок службы более 50 лет, и это проверено на практике. Вероятность выхода его из строя во время действия заводской гарантии (10 лет) менее 0,1%. Все это привело к тому, что последние 20–30 лет в наиболее развитых странах строительство жилья без использования систем обогрева теплый пол практически не ведется. Преимущества 1. Теплый пол с точки зрения строительной теплофизики — это низкотемпературная отопительная панель. При этом способе отопления распределение тепла в помещении максимально приближено к идеальному распределению (рис. 1). 2. В связи с тем, что при этом способе обогрева разница между температурами поверхности пола и воздуха невелика, в помещении отсутствуюттурбулентные потоки воздуха. Пыль не циркулирует и оседает на пол, что с точки зрения гигиены является огромным преимуществом. По строительным нормам многих развитых стран операционные, реанимационные палаты, палаты интенсивной терапии, ожоговые центры и т.п. оборудуются теплыми полами. Даже в производственных помещениях, где необходимо поддерживать идеальную чистоту (например, при производстве микросхем), иной способ отопления неприемлем. 3. Конвективные системы отопления (радиаторы, конвекторы и т.п.) до 25% мощности затрачивают на обогрев потолка и создание мощных восходящих (турбулентных) потоков воздуха. Теплый пол как система отопления — одна из самых экономичных систем и названных затрат не имеет. Более того, за счет точнейшей регулировки температуры в каждом помещении и высокой чувствительности датчиков температуры можно добиться дополнительной экономии электроэнергии, используя бесплатное тепло от бытовых приборов, освещения, солнечного тепла и т.п. В современном энергонасыщенном пространстве дома доля дополнительных источников тепла достигает 20–25% необходимого для отопления. 4. Определяя экономичность будущей системы отопления, необходимо учитывать и такие особенности, как возможность снижения температуры воздуха в помещении на 2°С без ощущения дискомфорта (экономия от 5 до 7%). Возможность установки современных систем управления на основе интеллектуальных термостатов, что ведет к дополнительной экономии 15–25% потребляемой электроэнергии. 5. Стоимость оборудования для системы теплый пол значительно ниже стоимости аналогичных по мощности систем на основе применения отопительных котлов. Анализируя стоимость системы, надо учитывать то, что она не занимает полезной площади, а в современном строительстве 1 м2 площади стоит не менее $300. Для установки отопительного котла, как правило, отводится отдельное помещение площадью 6–8 м2, а радиаторы занимают не менее метра полезной площади в каждом отапливаемом помещении. По технологии строительства монтаж системы теплый пол происходит во время изготовления выравнивающей бетонной стяжки пола с разводкой электропитания в доме. Укладка нагревательного кабеля лишь незначительно усложняет этот процесс. 6. Огромным преимуществом отопления на основе низкотемпературных нагревательных кабелей является работа по принципу «включил и забыл». Эти системы полностью автоматизированы и не требуют (в отличие от всех прочих) технического обслуживания. Нужны только периодический контроль и при необходимости корректировка температуры. Более того, существует возможность дистанционного управления. 7. Системы прямого отопления теплый пол при незначительных затратах можно преобразовать в системы с аккумулированием тепла. Грамотно спроектированные и изготовленные, они могут потреблять до 90% электроэнергии по льготному ночному тарифу, что значительно дешевле. Разница между температурами поверхности пола и воздуха невелика, в помещении отсутствуют турбулентные потоки воздуха. Пыль не циркулирует и оседает на пол, что с точки зрения гигиены является огромным преимуществом. Конструкция Существует несколько способов устройства низкотемпературной отопительной панели, которые выбираются в зависимости от конкретных условий строительства, реконструкции или ремонта помещения. Большое значение для выбора конструкции пола имеет его функциональное назначение. Система теплый пол может применяться для основного, дополнительного отопления или для комфортного подогрева пола в отдельных помещениях различного назначения. ❏ Теплоизолированная низкотемпературная отопительная панель (рис. 2) является оптимальной при новом строительстве, капитальном ремонте или при любом функциональном назначении теплого пола. ❏ Отопительная панель в клеевом слое под плиткой из натурального камня или кафеля (рис. 3) применяется при косметическом ремонте или в случае невозможности изготовления теплоизолированной панели. Используется, как правило, в системах комфортного подогрева пола. ❏ Теплоизолированная низкотемпературная отопительная панель с аккумулирующим слоем (рис. 4) применяется при новом строительстве или капитальном ремонте для устройства системы отопления с использованием двухтарифной системы оплаты электроэнергии. ❏ Конструкция для деревянных межэтажных перекрытий (рис. 5) применяется тогда, когда межэтажные перекрытия не рассчитаны на вес бетонной стяжки для устройства отопительной панели. Существуют ограничения по удельной мощности кабеля. Используются для комфортного подогрева пола или в системе отопления с ограничительным датчиком температуры пола. Последовательность изготовления 1. Плиты межэтажных перекрытий 10 имеют неровную поверхность, и после усадки кирпичной кладки (или по другим причинам) они не всегда строго горизонтальны. Вследствие этого сначала необходимо изготовить выравнивающую стяжку 9, поверх которой можно укладывать слой гидроизоляции 8 2. Затем следует выбор теплоизоляции 1 и ее монтаж. Лучшим вариантом теплоизоляции в данном случае является экструдированный пенополистирол типа «Флормейт 200» (или его аналог), выпускаемый в виде плит толщиной от 20 до 50 мм. В системах отопления предпочтительнее использовать плиты 50 мм (для повышения КПД системы). В качестве теплоизоляции можно применять и другие напольные теплоизолирующие материалы, предварительно проконсультировавшись у производителей об их совместимости с системами обогрева теплый пол. Хорошие результаты дает теплоизоляция из газобетонных плит, керамзитобетона, но при этом приходится существенно повышать толщину теплоизолирующего слоя. Для справки: 30 мм экструдированного пенополистирола = 50 мм минераловатной плиты; = 100 мм газобетонной плиты; = 150 мм керамзитобетона. Теплоизоляция должна ограждать и боковую поверхность отопительной панели от стен помещения или участка пола, где отсутствует система обогрева. В противном случае при сравнительно небольших площадях отопительной панели (1,5–3,0 м2) боковые потери могут достигать 8–10% установленной мощности. В качестве теплоизолирующего слоя иногда используют фольгированный пенополиэтилен толщиной 4–5 мм. Эффективность такой теплоизоляции мала (теплопотери уменьшаются на 10–12%), но ограничения накладываются суммарной толщиной стяжки, теплоизоляции и напольного покрытия. Использовать в качестве теплоизолирующего слоя техническую пробку толщиной 2 мм нецелесообразно, т.к. теплоизолирующие свойства тонкого слоя теплоизоляции ничтожно малы и при расчете теплопотерь ими можно пренебречь. 3. Поверх теплоизоляции укладывается кладочная или арматурная сетка 2. Ее назначение: во-первых, армировать бетонную стяжку (отопительную панель) для достижения необходимой прочности и теплопроводности; во-вторых, исключить непосредственный контакт нагревательного кабеля с теплоизоляцией. При малых площадях, когда армирование стяжки можно исключить, разрешается использовать поверх теплоизоляции ламинированную алюминиевую фольгу. При применении в качестве теплоизоляции минераловатных плит ламинированнуюфольгу необходимо укладывать под армирующую сетку. При теплоизоляции газобетоном или керамзитобетоном нет необходимости использовать арматурную сетку и тем более фольгу. Алюминиевая фольга в бетонной стяжке тепло не отражает, она лишь предупреждает непосредственный контакт нагревательного кабеля с теплоизоляцией, исключая перегрев поверхности кабеля. 4. На арматурную сетку крепится монтажная лента 3, как показано на рис. 6. Вместо монтажной ленты для закрепления нагревательного кабеля на армирующей сетке можно использовать монтажные хомуты, но ни в коем случае нельзя применять металлическую проволоку. Если в качестве теплоизоляции используют газобетонные плиты, то монтажную ленту крепят к ним при помощи гвоздей по бетону (для этого в монтажной ленте предусмотрены соответствующие отверстия). Аналогичным образом закрепляют монтажную ленту на бетонной стяжке при монтаже кабеля в клеевом слое под плиткой (см. рис. 3). 5. Монтаж нагревательного кабеля 4 производится в соответствии с заранее рассчитанным шагом укладки — h. Для расчета необходимо измерить площадь пола, предназначенную для отопительной панели, — S. Тогда h = S/L, где L — длина греющей части кабеля. Отопительная панель не должна заходить под стационарно устанавливаемую мебель (например, кухонную стенку) и оборудование (стиральная машина, кухонная плита, ванна и т.п.). Длина греющей части кабеля указана в документации на кабель, а также на упаковочной коробке. На греющую часть кабеля нанесена маркировка, указывающая тип, мощность и удельную мощность (например, TXLP/11250/17). Пример укладки кабеля см. рис. 6. Место соединения греющей части кабеля с «холодным» концом имеет маркировку Splice 5 (в греющих кабелях других фирм на этом месте располагается соединительная муфта) и должно находиться в бетонной стяжке. «Холодные» концы кабеля 6 имеют маркировку и могут быть обрезаны до необходимой длины (исходная длина около 2 м). Во время монтажа кабеля нужно придерживаться основного правила: расстояние между кабелем всегда равно шагу укладки, между кабелем и границей отопительной панели — полушагу. Соблюдение этого правила гарантирует равномерный нагрев поверхности пола и облегчает процесс укладки. Изменять длину греющей части кабеля категорически запрещено! 6. Монтажная трубка 23 устанавливается в системах комфортного подогрева пола; отопления с ограничительным датчиком температуры пола. Назначение монтажной трубки — защита датчика температуры пола 22 и обеспечение легкости демонтажа в случае выхода его из строя. Один конец трубки подходит к монтажной коробке, где будет установлен термостат 21, другой (предварительно заглушенный) располагается между соседними витками кабеля как можно ближе к поверхности пола (см. рис. 6). При установке монтажной трубки радиус изгиба не меньше четырех ее диаметров, а диаметр трубки не менее 16 мм. В системах, применяемых при косметическом ремонте, для установки монтажной трубки необходимо пробить штробу в существующей стяжке (см. рис. 3). В деревянныхполах (см. рис. 5) монтажную трубку не заглушают. 7. Для изготовления бетонной стяжки 7 отопительной панели рекомендуется использовать цементно-песчаную смесь с соотношением цемента и песка ⅓. Марка цемента не ниже 400, а песок — просеянный. В настоящее время получили широкое распространение специальные строительные смеси для изготовления стяжки теплого пола с улучшенными теплофизическими свойствами. Толщина бетонной стяжки для равномерного нагрева поверхности пола должна быть не менее 30 мм, но при толщине более 40 мм чрезмерно увеличивается инерционность системы обогрева. Для изготовления аккумулирующего слоя (см. рис. 4) желательно использовать бетон с наполнителем в виде щебня (самый теплоемкий щебень— магнезитовый). Заливать бетон необходимо в один прием на конкретную отопительную панель. Каждая отопительная панель должна иметь тепловой шов по периметру панели шириной не менее 4 мм (см. рис. 2, 1). Заливка бетоном кабеля в два или более приемов может привести к образованию трещин в отопительной панели. 8. Ограничения на материал напольного покрытия 13 накладывает удельная установленная мощность системы обогрева Руд. Для деревянных покрытий 20 существует ограничение по толщине — не более 24 мм для дерева твердых пород и 22 мм для дерева мягких пород. При Руд≥ 130 Вт/м2 не рекомендуется применять деревянные покрытия, при Руд≥150 Вт/м2 — линолеум и ковролин, а при Руд≥160 Вт/м2 — ламинат. Для кафельной плитки, натурального камня, вакуумного бетона и т.п. этих ограничений нет. 9. Установка термостата 21 производится в стандартную монтажную коробку, от которой до уровня теплоизоляции должна быть проложена штроба. В штробу укладываются «холодные» концы нагревательного кабеля 6 и монтажная трубка 23 для датчика температуры пола (см. рис. 6). Высота установки термостата для систем комфортного подогрева пола принципиального значения не имеет и может быть любой, но не ниже 30 см, а в системах отопления желательно устанавливать термостаты на уровне 1,5 м от пола. Подключать термостат необходимо в соответствии с электрической схемой, входящей в инструкцию по монтажу. Термостаты для систем отопления оснащены, как правило, встроенными датчиками температуры воздуха; для систем комфортного подогрева пола — выносными датчиками температуры пола 22. Выносные датчики температуры пола необходимо помещать в заранее проложенные монтажные трубки 23 с целью облегчения их замены в случае необходимости. 10. Линия электропитания для теплого пола должна быть в обязательном порядке оснащена соответствующим по мощности устройством защитного отключения (УЗО) с током срабатывания не более 30 мА. 11. Ввод системы в эксплуатацию (включение) можно производить только после становления бетонной стяжки, которое занимает от двух до четырех недель в зависимости от марки и добавок. Не рекомендуется в зимний период во время заливки стяжки сушить бетон, включая нагревательный кабель, если это не предусмотрено технологией изготовления бетона данного состава. Технологические особенности монтажа 1. Так называемый тонкий теплый пол (см. рис. 3) применяется при замене старого напольного покрытия с установкой системы обогрева. Обычно такая реконструкция проводится при косметическом ремонте помещений. Уровень пола при этом, если и можно изменить по сравнению с прежним уровнем, то на несколько миллиметров, но не более. В таком случае нагревательный кабель монтируется на существующую стяжку 12, исходя не из расчета нужной мощности, а из необходимости обеспечить равномерный нагрев поверхности пола. При напольном покрытии из кафельной плитки равномерный нагрев можно обеспечить при шаге укладки менее 100 мм. Минимальный шаг укладки кабеля зависит от многих параметров и должен указываться в инструкциях по монтажу (для кабеля TXLP/1 — 40 мм). Несколько завышенная установочная мощность может оказаться необходимой, т.к. при косметическом ремонте определить толщину существующей стяжки 12, а также наличие и качество теплоизоляции чрезвычайно трудно. Для установки датчика температуры пола в существующей стяжке необходимо изготовить штробу под монтажную трубку 23. После монтажа кабеля нужно залить его клеевым или цементно-песчаным раствором 11, дать затвердеть и только после этого укладывать плитку. При укладке плитки непосредственно на кабель возможно механическое повреждение кабеля. Учитывая диаметр кабеля (у TXLP/1 — 6 мм) и минимально возможную толщину клеевого слоя для плитки, толщина такой стяжки будет находиться в пределах от 6 до 10 мм. Довольно популярные в последнее время нагревательные маты и миллиматы (тонкий нагревательный кабель, в заводских условиях закрепленный на пластиковую сетку) не имеют никаких преимуществ по сравнению с вышеизложенной технологией, но часто применяются при косметическом ремонте полов. Технология укладки нагревательных матов относительно проста, но это, пожалуй, единственное их достоинство. Надежность тонких и сверхтонких кабелей, применяемых в нагревательных матах, значительно ниже рассматриваемых безмуфтовых кабелей. Повредить миллимат при монтаже легко, т.к. кабель имеет минимально возможную толщину электроизоляции и защитной оболочки. Миллиматы с установочной мощностью 130–150 Вт/м2, применяемые при косметическом ремонте, значительно дороже нагревательных кабелей, установленных по вышеизложенной технологии. Миллиматами можно оборудовать пол только такой конфигурации, которую легко представить в виде набора прямоугольников заданного размера; нагревательный кабель легко равномерно распределить по площади любой конфигурации. По этим причинам технология установки миллиматов нами не рассматривается. 2. Теплые полы с аккумулированием тепла нашли широкое применение в системах отопления там, где применяется льготный ночной тариф на потребляемую электроэнергию (см. рис. 4). В ночное время система накапливает необходимую для отопления энергию в тепловом аккумуляторе, который в дневное время постепенно разряжается, обогревая помещение. Если мощности аккумулятора недостаточно, включается директивная система обогрева, расположенная поверх аккумулирующего слоя. Термостат, управляющий накоплением тепла, должен иметь датчики температур: наружной и аккумулирующего слоя. Мощность системы определяется фактическими суммарными теплопотерями помещения, учитывая, что в аккумулирующий слой устанавливаются кабели мощностью в полтора раза превышающей расчетную величину, а в директивный слой — 50% расчетной величины. В индивидуальном и малоэтажном строительстве системы с аккумулированием тепла устанавливают на первом этаже, на последующих этажах обычно монтируются системы прямого отопления (см. рис. 2). 3. Теплые полы в деревянных межэтажных перекрытиях. Деревянные перекрытия, как правило, не рассчитаны на вес бетонной стяжки, поэтому необходимо применять соответствующую конструкцию пола (см. рис. 5). На черновом полу 16 на расстоянии 300–400 мм друг от друга устанавливаются черепные бруски 17 толщиной 30–40 мм. Между черепными брусками укладывают теплоизолятор 1, поверх него кладут ламинированную фольгу или оцинкованную сетку 18 с заходом на черепные бруски 10–15 мм. Нагревательный кабель монтируется с помощью монтажной ленты, закрепленной на черепных брусках или хомутами к сетке. В местах перехода кабеля через брусок в последнем делаются пропилы шириной 30 мм до теплоизоляции. В этом месте на брусок под кабель укладывается металлическая фольга. По черепным брускам монтируется чистовой пол 20. Хорошие результаты дает использование щитового паркета, шпунтованной половой доски из твердых пород дерева, многослойной фанеры с последующей установкой ламината и т.п. (для дерева мягких пород его толщина должна быть менее 20 мм, твердых пород — менее 25 мм). Независимо от назначения системы обогрева ее удельная установочная мощность не должна превышать 130 Вт/м2, а удельная мощность кабеля — 17 Вт/м. По углам помещения в чистовом полу необходимо в зависимости от площади пола изготовить вентиляционные отверстия соответствующего сечения (на каждые 10 м2 пола — 70 см2 отверстий). При любом назначении системы обогрева непременным является контроль температуры в воздушной подушке 19. Термостаты системы отопления, наряду с датчиком температуры воздуха, должны иметь ограничительный датчик температуры пола для контроля температуры воздушной подушки (не более 40°С). Межэтажная теплоизоляция 15 существенно увеличивает КПД системы отопления, величина которого достигает 95–98%. 4. Способы монтажа нагревательного кабеля зависят от сложности конфигурации отопительной панели и от типа кабеля. Самый распространенный способ укладки одножильного кабеля (см. рис. 6) применяется при сравнительно несложной по конфигурации площади пола, в других случаях используют либо способ укладки, представленный на рис. 7, либо двухжильный кабель марки TXLP/2R (рис. 8). Двухжильные кабели на 20–30% дороже одножильных за счет того, что в их общих экранирующей и защитной оболочках параллельно нагревательной жиле проложен медный провод со своей электроизоляцией. Вести монтаж нагревательного кабеля необходимо в соответствии с рекомендациями раздела «Последовательность изготовления». При креплении кабеля монтажными хомутами к армирующей сетке нужно перед заливкой бетонной стяжки обрезать лишние концы хомутов. Обратить особое внимание: прохождение трубопроводов с горячей водой (в т.ч. фановых) в низкотемпературной отопительной панели запрещено. Если нет возможности избежать подобной ситуации, то трубу перед заливкой стяжки необходимо тщательно изолировать специальной трубной теплоизоляцией с толщиной стенки не менее 15 мм. Минимальное расстояние между нагревательным кабелем и теплоизолированной трубой должно быть не меньше расчетного шага укладки. Датчик температуры в этом случае необходимо располагать между трубой и ближайшим витком кабеля. Не рекомендуется одним кабелем обогревать два помещения с различными температурными режимами. Температура кабеля контролируется только в том помещении, где установлен термостат, в другом помещении температуру кабеля ничто не ограничивает, и он может выйти из строя. В помещениях, где требуется проложить несколько кабелей, рекомендуется каждый кабель или группу кабелей мощностью свыше 2,5 кВт подключать через свой термостат. Это снижает затраты электроэнергии и уменьшает пиковые нагрузки на сеть.