А.Н. Асаул, Ю.Н. Казаков, В.И. Ипанов
Реконструкция и реставрация объектов недвижимости
Учебник Под редакцией д.э.н., профессора А.Н. Асаула. – СПб.: Гуманистика, 2005. – 288с.

Раздел 6. Современные технологии и строительные материалы, используемые при реконструкции и реставрации

Глава 13. Теплые полы и напольные покрытия

13.1. Теплые полы

Происхождение системы «теплый пол» и ее связь с традиционными системами отопления.

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 в. теплоносителем являлся исключительно нагретый воздух, который под действием естественной тяги проходил по каналам в полу, постепенно отдавая свое тепло гранитным плитам. В начале ХХ в. 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.

В основе действия теплых полов заложено несколько физических и физиологических явлений. Во-первых, по закону Ньютона количество отданной теплоты с поверхности, перегретой на температуру Dt по отношению к окружающему воздуху, равно

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 десяти-пятнадцати 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.

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.

Основой конструкции теплых полов, безусловно, является нагревательный кабель (НК) (Рис.13.1.). Внешне он напоминает радиочастотные кабели для передачи телевизионных сигналов, однако его назначение не передавать электрические сигналы или мощность на расстояние, а преобразовывать протекающий по нему электрический ток в тепло. Обычно небольшая часть электроэнергии преобразовывается в тепло в любом кабеле или проводе, но она составляет весьма малую величину – 1-3%, причем принимается целый комплекс мер по ее снижению. Для нагревательных кабелей все наоборот – все 100% мощности должны быть преобразованы в тепло, причем выделение этой мощности на единице длины кабеля (удельное тепловыделение) – важнейший технический параметр нагревательных кабелей.

Рис. 13.1. – Нагревательный кабель БНО

В этом смысле нагревательный кабель – это не кабель, а нагревательный элемент, выполненный по кабельной технологии. У нагревательных кабелей для систем «теплый пол» различных производителей характерны удельные тепловыделения от 17 до 21 Вт/м, причем увеличение этого параметра нежелательно и вовсе не свидетельствует о каких-либо специальных достоинствах. Во-первых, при укладке кабеля в пол возможно образование воздушной полости вблизи поверхности, при этом возникает перегрев материала кабеля и увеличивается риск выхода его из строя. Во-вторых, при увеличении удельной мощности кабеля его длина, приходящаяся на определенную площадь, сокращается. При этом возможно такое увеличение расстояния между отдельными нитками, что станет заметной неравномерность нагрева. У всех производителей величина допустимого расстояния между соседними нитками может колебаться от 5-6 до 10-12 см. Уменьшение линейной мощности ниже указанных величин приводит к перерасходу кабеля и появлению риска недопустимого сближения соседних ниток кабеля. 

Во время работы теплого пола кабель нагревается до 60-70°C, а материалы изоляции и оболочки выдерживают температуры выше 100°C. Это один из секретов высокой надежности теплых полов.

В состав системы теплый пол входят:

– нагревательная секция;

– аппаратура управления (термостат с датчиком температуры);

– аксессуары для облегчения и ускорения монтажа (монтажная лента, гофрированная пластиковая трубка и т.д.);

– теплоизоляция.

Типичная конструкция теплого пола представлена на Рис. 13.2.

Рис. 13.2.  – Конструкция пола

На выровненном и очищенном черновом полу укладывается теплоизоляция, затем укрепляется монтажная лента, с помощью которой закрепляют нагревательную секцию. «Холодные концы» выводят на стену для соединения с термостатом. Определяют место установки термостата, и укладывают вблизи места установки термостата между двумя нитками нагревательного кабеля гофрированную трубку для установки датчика температуры. В этот момент не помешает составить небольшой эскиз укладки, на котором показать места укладки муфт и термодатчика. Если когда-либо система будет повреждена (например, при последующем ремонте помещения), этот эскиз сослужит хозяину хорошую службу. Секция проверяется на целостность обычным тестером. После этого выполняется заливка цементно-песчаной стяжки. Толщина стяжки не может быть менее 3 см, прежде всего исходя из ее прочности и требований СНиП. Время полного затвердевания стяжки (опять же по требованию СНиП) не менее 28 суток. Лишь после этого может быть включена установленная система. Недопустимо ускорять затвердевание стяжки, включая теплый пол. Перед включением (а еще лучше на 3-5 день после заливки) необходимо проверить целостность нагревательной секции тестером. В связи с тем, что внутри осталась некоторая влага, целесообразно при первом включении прогреть стяжку не менее суток. После этого система готова к эксплуатации. При установке теплых полов в помещениях большой площади может возникнуть необходимость прохода нагревательной секции через деформационный шов. Схема прохода показана на Рис. 13.3.

Рис. 13. 3.  – Схема прохода

Часто толщина стяжки может составлять 5-7 см, и при неравномерном затвердевании возможно появление трещин. Для исключения этого и придания стяжке большей прочности возможны несколько путей:

-   укладка кабеля на металлических сетках, одновременно армирующих стяжку;

-   применение стеклосеток для упрочнения поверхности стяжки;

-   использование специальных смесей;

-   использование «плавающей» стяжки.

Важно обратить внимание на выбор и устройство теплоизоляции. Использование теплоизоляции позволяет сэкономить до 30-40% эксплуатационных расходов и безусловно необходимо в случае использования системы «теплый пол» как основной и единственной системы отопления. В этом случае наиболее целесообразно использовать пенополистирольные плиты из твердого ППС с твердостью не ниже 100 и толщиной 5-10 см (если позволяет структура пола). Поверх плит укладывается плотная бумага и устраивается «плавающая» стяжка. Использование такой теплоизоляции в теплоаккумулирующих системах также обязательно.

При устройстве теплых полов в существующих помещениях, как правило, невозможно уложить толстые слои теплоизоляции. В этом случае применяются фольгированные теплоизоляционные материалы толщинами 3, 4, 5, 8 и 10 мм. Их использование позволяет добиться экономии 12-20% электроэнергии. Необходимо использовать только материалы, дублированные поверх фольги лавсаном. В противном случае фольгированный слой после заливки стяжки разрушается в течение 3-5 недель вследствие наличия щелочной среды. На рынке широко распространены как импортные (Isoflex), так и выпускаемые в России – Пенофол, фольгоизолон и другие. В качестве теплоизоляции для теплых полов используются также листы пробки и фольги. По эффективности они соответствуют фольгированным материалам, но заметно дороже.

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 освещены 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 5 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, а при комфортном отоплении – только на свободную от мебели площадь. Таким образом, при устройстве основного отопления в помещении 3 х 5 м нужно выбрать систему мощностью как минимум 140 x 3 х 5 х 1.2 = 2.5 кВт, в то время как при устройстве комфортного подогрева будет достаточно установить систему на свободную от мебели площадь 9 кв.м. 120 х 9 х 1.2 = 1.3 кВт При этом взят коэффициент запаса 1.2.Очевидно, что от того или иного ответа на вопрос о назначении системы мощность изменилась почти вдвое. 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.

При устройстве теплых полов во время ремонта или реконструкции зачастую нет возможности увеличить толщину пола даже на 3 см (минимальная толщина стяжки для укладки кабеля). В этом случае на помощь приходят сверхтонкие системы. Сетка из пластиковых нитей, в которую вплетен тонкий нагревательный кабель. Толщина – 3-5 мм. Предназначена для укладки непосредственно в несколько утолщенный слой клея для плитки. Поставляется в виде рулонов, готовых к употреблению.