Системы «теплый пол» известны почти столько же, сколько существует отопление вообще. Одно из первых упоминаний касается теплых полов в древнеримских термах (банях), где нагретый воздух проходил по специальным каналам в каменном полу. Имелись теплые полы аналогичной конструкции и в турецких банях, причем там они являлись обязательным атрибутом. Таким образом, человечество уже более двух тысяч лет (а по другим данным, пяти) ценит тот замечательный комфорт, который несут системы типа «теплый пол».
Однако до начала ХХ века теплоносителем являлся исключительно нагретый воздух, который под действием естественной тяги проходил по каналам в полу, постепенно отдавая свое тепло гранитным плитам. В начале ХХ века с появлением насосов появились теплые полы с использованием нагретой воды. И, наконец, с середины столетия с появлением относительно дешевой и доступной электроэнергии начали распространяться системы с использованием нагревательных кабелей. Особо широко они стали распространяться в последние 10–15 лет. Следует указать зоны наибольшего распространения «теплых полов». Сегодня это страны Северной Европы — Финляндия, Швеция, Норвегия, Дания, где значительная доля систем отопления зданий приходится на системы «теплый пол». По различным источникам, эта доля составляет от 15 до 50%.
Интересно, что весьма быстро распространяются эти системы в странах с достаточно теплым климатом - Испания, Франция, страны Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока. Это связано с тем, что отопительный период в этих широтах весьма короток, а наиболее низкие температуры часто не опускаются ниже +3-5°C.
Поскольку капитальные затраты на устройство «теплых полов» весьма низки, и они не занимают много места, эти системы распространяются все шире и шире. Подмечено, что действует правило: какова доля в энергетике страны электричества, производимого возобновляемыми источниками (атомные и гидроэлектростанции), такова и доля электрического отопления. Россия, естественно, является исключением из правила. Еще 15 лет назад системы «теплый пол» как бытовой товар были совершенно неизвестны. Сегодня квартира не может считаться не только элитной, а даже средней, если в ней нет «теплого пола» в ванной или кухне, а то и во всех помещениях.
Основы теплофизики «теплых полов»
В основе действия «теплых полов» заложено несколько физических и физиологических явлений. Во-первых, по закону Ньютона количество отданной теплоты с поверхности, перегретой на температуру D t по отношению к окружающему воздуху, равно:
Q = a x S x Dt.
Для горизонтального пола коэффициент теплоотдачи составляет 11–13 Вт/кв.м °C, в то время как для потолка он равен 8–9, а для стен 10–11 Вт/кв.м °C. Кроме этого, площадь пола в помещении составляет от единиц до десятков квадратных метров, в то время как площадь теплоотдающей поверхности других отопительных приборов (радиаторов, конвекторов и т.д.) в лучшем случае составляет величину, близкую к квадратному метру. Благодаря этому «теплые полы» работают при весьма малом температурном перепаде Dt, составляющем от нескольких градусов в помещении с установившимся тепловым режимом до 10–15 градусов в режиме форсированного нагрева. В качестве элемента конструкции нагревательного прибора под названием «теплый пол» используется часть конструкции пола, что весьма эффективно с точки зрения экономии материалов, а самое главное - места в интерьере. «Теплые полы» в этом смысле напоминают знаменитого Чеширского кота - его самого нет, есть только его улыбка.
Следующий физический принцип работы «теплых полов» заключается в том, что наиболее теплый воздух оказывается внизу, а наиболее холодный - вверху. Распределение температур воздуха по высоте, свойственное системам «теплый пол», показано на правом рисунке. Здесь вступает в действие физиология. Дело в том, что единственная часть тела, постоянно отдающая тепло путем теплопередачи - это поверхность ступней, поэтому касание ступнями нагретой до физиологически комфортной температуры 25–28°C (большие температуры нежелательны по целому ряду причин) сразу же вызывает физиологическое ощущение комфорта, а относительно прохладный воздух на уровне головы - ощущение свежести. Практически никакой из распространенных сегодня тепловых приборов не создает уровня комфорта, сравнимого с системами «теплых полов».
Выбором того или иного нагревательного кабеля можно достичь весьма высоких температур пола (до 40–50°C и даже 90–100°C), однако СНиП запрещает нагревать поверхность пола выше 26°C.
К одному из достоинств, тесно связанных с физическим устройством «теплых полов», является простота и дешевизна терморегулирования, или, проще говоря, поддержания одной и той же температуры в помещении. Гибкость регулирования позволяет легко приспособить режим работы «полов» к режиму жизни хозяев, а не наоборот. Достаточно сказать, что сегодня «полы» слушаются не только поворота ручки прибора, но и приказов, отданных по телефону и Интернету.
При выборе системы необходимо дать ответ на несколько вопросов:
-
основная ли это система отопления или комфортный подогрев;
-
каков характер и особенности помещения, где планируется установить «теплый пол»;
-
имеется ли в достаточном количестве электрическая мощность;
-
насколько «умный» термостат необходим;
-
какой вид теплоизоляции можно уложить в помещении, исходя из толщины существующего пола, его покрытия и порогов дверей;
-
какой вид нагревательного кабеля доступен по цене.
Рассмотрим прежде всего выбор мощности системы, поскольку остальные вопросы рассмотрены в соответствующих разделах. Каждая из систем в ассортименте любых фирм-производителей предназначена для установки на определенную площадь, например, 2–4 кв.м. Эти мощности выбраны из условия, что удельная мощность системы должна соответствовать теплопотерям в окружающее пространство из данного помещения, а длина секции позволяет произвести раскладку на этой площади с допустимыми шагами (от 8 до 15 см). Методика точного расчета теплопотерь изложена в СниП II-3-79, однако для простоты следует рассчитывать для условий средней полосы России и усредненных условий строительства, исходя из значений 120–140 Вт/кв.м. Следует также учесть, что нагревательная секция, как правило, укладывается на некотором (10–20 см) расстоянии от стен на свободную от мебели площадь. Таким образом, при использовании теплого пола в качестве основной системы отопления необходимо определить площадь обогрева за вычетом необогреваемых зон. Допустим, площадь помещения составляет 14 м2
, свободная площадь - 10 м2
. Мощность системы при основном отоплении составляет 1,8 кВт, при комфортном подогреве пола - 1,2 кВт.
Приведенный расчет очень прост, но обычно надо учесть особенности помещения, к которым относятся:
-
первые и последние этажи зданий;
-
помещения с большим остеклением — зимние сады, эркеры, балконы;
-
помещения с недостаточно теплоизолирующими ограждающими конструкциями (тонкие стены, балконы и т.д.);
-
покрытие пола специальными материалами с большой толщиной или высокой теплоемкостью (толстые плиты мрамора или гранита и т.п.).
Во всех этих случаях необходимо увеличивать мощность системы, а также проводить теплотехнический расчет. Особо следует остановиться на помещениях с деревянными полами или паркетом. В связи с низкой теплопроводностью дерева при стандартной удельной мощности «теплого пола» температура на поверхности такого пола будет заметно ниже желаемой. В то же время под деревянным покрытием в пространстве между лагами, вследствие плохой теплоотдачи температура на поверхности кабеля будет повышаться. Таким образом, мощность кабеля будет прежде всего расходоваться на нагрев дерева, что крайне нежелательно с точки зрения поддержания его влажности.
Некоторые фирмы предлагают для помещений с деревянными полами секции нагревательного кабеля с удельной мощностью 10 Вт/м. Безусловно, кабель не будет нагреваться слишком сильно, но и нагрев в таких системах практически незаметен. Об использовании «теплых полов» в качестве основной системы отопления в таких помещениях говорить не приходится. Во избежание недоразумений, а также с учетом повышенной пожароопасности мы не рекомендуем применять «теплые полы» в их классическом исполнении в помещениях с деревянными полами.