Как устроен теплый водяной пол и как он работает
Для начала поговорим об общем устройстве водяного теплого пола. Он представляет собой систему труб, уложенных в конструкции пола, по которым течет теплоноситель. Нагревается пол за счет того, что теплоноситель отдает свое тепло.
Что требуется для водяного теплого пола
Теплоноситель — это либо вода, либо незамерзающая жидкость. В большинстве случаев используется вода. Ее нагревает котел. Иногда в новых многоэтажных домах есть специальные стояки для подключения водяного теплого пола. Но это скорее, исключение, чем правило. Поэтому будем говорить о системе теплого пола, работающего от котла.
Назначение основных узлов
Трубы теплого пола закольцованы и через специальный смесительный узел, подключены к котлу. Один конец на подачу, другой — в обратку. Задача смесительного узла — понизить температуру теплоносителя, которая на выходе из котла может достигать 90°C и выше. Обычно теплый пол — вторичная система отопления, а основное тепло дают радиаторы. Вот в них и подается горячая вода. В трубы теплого пола максимально можно подавать теплоноситель температурой 35-45°С (зависит от типа напольного покрытия). Иначе будет слишком горячо и некомфортно.
Оборудование для водяного теплого пола: общая схема
Сложно обойтись и без коллекторной распределительной системы. Это оборудование служит для выравнивания температуры теплоносителя в разных контурах (петлях труб) водяного теплого пола. Дело в том, что длина трубы теплого пола ограничена. Зависит она от мощности котла, производительности насоса, сечения самой трубы, материала из которого она изготовлена.
Пример планировки контуров теплого водяного пола
Обычно один контур — это около 50 метров трубы. Может быть больше и меньше. Минимум при наличии коллекторной группы не ограничивается, а максимум — примерно 70 метров. Причем даже на небольшую комнату приходится укладывать более одной петли. И петли, как правило, разной длины. Если подавать в петли разной длины воду с одинаковой температурой, у длинной на выходе вода будет совсем холодная, у короткой — вполне теплая. Это приводит к разному нагреву пола. То есть какой-то кусок может быть горячим, а какой-то ощутимо холодным. Выравниванием температур и занимается коллекторный узел.
Есть у него еще одно применение. Он дает возможность устанавливать в разных помещениях различную температуру пола. Например, в ванной можно сделать потеплее, в гостиной — прохладнее. Или как вам захочется.
Перечень необходимых комплектующих
На схеме даны далеко не все узлы и необходимые материалы, которые потребуются для устройства теплого водяного пола. Ниже приведем более полный перечень с краткими заметками. Будем исходить из того, что все предварительные работы проведены, утепление пола уже присутствует или в нем нет необходимости. Не будем считать также бетон или пескоцементную смесь. Их толщина и необходимое количество просчитывается отдельно. Не учитываем также как именно будет нагреваться вода, как и трубы подводки. С учетом всех этих «но», вот что нужно для теплого водяного пола:
- Трубы. Потребуются они в большом количестве. Должны быть гибкие, надежные, способные длительно выдерживать повышенное давление и температуру.
- Система крепления труб. Укладываются они по определенной схеме с определенным (расчетным) шагом. Чтобы они не сдвигались при заливке бетоном, их необходимо закрепить.
-
Смесительно-насосный узел. Служит для получения воды заданной температуры, а насос — для преодоления гидравлического сопротивления системы.
- Коллекторная система. Для «раздачи и сбора» теплоносителя по контурам теплого пола. Может быть оборудована расходомерами или термостатическими клапанами. Они служат для регулировки температуры в каждом контуре.
- Смесительный и коллекторный узлы устанавливают в коллекторном шкафу. Это металлический ящик, в который упаковывается вся механика.
Собственно, это весь перечень. Но потребуются еще некоторые фитинги и другие расходные материалы. Их сложно перечислить, так как зависит все от системы и использованных комплектующих.
Материалы для теплого водяного пола
Чаще всего делают водяной теплый пол в стяжке. О его структуре и необходимых материалах и пойдет речь. Схема теплого водяного пола представлена на фото ниже.
Схема теплого водяного пола со стяжкой
Все работы начинаются с выравнивания основания: без утепления затраты на обогрев будут слишком высокими, а укладывать утеплитель можно только на ровную поверхность. Потому первым делом готовят основание — делают черновую стяжку. Далее опишем пошагово порядок работ и используемые в процессе материалы:
- По периметру помещения раскатывают и демпферную ленту. Это полоса теплоизоляционного материала, толщиной не более 1 см. Она предотвращает потери тепла на обогрев стен. Вторая ее задача — компенсировать температурное расширение, которое возникает при нагреве материалов. Лента может быть специальной, а еще можно уложить нарезанный полосами тонкий пенопласт (толщиной не более 1 см) или другой утеплитель такой же толщины.
- На черновую стяжку укладывается слой теплоизолирующих материалов. Для устройства теплого пола лучший выбор — пенополистирол. Лучше всего — экструдированный. Его плотность должна быть не менее 35кг/м&span2;. Он достаточно плотный, чтобы выдержать вес стяжки и эксплуатационные нагрузки, имеет отличные характеристики и длительный срок экплуатации. Его недостаток — он дорог. Другие, более дешевые материалы (пенопласт, минеральная вата, керамзит), имеют массу недостатков. Если имеете возможность — используйте пенополистирол. Толщина теплоизоляции зависит от многих параметров — от региона, характеристик материала фундамента и утеплителя, способа организации чернового пола. Потому ее необходимо рассчитывать применительно к каждому случаю.
- Далее часто кладут армирующую сетку с шагом 5 см. К ней также привязывают трубы — проволокой или пластиковыми хомутами. Если использовался пенополистирол, можно обойтись без армирования — крепить можно специальными пластиковыми скобами, которые вгоняют в материал. Для других утеплителей армирующая сетка обязательна.
- Поверх устанавливают маяки, после чего заливают стяжку. Ее толщина — на менее 3 см над уровнем труб.
- Далее укладывается чистовое напольное покрытие. Любое, подходящее для использования в системе полов с подогревом.
Это все основные слои, которые необходимо уложить, когда будете делать водяной теплый пол своими руками.
Трубы для теплого пола и схемы укладки
Основной элемент системы — трубы. Чаще всего используют полимерные — из сшитого полиэтилена или металлопластиковые. Они хорошо гнутся, имеют длительный срок службы. Единственный их явный недостаток — не слишком высокая теплопроводность. Этого минуса нет у появившихся недавно гофрированных труб из нержавейки. Гнутся они лучше, стоят не дороже, но по причине малой известности пока используются нечасто.
Диаметр труб для теплого пола зависит от материала, но обычно он 16-20 мм. Укладываются они по нескольким схемам. Самые распространенные — спираль и змейка, есть несколько модификаций, которые учитывают некоторые особенности помещений.
Схемы укладки труб теплого водяного пола
Укладка змейкой — самая простая, но проходя по трубам теплоноситель постепенно остывает и к концу контура доходит уже значительно более холодный, чем был вначале. Потому зона, куда поступает теплоноситель будет самой теплой. Эту особенность используют — укладку начинают с самой холодной зоны — вдоль наружных стен или под окном.
Этого недостатка почти лишена двойная змейка и спираль, но они сложнее в укладке — необходимо нарисовать схему на бумаге, чтобы не запутаться при укладке.
Стяжка
Можно использовать для заливки водяного теплого пола обычный цементно-песчаный раствор на основе портландцемента. Марка портландцемента должна быть высокой — М-400, а лучше М-500. Марка бетона — не ниже М-300.
Полусухая стяжка для теплого пола
Но обычные «мокрые» стяжки очень долго набирают свою проектную прочность: не менее 28 суток. Все это время включать теплый пол нельзя: пойдут трещины, которые могут даже порвать трубы. Потому все чаще используют так называемые полусухие стяжки — с добавками, которые увеличивают пластичность раствора, значительно сокращая количество воды и время на «вызревание». Их можно добавлять самостоятельно или искать сухие смеси с соответствующими свойствами. Стоят они дороже, но мороки с ними меньше: по инструкции добавляют требуемое количество воды и перемешивают.
Водяной теплый пол своими руками сделать вполне реально, но потребуется приличный отрезок времени и немалые средства.
Сшитый полиэтилен
Благодаря современным технологиям, такой, казалось бы, непрочный материал как полиэтилен, удалось сделать пригодным для производства труб. В обычном полиэтилене молекулы углеводорода никак не связаны между собой, а вот в новом материале (PEX, или сшитом полиэтилене) углеводородные молекулы соединены посредством взаимодействия атомов водорода и углерода. Дополнительная обработка под высоким давлением делает материал еще более прочным
Производство сшитой трубы для теплого пола получило распространение лишь недавно, хотя сама технология была разработана примерно 40 лет назад. Новый материал обладает характеристиками, которые не присущи его предшественнику. В частности, сшитый пропилен для теплого пола отличается высокой механической прочностью, то есть не боится царапин и не истирается, устойчив к температурным колебаниям. Главным образом, на свойствах материала сказывается техника и степень его сшивания.
Определяясь, какой сшитый полиэтилен выбрать для теплого пола, стоит обратить внимание на материал со степенью сшивки 65-80 %. Данный показатель будет влиять на прочность и долговечность изделий, но вместе с тем, вырастет и их цена. Правда, излишние расходы на этапе монтажа в дальнейшем окупятся из-за надежности и долгого срока эксплуатации труб
Правда, излишние расходы на этапе монтажа в дальнейшем окупятся из-за надежности и долгого срока эксплуатации труб.
При малой степени сшивки полиэтилен быстро утратит свои исходные качества, потрескается под влиянием внешних факторов и потребует замены. Однако не менее значимым является способ создания молекулярных связей.
Различают 4 типа сшивки:
- пероксидный;
- силановый;
- азотный;
- радиационный.
Выбирая, из какой трубы делать теплый пол, присмотритесь к ее маркировке. Наиболее качественным является PEX-a, хотя он и самый дорогостоящий. А вот повышенным спросом пользуются трубы с маркировкой PEX-b, сшитые силановым методом. У них относительно невысокая цена наряду с хорошими эксплуатационными свойствами.
У данного материала есть еще и другие достоинства, в частности:
- Возможность полноценно работать при температурах от 0 ℃ до 95 ℃.
- Сшитый полиэтилен начинает плавиться только при температуре в 150 ℃, а горит он при 400 ℃, поэтому с успехом может использоваться в системах теплого пола.
- Трубам из сшитого полиэтилена присуща так называемая «молекулярная память», то есть после повышения температуры материала любые возможные деформации разглаживаются, а сами изделия принимают исходную форму.
- Хорошая устойчивость изделий из сшитого полиэтилена к перепадам давления в системах отопления является еще одним аргументом в их пользу в момент принятия решения, какую трубу взять для теплого пола. В зависимости от характеристик такие трубы могут поддерживать давление в 4-10 атмосфер.
- PEX-трубы отличаются хорошей пластичностью, поэтому даже при многократном изгибе в одном и том же месте они не ломаются.
- Сшитый полиэтилен является биологически и химически устойчивым. Это значит, что на внутренней поверхности труб не размножаются бактерии и грибок, а сам материал не вступает в реакцию с агрессивной средой и не поддается коррозии.
- Химический состав сшитого полиэтилена абсолютно безопасен. Он не выделяет токсинов, а в момент горения распадается на углекислый газ и воду.
Рекомендуемые температуры эксплуатации труб из сшитого полиэтилена составляют 0-95 ℃, но на краткое время диапазон может расширяться до -50 – +150 ℃, причем материал не лопнет и останется прочным. Однако такие повышенные нагрузки приводят к сокращению срока службы материала.
Некоторые пользователи путают термостойкие полиэтиленовые трубы с изделиями из PEX. Это некорректно. Действительно, термостойкий полиэтилен способен функционировать при высоких температурных значениях, однако по всем остальным качествам он сильно отстает от сшитого. Трубы PEX способны сопротивляться агрессивным внешним факторам намного дольше, но и цена на них выше. А их монтаж не нуждается в сложном оборудовании и доступен каждому потребителю.
Итак, если вы сомневаетесь, какие трубы нужны для теплого пола, можете смело остановиться на изделиях из сшитого полиэтилена. Более того, их характеристики позволяют применять такие трубы даже для радиаторного отопления и горячего водоснабжения. Единственное ограничение – минимизировать воздействие на материал прямых солнечных лучей, хотя для теплого пола оно не актуально.
Чтобы не повредить внешний антидиффузный слой на трубах, их транспортировку и монтаж следует выполнять очень осторожно. Нарушение целостности защитного покрытия приведет к снижению долговечности трубы из-за попадания кислорода в структуру материала
На чем базируется методика расчетов вручную
Первый и основной аспект, на котором надо сосредоточить внимание: схема вашей системы отопления. Обычно водный пол – это трубопровод, уложенный особым способом на пол и покрытый сверху стяжкой или наборной конструкцией, поэтому в большинстве случаев ваша схема будет иметь следующий вид:
- теплоизоляционный слой;
- нагревательный водяной контур;
- коллектор;
- набор запорной арматуры, включающий входные и выходные вентили, кран подачи водопроводной воды и спускной клапан;
- фитинги, крепежные элементы, используемые при монтаже конструкции.
После того, как вы имеет представление о том, какая в вашем доме, берутся в расчет технологические параметры. Сюда следует отнести:
- площадь отапливаемого помещения;
- оптимальный температурный режим в помещении;
- масштабы тепловых потерь в жилом помещении;
- тип напольного покрытия.
Здесь уместно будет отметить следующий аспект
Особое внимание необходимо уделить деревянным полам или напольным покрытиям из паркетной доски. Древесины имеет слабую теплопроводность, в отличие от бетонной стяжки и кафеля, поэтому необходимо рассчитывать систему отопления с удвоенной мощностью
Требования к трубам, соотношения размеров
К вопросу о том, какую трубу лучше использовать для теплого пола, следует отнестись со всей серьезностью: это объясняется специфическими условиями работы водяной системы отопления. Материал должен быть только новым и соответствовать целому перечню технических требований.
1.Удельный вес, технология изготовления. Не допускается монтаж «подпольного» обогрева из стальных водогазопроводных труб, даже если они произведены из нержавейки. СНиП (Строительные Нормы и Правила) запрещают использование сварных труб в закрытых системах теплого пола. Запрет действует независимо от разновидности шва (прямой он или спиральный).
Еще один минус труб, изготовленных из стали – большой вес. «Пирог» теплого пола, включающий бетонную стяжку, и без того имеет внушительный вес. Стальной контур резко увеличивает нагрузку на перекрытие.
2. Стойкость к внешним воздействиям. Именно от нее зависит долговечность контура, заливаемого бетоном. Монолит после застывания становится мощным накопителем и распределителем тепла (варианты с использованием «сухой» стяжки менее эффективны). Единственный минус: диагностика при поломках сложна, замена отдельного участка трубопровода практически невозможна. При порыве систему придется демонтировать целиком.
Чтобы избежать подобных неприятностей, выбирают трубы из химически инертного, термостойкого материала (должен выдерживать 90-95 оС), полностью защищенного от коррозии, с гладкой внутренней поверхностью, не склонной к образованию известковых отложений. Идеальный выбор – труба со специальной защитой от кислородной диффузии.
3. Прочность. С внешней стороны на стенки давит стяжка, изнутри – теплоноситель. Хотя критические показатели давления маловероятны, труба должна быть рассчитана на 10 бар (на случай экстремальных скачков).
4. Достаточная длина. Контур должен быть цельным, поскольку любые соединения (муфты, фитинги, сварка) – это потенциальные места протечек. Не обнаруженный вовремя порыв приводит к затоплению соседей снизу или к короткому замыканию в электросети. Еще один аргумент против стыков – большая вероятность «зарастания» труб и засорения системы в этих местах.
Длина контура определяется расчетным путем. Обычно материал для теплого пола поставляется в бухтах и отпускается в погонных метрах. Пластичность позволяет придать трубе криволинейную форму с изгибами нужного радиуса.
Размеры труб
Самые популярные диаметры контура – 16 и 20 мм, значительно реже применяется материал ∅ 25 мм. Решая, какая лучше труба для теплого водяного пола, учитывают следующее:
- чем меньше диаметр, тем больше гидравлическое сопротивление и меньше способность к теплообмену;
- при увеличении диаметра приходится наращивать толщину стяжки – в результате поднимается уровень пола (это не всегда возможно), увеличивается нагрузка на перекрытие.
Пример устройства водяного пола с пенополистиролом
От выбранного диаметра зависит предельный метраж контура. При увеличении длины трубы гидравлическое сопротивление жидкости растет и может превысить технические возможности циркуляционного насоса. Создается эффект «запертой петли»: насосный агрегат качает теплоноситель, а он стоит на месте.
В таблице 1 указаны рекомендуемые соотношения диаметров и предельных показателей длины контура.
Таблица 1
| Диаметр трубы, мм | Максимальная длина контура, м |
| 16 | 60-70 |
| 20 | 80-90 |
| 25 | 100-120 |
Если максимальной длины одного контура недостаточно, то рекомендуется использовать дополнительные контуры.
Водяной теплый пол из нескольких контуров
Разновидности
Существует много типов трубопроводов для теплого пола. Прежде всего, они различаются по материалу изготовления:
медные
Обладают превосходной теплопередачей, срок службы сопоставим со сроком службы самого дома, что позволяет укладывать их в бетонную стяжку. При этом, медные трубы не пластичны, они нуждаются в пайке и не доступны для самостоятельного монтажа (чаще всего). Необходимость обращаться к специалистам для выполнения монтажа, а также высокая цена ограничивают использование такого материала;
нержавейка
Гофрированная нержавеющая труба — новинка на рынке. Она может быть легко согнута вручную, причем минимальный диаметр изгиба составляет всего лишь 3 радиуса трубы, что позволяет укладывать ее по любой удобной схеме. Возможен самостоятельный монтаж без использования сварных работ. Большой срок службы, отличные характеристики. Кроме того, такой материал намного дешевле медного, что сулит ему весьма широкие перспективы;
металлопластиковые
Наиболее распространенный материал для оборудования теплого пола, доступный для самостоятельного монтажа и относительно недорогой. Обычно состоит их трех основных слоев: внутренний и наружный — полимер, средний слой — алюминий. Они соединяются между собой клеевыми слоями. Трубы удобны в монтаже, легко гнутся, имеют хорошие рабочие качества и долговечность;
PEX
Изготавливаются из сшитого полиэтилена. Пластичны, хорошо передают тепловую энергию
Требуют осторожности при монтаже, поскольку их можно довольно легко повредить. Монтаж не требует наличия сложного оборудования, производится вручную и доступен для самостоятельного осуществления
Особенность таких труб в том, что сшивка — это физико-химический процесс, который никогда не прекращается, отчего готовые контуры со временем изменяют свои параметры;
Особенность таких труб в том, что сшивка — это физико-химический процесс, который никогда не прекращается, отчего готовые контуры со временем изменяют свои параметры;
PE-RT
Новинка, делаются из полиэтилена повышенной термостойкости. Высокая прочность в сочетании с гибкостью и пластичностью при низких ценах создают для этого материала весьма перспективные предпосылки. Весьма просты в монтаже, специального оборудования не требуется. Допускаются ремонтные работы, многократное соединение или отсоединение без потери рабочих качеств;
полипропиленовые
Имеют самую низкую цену, но и самый большой диаметр изгиба, что делает их менее удачными для оборудования теплых полов. Считается, что полипропиленовые трубы имеют слишком низкую теплоотдачу, хотя имеются и приверженцы ПП труб.
Выбор материала обычно производится по соображениям доступности самостоятельного монтажа, наличию материала на рынке и его стоимости. Необходимо учесть, что экономия на трубах теплого пола, особенно при установке в стяжку, нежелательна, поскольку возможность ремонта уже залитых труб чрезвычайно низка. Срок службы системы водяного теплого пола слишком велик, чтобы экономия имела смысл.
По форме трубы бывают:
прямые
Производятся по стандартным технологическим схемам, изгиб производится за счет собственной упругости материала;
гофрированные
Их поверхность выполнена в форме кольцеобразных волн, значительно увеличивающих площадь теплоотдачи. Изгиб таких труб не создает угрозы деформации или разрушения, так как пластичность материала здесь не задействована.
Диаметр труб – одна из базовых характеристик водяного теплого пола.
От нее прямо или косвенно зависят следующие параметры:
- высота подъема уровня теплого пола;
- количество теплоносителя в системе и расходы на его нагрев при автономном питании;
- производительность насоса, мощность, достаточная для преодоления сопротивления системы.
Рекомендации к применению
Одной из самых привлекательных сильных сторон сшитого полиэтилена является его стойкое перенесение химических воздействий. Труба из этого материала не получит никакого ущерба, если на ее поверхность попадет растворитель, толуол или хлорированный углеводород. Не страшны полиэтиленовым изделиям и различные моющие присадки, антифризы, антикоррозийные жидкости и пр.
Однако от некоторых веществ эти трубы все же стоит защищать. Речь идет прежде всего о различных органических продуктах – маслах, жирах, воске. Они, как правило, провоцируют ухудшение эксплуатационных качеств из-за набухания сшитого полиэтилена. Особенно нужно быть осторожным при организации теплых полов в различных мастерских, так как изделия из этого материала плохо переносят галогены и азотную кислоту.
Оптимальное расстояние между витками труб в разных формах укладки и правила расчета
После выбора вида труб и метода их монтажа, следует произвести расчёт — какое расстояние между контурами водяного пола будет оптимальным для вашей конструкции?
Как уже было сказано выше, если класть контур с большим сечением близко, то поверхность пола будет перегреваться. И наоборот, редкое расположение мелких труб тёплого пола приведёт к тепловым пустотам.
Есть несколько моментов, которые надо учитывать при определении правильного шага петель для водяных полов, ведь это влияет на равномерное распределение тепла:
- Промежуток между петлями колеблется от 50 до 450 мм, и зависит от диаметра труб. Для упрощения процесса расчёта, чаще используется число кратное 50. А для частного строения — 100, 150, 200 и т. д.
- На шаг оказывает влияние уровень тепловой нагрузки. При средней нагрузки 50-80 Вт/кв.м рекомендованное интервал 100 — 200 мм.
- Расстояние от стен до первого витка должно составлять минимум 20 см.
Опытные мастера нередко используют технику переменного шага укладки трубопровода. В зонах под окном или около двери труба ложиться чаще.
Важно определить оптимальный интервал между ветками, так как жидкость в трубах влияет на половое покрытие, а правильность выбора шага обеспечит эффективное распределение водяных потоков
Змейка
«Змейка» — простой способ в расчёте и монтаже, поэтому данная схема довольно распространена. Нагревательный элемент сначала должен прокладываться в наиболее холодных участках комнаты — около уличных стен, балкона и окон. После чего, петлями, параллельно стене обходится вся площадь, и контур возвращается к прибору отопления.
Однако, укладка «змейкой» не позволяет равномерно прогревать поверхность. Чаще, такая схема применяется при наличии ещё одного источника обогрева, или для маленьких помещений. При «змейке», укладочный шаг должен быть по возможности минимальный — 100 мм.
Угловая змейка
Контур кладётся по наружному углу, а следующая петля размещается параллельно. Данный способ идеально прогревает углы. При наличии трёх наружных стен, рекомендовано использовать вариант — «двойная угловая змейка».
Двойная змейка
Принцип укладки такой же как «змейкой». Отличие в том, что возвратная труба идёт параллельно прямой. При этом варианте промежуток между петлями допустимо увеличить от 150 до 250 мм.
Улитка
Трубы располагаются по периметру комнаты, а затем по спирали закручиваются к середине. Ветки обратки идут между петель с горячей водой. Это самая оптимальная схема, прогрев пола осуществляется равномерно, но данный метод более трудоёмкий.
Способ «улитка» даёт возможность размещать трубы с максимальным расстоянием друг от друга, так как теплопотери не значительны. Кроме того, при использовании этой схемы уменьшается расход трубопровода.
Укладка ТП улиткой, особенности схемы, плюсы и минусы, расчет шага и длины контуров, нормы и СНИПы.
Комбинированный способ
При большом помещении можно использовать комбинированную схему. Рекомендованный вариант — две петли «улиткой», и 3 — 4 «змейкой». Работа водяного тёплого пола будет эффективней, если по краям укладывать трубопровод «змейкой», а по центру «улиткой».