31 Августа 2011 год.
В качестве основных преимуществ теплых полов производители и продающие компании называют равномерный нагрев помещения, экономичность в плане затрат на энергоносители и эстетичность благодаря скрытому размещению нагревающих элементов – трубопроводов или электрических кабелей. Нельзя признать это полностью корректным, поскольку:
— подогрев воздуха помещения полом, по сути, большим теплообменником формирует кривую распределения температур, максимально приближенную к теоретически оптимальной для человека среднего роста (около 1.7 м), но не делает помещение равномерно нагретым, хотя в целом смена температурных зон по высоте помещения более плавная, чем при использовании традиционных теплообменников – радиаторов или конвекторов с подачей теплого воздуха;
— «водяные» теплые полы экономичней, чем электрические, но теплые полы экономичней отопительных систем с радиаторами не за счет ограниченных температур в зоне нагревающих элементов в цементной стяжке (по DIN 18353 (VOB/C) – максимальная температура в области труб 55 градусов Цельсия, в области электрических нагревательных элементов 65 градусов), а благодаря снижению коэффициента теплопередаче пола при укладке слоя теплоизоляции. Еще более экономичными по затратам на энергоносители сегодня считаются системы с укладкой труб в основание из мелкозернистого бетона на толстом слое жесткого вспененного теплоизолятора, укладываемого на подушку из тяжелого бетона при строительстве дома. Такие полы имеют сопротивление теплопередаче до 0.4 м2К/Вт в отличие от теплых полов на теплоизолирующем слое, где аналогичный показатель теплозащитных свойств редко превышает 0.17 м2К/Вт;
— эстетичными по скрытой установке будут не только системы теплый пол, но и теплые потолки, а также воздушные конвекторы, подающие теплый воздух в помещения через скрытые воздуховоды.
Принципиальная конструкция теплого пола на базе трубопровода с теплоносителем и электрических нагревательных элементов одинакова, а различия в максимально допустимых температурах в зоне нагревающих элементах вызвана разными температурными расширениями электрических кабелей и трубопроводов.
Основные требования к покрывающим нагревательные элементы стяжкам пола на цементном вяжущем регулируются положениями международных стандартов (см. таблицы ниже). В России актуальной нормативно-правовой базы по полам с обогревом пока нет, что определяет сложность правильного выбора материала и большое число рекламаций по нарушениям целостности обогреваемых полов.
Нормативные требования для цементных бесшовных полов по DIN EN 13 813.
| Нормируемый показатель, размерность | Аббревиатура | Классы |
| Прочность на сжатие, Н/мм? | C (Compressive Strength) | C5…C80 (напр. C20 прочность на сжатие >= 20 Н/мм?) |
| Прочность на растяжение при изгибе, Н/мм? | F (Flexural Strength) | F1…F50 (напр. F10 прочность на растяжение при изгибе >= 10 Н/мм?) |
| Стойкость к истиранию (абразивный износ), cм?/50 cм? | A (Abrasion) | A22…A1,5 (напр. A9 абразивный износ <= 9 cм?/50 cм?) |
Номинальные минимальные толщины цементных полов по DIN 18560-2.
| Цементный пол при толщине изолирующего слоя «с» | Класс прочности на сжатие при изгибе | Толщина стяжки цементного пола | ||||
| Сосредоточенная или удельная нагрузка | ||||||
| — <= 2 кН/м? | <= 2 кН или <= 3 кН/м? | <= 3 кН или 4 кН/м? | <= 4 кН или 5 кН/м? | |||
| Без обогрева | c <= 5 мм | F4 | >= 45 мм | >= 65 мм | — | — |
| F5 | >= 40 мм | >= 55 мм | ||||
| c <= 3 мм | F4 | — | — | >= 70 мм | >= 75 мм | |
| F5 | >= 60 мм | >= 65 мм | ||||
| С обогревом | Конструкция А | Номинальная толщина, как у необогреваемых полов, но не менее 45 мм при укладке по трубам и 40 мм при укладке по электрическому нагревательному элементу | ||||
| Конструкция В | Номинальная толщина, как у необогреваемых полов | |||||
| Конструкция С | Номинальная толщина, как у необогреваемых полов | |||||
В целом теплые полы с обогревом трубами с жидким теплоносителем сегодня делят на:
— системы, устраиваемые в бетонных основаниях при строительстве дома, толщина мелкозернистого бетона в которых не менее 10 см для обеспечения требуемой прочности конструкции на растяжение при изгибе. Принципиально конструкция мало отличается от водяных или электрических бесшовных теплых полов на теплоизолирующем слое – гидроизоляция по бетонной подушке, толстый слой жесткого вспененного утеплителя, зональная укладка секций трубопроводов, армирование по трубам и наливной пол из самовыравнивающегося мелкозернистого бетона марки прочности не менее 300 (пескобетон М-300);
— системы обогреваемых стяжек на теплоизолирующем слое, которые согласно DIN 18560 – 2004 (с дополнениями 2006 и 2009 года) и DIN 18353 – 2010 могут быть трех типов конструкций – А – с размещением трубопровода сверху слоя теплоизоляции, В – с расположением труб в слое теплоизоляции и С – с размещением труб в промежуточном выравнивающем слое стяжки.
Пока нет достоверных данных о преимуществах систем водяного пола в толстых основаниях из мелкозернистого бетона, поскольку, несмотря на существенное повышение приведенного сопротивления теплопередачи основания за счет увеличенной толщины вспененного утеплителя, на нагрев объема бетона толщиной 10 см необходимо больше энергии. В то же время благодаря большой теплоемкости бетона, определяющей неплохую теплоаккумулирующую способность материала, и умеренной зависимости сопротивления теплопередаче бетона при увеличении толщины покрывающего слоя возможно некоторое снижение энергопотребления системы во время эксплуатации.
Рис. Теплопроводность и зависимость приведенного сопротивления разных материалов для полов от толщины покрытий.
Так или иначе – системы с укладкой труб в бетонное основание можно использовать только при строительстве объекта, а в эксплуатируемых домах и квартирах оптимальные решением теплых полов остаются покрывные стяжки пола.
Основные проблемы теплых полов с покрывными стяжками пола.
Тепловое расширение цементно-песчаного покрытия 0,012 мм/мК и это удается нивелировать устройством компенсирующих деформационных швов, обычно располагаемых по границам отдельных зон в помещении.
Связывающие разные зоны трубопроводы размещают в специальных оболочках, что исключает локальные нарушения целостности стяжки пола и критические деформации трубопровода в переходах между зонами из-за жесткой связи с нагревающим элементом.
Решить проблему теплового расширения труб так же легко пока не удается, хотя проблема стала еще более актуальной с использованием полимерных труб, отличающихся значительным температурным расширением (с изменением температуры на каждые 10 градусов погонный метр трубы увеличивается/уменьшается на 0,26 мм для металлопластиковых из сшитого полиэтилена PEX-AL-PEX, на 0,3 мм для металлопластиковых полипропиленовых PP-AL-PP, на 1.4 мм для полиэтиленовых, на 1.5 мм для полипропиленовых). Существуют решения прокладки трубопровода в гофрированных оболочках, что позволяет петле трубы двигаться независимо от стяжки и компенсировать температурное расширение без появления деформационных напряжений в бетоне или самом трубопроводе.
Однако наличие воздушной прослойки в оболочке повышает сопротивление теплопередаче в многослойной структуре трубопровод-воздух-оболочка-стяжка и снижает эффективность всей системы теплый пол. С другой стороны жесткая связь трубопровода с покрытием при разных температурных расширениях бетона и трубопровода обуславливает появление деформационных напряжений, как в материале трубы, так и самом бетоне, что снижает усталостную прочность материала и провоцирует трещинообразование.
Оптимальным решением проблемы было бы формирование внутреннего канала в стяжке при твердении трубопроводом, нагретым до максимальной температуры эксплуатации, но локальный разогрев твердеющей смеси инициирует все негативные процессы температурно-влажностной усадки, которые будут проходить в жестком режиме с гарантированным нарушением целостности покрытия. По этой причине установщики теплых полов и продающие компании запрещают использовать систему обогрева до полного твердения (21 день), а иногда и полного набора бетоном прочности (28 дней).
Вместе с тем это правильно только отчасти и регулируемый щадящий подогрев рекомендуют производители, а режимы превентивного нагрева при твердении бетона уже рассматривает DIN 18 380 (VOB/C), хотя только при выполнении требований по выбору материала для покрытия — подогреваемый мелкозернистый бетон должен быть быстротвердеющим, пластичным, самоуплотняющимся и иметь минимально допустимое водоцементное отношение благодаря введению пластификаторов. Такими свойствами обладает быстротвердеющий пескобетон М 300 QUICK BETON, который согласно рекомендациям DIN 18 380 (VOB/C) в теплых полах можно прогревать ежедневно начиная с температуры + 25 °C с постепенным повышением температуры теплоносителя в трубопроводе до 55 °C к концу третьей недели процесса твердения.