Электрический теплый пол DEVI

Теплый пол электрический – инженерная разработка, создающая исключительный комфорт. Постоянно подогреваемый воздушный слой над полом и дальнейшее распространение тепла в помещении создаёт инверсное распределение температуры по вертикали, при котором температура понижается от пола к потолку. Система «тёплый пол» постоянно совершенствуется. Создаются новые конструкции нагревательных изделий, внедряются новые идеи управления для достижения максимальной экономии электроэнергии.

В статье мы приведём проверенные практикой рекомендации по устройству современных систем распределённого электрического обогрева пола, рассмотрим конструктивные особенности нагревательных кабелей и греющих матов, поможем подобрать необходимую мощность нагревательного изделия при различных вариантах его установки, приведём пошаговые монтажные инструкции и дадим реальную оценку потребляемой электроэнергии.

1. Виды и устройство электрического тёплого пола

Конструктивные разновидности электрического тёплого пола

Существует несколько принципиально отличающихся нагревательных изделий, которые закладываются в конструкцию пола. Цель одна – автоматически поддерживать в определённые периоды комфортную температуру поверхности покрытия пола и снижать её вплоть до комнатной в остальное время суток.

К сожалению, сейчас на рынке «тёплых полов» сложилась ситуация, когда выпускаемым на рынок новым изделиям приписываются такие фантастические свойства, которые противоречат физическим законам. Предлагаем устроить небольшой ликбез, чтобы получить об этом ясное представление.

• Нагревательные кабели

Первоначально в качестве источника тепла был придуман греющий кабель – одна или две нагревательные жилы из высокоомного сплава, хорошая термостойкая изоляция, заземляемый экран и внешняя защитная оболочка с характерным диаметром 6...8 мм, см. рис. 1.

Рис. 1. Нагревательный кабель

Схема проста: кабель подключается к промышленной сети переменного тока, и джоулево тепло разогревает жилы со всеми оболочками. Согласно законам физики, вся потребляемая электрическая энергия переходит в отдаваемую тепловую с коэффициентом преобразования (к.п.д.), практически равным 100%. Повсеместное распространение получил резистивный кабель с постоянным сопротивлением нагревательных жил – его мощность теплоотдачи имеет расчётное постоянное значение, которое определяется только сопротивлением нагревательных жил и приложенным напряжением питания. А вот получаемая температура будет зависеть от многих факторов (об этом мы расскажем позже).

Некоторые производители выпускают саморегулируемые кабели, специально предназначенные для установки в пол. Преимущества таких кабелей:

• исключается возможность их перегрева и перегорания благодаря эффекту саморегулирования (отдаваемая мощность уменьшается при повышении температуры).
• при локальном нагреве участка пола солнечным светом или при установке на пол мебели с плохой конвекцией воздуха под днищем мощность теплоотдачи снижается. В результате появляется возможность устанавливать мебель с короткими ножками в любое обогреваемое место, а также производить её перестановку.
• эффект саморегулирования оптимизирует режим разогрева: тепловой поток от кабеля плавно снижается по мере нагрева пола.

Недостаток саморегулируемых систем – сложность конструкции и дороговизна.

Существуют также самоограничивающиеся и ленточные кабели, но они не нашли должного применения в системах электрического тёплого пола из-за очень высокой стоимости.

• Тонкие нагревательные маты

В классическом тонком нагревательном мате установлен такой же по конструкции нагревательный кабель, только меньшего диаметра, см. рис. 2. Очень малая толщина мата позволяет приклеить его, к примеру, к кафельному полу в ванной комнате и установить новую плитку для пола прямо на мат, заливая его слоем плиточного клея.  Монтаж мата очень прост: на сетку мата нанесён снизу клеевой слой – сетка разрезается, поворачивается и приклеивается к чистому основанию пола.

Рис. 2. Тонкий нагревательный мат

• Маты-коврики для «сухой» установки тёплого пола, без стяжки

У нескольких фирм-производителей «теплых полов» существует очень интересная разработка – модульные маты-коврики толщиной 7...10 мм со встроенным нагревательным кабелем. Они устанавливаются под покрытие пола «всухую», без разведения цементно-песчаных смесей в воде, см. рис. 3.

Рис. 3. Маты-коврики со встроенным нагревательным кабелем

Рассмотрим их особенности на примере системы DEVIdry™. Она представляет собой набор ковриков со встроенными в них нагревательными кабелями, теплоизоляцией, защитным алюминиевым экраном и плоскими трёхполюсными разъёмами «вилка – розетка». DEVIdry™ совмещает в себе преимущества кабельных и плёночных систем и в то же время лишена их недостатков. Основное внимание уделяется быстрому и простому монтажу, который производится по принципу сборки паззлов. Набор ковриков - это комплект нагревательных матов толщиной 8 мм, шириной 1 м, различной длины (1, 2, 3, 4 и 5 м) с возможностью обрезания периферийной части (до 0,6 м² у каждого коврика) для подгонки под требуемую конфигурацию зоны обогрева. Выпускаются две разновидности таких матов: DEVIdry™ 55 для установки на деревянное основание и DEVIdry™ 100 для монтажа на бетонное или любое другое теплостойкое основание с хорошей теплопроводностью. В России более популярны DEVIdry™ 100 с номинальной удельной мощностью 100 Вт/м².  Герметичные, легко соединяемые разъёмы с классом защиты IP X7 являются одной из «изюминок» системы.

Нагревательную плёнку легко разложить, но надежно соединить между собой отдельные «полотнища» - задача для профессионального электрика: опрессовка многочисленных клемм, герметизация мест соединения, путаница проводов… К тому же крайне редко выпускаются термоплёнки со встроенным сплошным защитным экраном, который необходим для выполнения требований электробезопасности. Кабель в этом плане идеален: один монтажный конец с тремя проводами, надёжная соединительная муфта и, естественно, наличие экрана. Но укладка кабеля более трудоемка, а самое главное - для обеспечения его нормальной работы нужна цементно-песчаная стяжка.

В системе DEVIdry™ так же, как и у обычных двухжильных кабелей и матов, имеется всего лишь один кабель питания, подсоединяемый к ближайшему встроенному разъёму коврика. Назначение системы DEVIdry™ - обогрев напольных покрытий из ламинированного паркета, досок, обычного ламината, ковролина и других подобных материалов, не препятствующих достаточно свободному прохождению потока тепла. Термическое сопротивление покрытия не должно превышать 0,18 м²•К/Вт. Как и для обычного «тёплого пола» на кабелях, не следует устанавливать на обогреваемые площади мебель без ножек. Один монтажный вывод рассчитан на максимальный ток нагрузки 10 А. Соответственно при установке на бетонное основание максимальная обогреваемая площадь составит 23 м² (модель DEVIdry™ 100).

Для установки DEVIdry™ не нужны специальные навыки по монтажу системы обогрева покрытия пола. Нужно только быть хорошим «закройщиком» для подбора необходимого комплекта модульных матов. Впрочем, имеется специальная программа, которая превосходно справляется с этой задачей и выдаёт потребителю полный набор всего необходимого для проведения монтажа: набор матов-заполнителей, дополнительные кабельные соединители разъёмов (если необходимы), кабель питания, специальный набор для установки датчика температуры пола, терморегулятор. Схема укладки также прилагается. Остаётся только собрать «паззл». Описанная система впервые была предложена нашей компанией. Похожие маты выпускаются несколькими крупными производителями электрических систем обогрева пола.

• Термоплёнки

Создание плёночных нагревательных систем поначалу вызвало активный интерес благодаря чрезвычайно малой толщине и удобному монтажу. Им было присвоено крайне неудачное название: «Инфракрасные плёночные системы обогрева», которое, к сожалению, прижилось, и под которым их чаще всего рекламируют. В плёночном обогревателе на полимерную основу из ПЭТФ-пластика  (полиэтилентерефталат) наносится мастика с графитовым порошком в виде токопроводящих дорожек или сплошной поверхности. Есть разновидность плёночных матов, где графит заменён углепластиком - карбоном. Электрический ток подводится по медным посеребренным полоскам, расположенным по краям плёночного рулона.

Нагревательная плёнка (или термоплёнка) привлекает очень малой толщиной, всего 0,3...0,5 мм, и тем, что рулон плёнки можно раскатать по полу и буквально «выкроить» по площади обогрева. Кроме того, плёнку часто укладывают, не заливая её теплопроводящей массой (самовыравнивающаяся смесь и пр.). Подходящие покрытия: электрический теплый пол под ламинат, дощатый паркет, ковролин без мягкой основы. Не рекомендуется укладывать теплый пол электрический под линолеум. Термоплёнка не подходит для прямой укладки на неё керамических или виниловых напольных плиток. Между плёнкой и покрытием устанавливается только сетка из стекловолокна, см. рис. 4.

Рис. 4. Термоплёнка

• Стержневые карбоновые маты

Для установки в пол предлагаются также стержневые карбоновые маты, см. рис. 5. Их также порой называют «инфракрасной системой обогрева пола». Впрочем, плёночные системы называют в свою очередь «карбоновым тёплым полом», так как тепловыделяющими элементами у них являются углеродосодержащие полоски, нанесённые на полимерную плёнку. Таким образом, в терминологии названий существует некоторая путаница.

Рис. 5. Стержневой карбоновый мат

Внесём ясность. Карбон – это углепластик, представляющий собой переплетённые нити углеродного волокна, расположенные в матрице из полимерных смол.

Стержневой карбоновый мат – это очень прочные углепластиковые стержни, которые подсоединены на заводе-изготовителе к гибким медным шинам «фаза» и «ноль». Подсоединение параллельное. В итоге получается подобие мата-дорожки из параллельно подсоединённых тепловыделяющих элементов – карбоновых стержней. Выход из строя одного или нескольких стержней не приведут к отказу всей системы «тёплый пол». Карбоновый мат обязательно заливается теплопроводящей цементосодержащей стяжкой толщиной 20...30 мм.

Поступление тепла от нагретого пола через конвекцию и излучение. Технологические особенности термоплёнок и стержневых карбоновых матов. Распространенные мифы.

Итак, чем же привлекают покупателей продавцы нагревательных плёнок и стержневых матов? Вот что утверждает реклама этих систем нагрева пола:

Миф 1. При их работе нагретый пол почему-то не отдаёт тепло в помещение за счёт конвекции. Имеется только излучательная теплоотдача (?). Из теплофизики известно, что любое нагретое тело (например, пол), расположенное в воздухе, отдаёт тепло, в основном, за счёт двух механизмов теплопередачи – конвекции и излучения. Для систем «тёплый пол» энергетический вклад этих процессов в обогрев помещения примерно одинаков.

Миф 2. Во время работы оба рассматриваемые изделия передают тепло людям, находящимся в комнате, посредством ИК-излучения в диапазоне длин электромагнитных волн 8...14 мкм. И, поскольку этот диапазон практически совпадает с диапазоном собственного ИК-излучения тела человека с нормальной температурой (6...20 мкм), можно сделать вывод, что оно должно благотворно влиять на самочувствие и здоровье людей. При этом почему-то считают, что ИК-излучение в рассматриваемом диапазоне длин электромагнитных волн - должно пройти через цементно-песчаную заливку и покрытие пола.

ИК-волны не проходят через оптически непрозрачные для них вещества, поскольку это не рентгеновские лучи. Нагретая плёнка или карбоновые стержни просто нагревают покрытие пола посредством обычной теплопроводности. ИК-излучение есть. И оно действительно совпадает по диапазону длин волн с излучением тела человека. Но излучает нагретая поверхность пола, точно так же, как при нагреве горячей водой в трубах, замоноличенных в пол, или нагревательным кабелем, или тонким матом и т. д. Законы теплопередачи от нагретого пола в пространство помещения посредством конвекции и излучения работают одинаково и независимо от способа, каким был нагрет этот пол. Само выражение «инфракрасный тёплый пол» технически неверно, правильнее будет назвать «термоплёнка», «стержневой карбоновый мат».

Миф 3. Плёночный и карбоновый «тёплые полы» не понижают влажность воздуха в помещении. Вполне возможно. Однако это не является преимуществом по сравнению с кабельными системами, поскольку последние также не понижают влажность воздуха в помещении.

Миф 4. Карбоновые маты, помимо всего остального, ещё и ионизируют воздух в помещении, что облегчает дыхание.

Миф 5. По сравнению с нагревательными кабелями и классическими тонкими матами плёночная система даёт экономию 20%, стержневая – 50…60%. Откуда? Расчётов и объяснений не приводится. Всем хорошо известно, что вся потребляемая электрическая мощность 100% переходит в тепло.

Миф 6. Считаем своим долгом развеять ещё один сложившийся миф: о саморегулируемых свойствах карбона, которые как бы способствуют экономии электроэнергии. Карбон – особый материал, со сложной зависимостью электросопротивления от температуры. При увеличении температуры (Т, [°С]) карбона от 65 °С до 100 °С и больше линейная мощность теплового потока (р, [Вт/м]), исходящего от карбонового стержня, уменьшается, т.е. он ведёт себя, как обычный саморегулируемый кабель, но с очень пологой характеристикой р(Т).

Однако:

1) Это не интересный для нас температурный диапазон, так как в обычном рабочем режиме тёплого пола стержни карбоновых матов нагреваются не более, чем до 30...50 °С.

2) В рабочем температурном диапазоне, от 20 до 60 °С, карбон «ведёт себя» прямо противоположно существующим саморегулируемым кабелям: с ростом температуры тепловая мощность не уменьшается, а наоборот, возрастает (!), правда, крайне незначительно, в 310...350 раз меньше, чем снижается мощность теплоотдачи, к примеру, у саморегулируемого кабеля DEVIpipeguard™ 25 при аналогичном повышении температуры. Таким образом, эффект саморегулирования отсутствует!

Описанная зависимость электросопротивления карбона от температуры хорошо известна учёным, изучающим физические свойства углепластиков в научных лабораториях. Получается, что если накрыть карбоновый мат пушистым ковриком, то ожидаемого уменьшения мощности теплоотдачи не будет. Вместо ожидаемого уменьшения тока через стержни в зоне под ковриком мы обнаружим, что ток и, соответственно, разогрев, наоборот, увеличивается. Температура же возрастёт сильно из-за ухудшения теплоотбора: если она превысит 65 °С, то уменьшение мощности теплоотдачи не спасёт положение, так как будет весьма и весьма небольшим! Таковы физические свойства карбона.

Но у него есть очень хорошее свойство: даже при сильном увеличении температуры он продолжит нагрев и не перегорит, так как способен выдержать весьма высокую температуру: в процессе изготовления карбон подвергается длительному воздействию температуры до 1600...3000 °С в заключительном технологическом процессе графитизации. Для пользователя же остаётся только гадать: выдержит ли покрытие пола высокую температуру или нет, если нагрев будет происходить без терморегулирующей аппаратуры.

Если отбросить все мистические «суперполезные» свойства, приписываемые «инфракрасному карбоновому мату», то мы видим, что, в принципе, это отличная разработка! Карбоновые стержни не перегорают, если:

1) заводские узлы подсоединения карбоновых стержней к шинам питания «фаза» - «ноль» выполнены надёжно;

2) самодельные муфты подсоединения многочисленных кабелей питания к шинам выполнены монтажником пола также надёжно;

3) в конструкции «тёплого пола» выполнено УВЭП (устройство выравнивания электрических потенциалов) в соответствии с правилами ПУЭ;

4) покупатель готов приобрести это изделие за достаточно ощутимую сумму, то почему бы не установить стержневой карбоновый мат, который не перегорает? Заметим только, что стержни не должны иметь прямой электрический контакт с армирующей стяжку металлической сеткой или фольгой теплоизоляции, которые применяются в конструкции «тёплого пола».

Учитывая все эти особенности, можно сделать вывод, что выгоднее приобрести у проверенного производителя готовый к установке резистивный нагревательный мат или кабель с весьма надёжными заводскими соединительными и концевыми муфтами и просто установить их, аккуратно соблюдая правила проведения монтажных работ. Типовая гарантия на такие изделия - 20 лет, 30 лет и пожизненная.

Подведём итог. Как нагревательные плёночные системы, так и стержневые маты, несомненно, имеют свои очевидные достоинства, как, к сожалению, и принципиальные недостатки. У некоторых покупателей может сложиться мнение, что самые лучшие и совершенные разработки – это термоплёнки и стержневые карбоновые маты, что, как видим, далеко не так. Замалчивается основная проблема этих систем: необходимость самостоятельного изготовления большого количества контактных узлов для кабелей питания даже для одного обогреваемого помещения. Между тем, технология монтажа этих узлов далека от совершенства. К сожалению, особенность электромонтажа термоплёнок исключает постановку надёжных контактных узлов в заводских условиях, так как места их установки можно определить только в процессе проведения монтажа. С проблемами подсоединения кабелей питания к термоплёнкам хорошо знакома, к примеру, сервисная служба компании DEVI. Кстати, по этой причине наша компания отказалась от массового производства плёночных «тёплых полов».

2. Греющий кабель

• Конструктивные и пользовательские особенности нагревательных кабелей

Укладка электрического тёплого пола под плитку, камень, деревянный паркет, доски, ламинат, линолеум, ПВХ плитки, ковролин может быть с успехом выполнена на греющих кабелях. Существует одна особенность: нагревательные кабели обязательно закладываются в цементно-песчаную стяжку толщиной 15...25 мм при линейной мощности кабеля 8...12 Вт/м и толщиной 30...40 мм при мощности 15...20 Вт/м. Такая достаточно массивная стяжка, помимо функции теплопроводящей среды, необходима для равномерного распределения температуры по поверхности пола. Никаких других задач она не преследует. Понятно, что кабельная система затягивает скорость разогрева пола по сравнению с греющими матами. Но в такой же степени и остывание пола происходит медленнее. Такая затянутая динамика разогрева и остывания не ухудшает потребительские свойства «тёплого пола», так как это решение квазистационарное. Им не пользуются, к примеру, как конвектором: «Включил и греешься». Полностью автоматическое управление всегда обеспечит комфорт в нужное время.

Наличие толстой стяжки не уменьшает к.п.д. тёплого пола. В практике установки тёплых полов наибольшее распространение получили  более мощные кабели по простой причине: тёплый пол с ними получается дешевле, так как требуемая установленная мощность создаётся нагревательной секцией меньшей длины за счёт более редкой укладки «змейки», а цена 1 м однотипного кабеля не зависит от его линейной мощности [Вт/м].

По конструкции греющие кабели подразделяются на одножильные и двухжильные. Пользовательских отличий – два:

1. На одножильной нагревательной секции установлено два двухжильных заводских кабеля питания, на её противоположных концах. На двухжильной – один трехжильный питающий кабель (фаза – ноль – земля). На противоположном конце секции нагревательные жилы закорочены и гидроизолированы концевой муфтой-заглушкой.
2. Уровень магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) у двухжильных кабелей в 3...10 раз меньше, чем у сравнимых по току одножильных.

Производить монтаж двухжильными кабелями удобнее – к терморегулятору подводится только один кабель от нагревательной секции, см. рис. 6.

Рис. 6. Разделанный двухжильный греющий кабель и его поперечный разрез 

Теперь – экологическая сторона вопроса. Электромагнитное поле всегда сопровождает проводник с током. Современные нагревательные кабели обычно имеют сплошной заземляемый алюминиевый экран, который «сводит на нет» электрическую составляющую даже у самых мощных нагревательных секций – напряжённость электрического поля всегда много меньше естественного фона Земли. В двужильных кабелях электроток протекает в противоположных направлениях по двум близко расположенным жилам, что также практически уменьшает создаваемую индукцию внешнего магнитного поля до уровня, меньшего, чем естественное магнитное поле Земли. Независимо от конструкции, все кабели удовлетворяют по электромагнитной совместимости самым жёстким международным нормам.

По стоимости одножильный кабель, в среднем, дешевле аналогичного по мощности двухжильного на 35 %.

• Преимущества нагревательных кабелей

Нагревательные кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с матами.

1. Нагревательный кабель легко раскладывается на площадь любой, самой сложной криволинейной конфигурации. Существует несколько способов укладки кабеля. Удобнее всего использовать заводскую монтажную ленту. Нагревательные маты – это дорожки из сетки шириной 0,5 м. Обычно сетка разрезается в поперечном направлении и поворачивается на 90° или на 180°. Укладка матов затрудняется, если обогреваемая площадь имеет криволинейные границы: приходится снимать часть кабеля с сетки, выкраивать сетку по площади и заново закреплять кабель мата скотчем в нужных местах.
2. Нагревательный кабель сложно повредить во время монтажа. Тонкий кабель мата более подвержен случайным механическим повреждениям, которые можно не заметить во время монтажа. Сильно пережатый или надрезанный кабель мата впоследствии может перегреться и перегореть в процессе работы.
3. Датчик температуры пола обычно закладывается в гофротрубку диаметром 16 мм и закрепляется на том же основании, где располагается нагревательный кабель. Это удобно. Монтаж датчика для нагревательного мата сложнее: в полу необходимо проделать штробу, в которую утапливается 10...12 мм гофротрубка для датчика.
4. Для нагревательных кабелей существует современная технология автоматической приварки «холодных концов» (так называемые «безмуфтовые кабели»). Несомненно, заводское соединение на автоматической линии обеспечивает надёжное соединение токопроводящих жил. Термоусадочные соединительные муфты с обжимными гильзами, обычные для матов, устанавливаются на заводе вручную. Автоматизировать установку таких муфт пока не удаётся. Нагревательные маты не имеют безмуфтовых кабелей по ряду технологических причин.

3. Нагревательный мат

• Конструктивные и пользовательские особенности нагревательных матов

Основа дорожки нагревательного мата – теплостойкая синтетическая сетка с размером ячейки порядка 1 см. Ширина дорожки мата бывает различной: от 40  до 100 см. Нагревательный кабель устанавливается на сетке «змейкой» с шагом укладки (С-С) от 5 до 8 см. Наиболее часто встречаются греющие маты с шириной сетки 50 см и расстоянием между ближайшими линиями кабеля 7,5 см. Нагревательный кабель закрепляется на сетке тремя полосками специальной клейкой ленты. Тонкий нагревательный кабель с диаметром оболочки 3...5 мм схож по конструкции с обычным полноразмерным греющим кабелем. Изоляция нагревательных жил всегда изготавливается из сплошного или витого термопласта – обычно это фторополимеры с максимально допустимым разогревом до 240 °С. Внешняя оболочка может быть фторопластовой или поливинилхлоридной. Допустимая температура внешней оболочки тонкого кабеля по паспортным данным может находиться в диапазоне 85...115 °С.

Строение тонкого нагревательного кабеля  не отличается от структуры обычного резистивного полноразмерного кабеля, предназначенного для тёплых полов: одна (у одножильного мата) или две (у двухжильного мата) изолированные нагревательные жилы, промежуточная оболочка (не обязательно), сплошной экран из альфоля с дренажной заземляемой жилой и надёжная тонкая внешняя оболочка. Кабели выдерживают большие нагрузки в продольном и, особенно, в поперечном направлениях, что защищает его от возможных случайных повреждений во время укладки («холодные концы»). Заводские питающие кабели обычно подсоединяются к нагревательным жилам при помощи гидроплотных (IP X6, IP X7) термоусадочных соединительных муфт. Устройство одножильного и двухжильного матов представлено на рис. 7.

Рис. 7. Одножильный (слева) и двухжильный (справа) нагревательные маты

• Преимущества нагревательных матов

Приведём преимущества, которые привлекают пользователей греющих матов:

1. Клейкая дорожка мата создаёт несомненные удобства для монтажников: не надо забивать в пол гвозди или заворачивать шурупы для закрепления монтажной ленты, которая часто применяется при установке нагревательного кабеля.
2. Нет необходимости выполнять толстую стяжку: «тепловой зебры» на поверхности пола в случае мата не будет, так как его параметры (линейная мощность кабеля [Вт/м] и его шаг укладки С-С) подобраны с учётом распределения температуры по поверхности пола для различных его покрытий.
3. При укладке мата появляется возможность не снимать старое покрытие пола, а приклеивать мат прямо на существующий пол. Для такого варианта выбирается мат с минимальной строительной толщиной.
4. Производство монтажа мата более удобно и «чисто» по сравнению с кабелем: вместо толстой стяжки обычно применяют заливку относительно тонкой самовыравнивающейся смесью. Часто обходятся даже без этого: мат заливается сразу плиточным клеем.
5. При устройстве подогреваемого ламината, паркета есть возможность установить греющие модульные коврики со встроенным нагревательным кабелем. В этом варианте привлекает то, что ламинат устанавливается непосредственно на поверхность этих ковриков. Необходимость заливки электрического мата стяжкой отпадает.

«Стандартную теплоизолирующую подложку» в виде мягкого вспененного фольгированного пенопропилена толщиной 5 мм (пенофол, флормейт и т. п.) запрещено закладывать под мат при устройстве электрического тёплого пола под плитку. При мягкой подложке под электрический тёплый пол трудно обеспечить жёсткость всей конструкции с напольной плиткой. Но и без теплоизоляции номинальной мощности мата 130...160 Вт/м² будет достаточно для поддержания комфортной температуры поверхности пола, если под перекрытием пола будет обогреваемое пространство.

4. Как выбрать электрический теплый пол?

Какой электрический теплый пол лучше выбрать? Правильный подход к выбору необходимого нагревательного изделия позволит избежать ошибок и сэкономит электроэнергию и ваши средства.

• Выбор типа нагревательного изделия (мат или кабель).

Прежде всего следует определиться с толщиной конструкции пола над кабелем и типом установ­ки. Если вы планируете поднять уровень пола незначительно, на 7...15 мм, то рекомендуется использовать тонкий нагревательный мат. Если вы имеете возможность поднять уровень существующего пола на 30...40 мм и более, то самый лучший выбор - нагревательный кабель. Следует также помнить, что не существует ограничений по использованию нагревательных матов в бетонных или толстых конструкциях пола. Не следует забывать и о теплоизоляции, устанавливаемой в конструкции пола ниже нагревательного изделия с целью минимизации нисходящих тепловых потерь. Толщина теплоизолирующего слоя в полу может иметь толщину, в зависимости от возможностей, 2...100 мм.

• Выбор величины удельной мощ­ности. Комфортный тёплый пол и основное отопление.

Величина устанавливаемой удельной мощности р_уд [Вт/м²] для обеспечения температуры комфортного теплого пола обычно не требует расчета и выбирается из рекомендуемых значений в соот­ветствии с типом конструкции пола и окружающими условиями. Для стандартных полов без изоляции выбирается обычно мощность не менее 100 Вт/м², а для влажных помещений – не менее 150 Вт/м². При отсутствии надёжной инфор­мации о конструкции пола, типе покрытия, напряжении питания и т. п. лучше выбирать значение мощ­ности, ближайшее к максимально рекомендуемому.

Общие рекомендации по выбору удельной установленной мощности для устройства комфортного тёплого пола учитывают тип помещения, вид покрытия пола и наличие теплоизоляции:

• Деревянные полы – не более 100 Вт/м²;
• Сухие помещения, полы с тепло­изоляцией – 100 Вт/м² и выше;
• Полы без теплоизоляции – 130-160 Вт/м²;
• Влажные помещения – 150-180 Вт/м²;
• Низкое напряжение, недоста­точная изоляция, балконные перекрытия – 160-200 Вт/м²;
• Максимальная мощность в конструкции пола не должна превышать 200 Вт/м².

Часто задают вопрос: «До какой температуры разогреется мой пол?». Ответ: «До требуемой комфортной». Рассмотрим этот момент подробнее.

Комфортный обогрев пола

Система «тёплый пол» обеспечивает обогрев поверхности пола в любом помещении. Особенно широко используется электрический теплый пол под плитку в ванной и на кухне.

Комфортный тёплый пол может быть использован в любом помещении, оборудованном другой, основной систе­мой отопления, для обеспечения необходимой температуры воздуха, например, водяными отопительными радиаторами. Тёплый пол для комфортного обогрева устанавливается в таких помещениях исключительно с целью поддержания постоянной температуры пола в любое время независимо от отопи­тельного сезона. В качестве дополнительного преимущества тёплый пол увеличивает температуру воздуха в помещении и, благодаря большой обогреваемой поверхности пола, по­зволяет компенсировать недостаток тепла в особо холодные зимние дни или же в случае отсутствия регулиро­вания температуры в помещениях, которые не оборудованы современ­ными термостатами для управления системой отопления. Комфортный тёплый пол управляется терморегулятором с датчиком температуры пола (обычно датчик на проводе). Заданная пользователем температура пола поддерживается при этом с большой точностью, порядка ±0,5 °C.

Комфортная температура пола оцени­валась множество раз, например, она описана в стандарте ISO/TS 13732-2. Максимальная комфортная темпера­тура пола длительного действия опре­делена на уровне 29,5 °C. Кроме того, для малоподвижных групп требуется дополнительные 1-2 °C. Для полов во влажных помещениях максимальная температура может достигать 31 °C. Эти максимальные значения температуры могут использоваться для рас­чёта и выбора удельной мощности [Вт/м²] систем тёплых полов. Различные покрытия пола требуют разных температур, например, оп­тимальная комфортная температура для деревянных полов приблизитель­но равна 26 °C, для полов с ковровым покрытием — 24 °C.

Однако невозможно предусмотреть тип поверхности на всю жизнь, а также то, что комфортная температу­ра разными людьми воспринимается по-разному. Рекомендуется использовать максимальную комфортную температуру пола, которая удов­летворяет всем возможным требо­ваниям, однако часто температура пола, превышающая на несколько градусов текущую температуру в помещении, удовлетворяет нуждам большинства пользователей. Для любителей деревянных покрытий пола (дощатый массив, паркет и пр.) отметим, что большинство деревянных полов имеют ограни­чения максимальной температуры на уровне 27 °C.

Основное отопление за счёт нагрева пола

Если ставится задача обеспечить основное отопление только за счёт нагрева пола, не следует ориентироваться на какие-либо общие рекомендации. В этом случае требуется проведение обязательного расчёта теплопотерь помещения [Вт] с учётом всех его строительных характеристик и максимально низкой возможной температуры вне помещения. Мощность нагревательного кабеля или мата берётся на 20...30 % больше расчётного значения теплопотерь. Такой коэффициент запаса учитывает наличие нисходящих потерь тепла, разновидности покрытия пола, отклонение напряжения питания и электросопротивления матов или кабелей от номинальных значений. Поскольку управле­ние тёплым полом осуществляется терморегулятором, закладка электронагревательных изделий в пол с мощностью, большей расчётной, не влияет на общее коли­чество электроэнергии, потребляе­мой на нагрев.

Система полного отопления через пол устанавливается в поме­щении для поддержания заданной пользователем комнатной температуры. Это обеспечивается путем регулирования температуры поверхности пола, которая зависит от величины теплового потока с поверхно­сти пола. Управление такой системой осуществляется с помощью термо­регулятора с датчиками температуры воздуха и пола или только комнатного воздушного датчика. Система отопления через пол является системой конвективного и лучистого нагрева воздуха за счёт равномерного поступления потока тепла с достаточно большой поверхности пола. Преимуществом такой системы является то, что она постоянно поддерживает зону повышенной температуры воздуха вблизи ног. Температура под потолком устанавливается на меньшем уровне – там нет особой необходимости в избыточном тепле. Множество исследований показали, что такое распределение температу­ры близко к идеальному, наиболее комфортному для любого человека, независимо от воз­раста и степени активности. Система напольного отопления обеспечивает ощущение улучшенного теплового комфорта при более низ­кой температуре в помещении по сравнению с радиаторным обогревом.

Как результат, среднюю эффективную температуру воздуха в помещении можно уменьшить на 1...2 °C по сравнению с ранее используемыми водяными отопительными радиа­торами, установ­ленными под окнами. Это позволяет повысить ощущение комфорта пользователями и сэкономить до 10...20 % энергии.

Полное отопление через пол не стоит путать с комфортным тёплым полом. Потребность в тепловой энергии изменяется в зависимости от температуры на улице в отопи­тельный сезон; соответственно изменя­ется поддерживаемая температура пола. Например, в октябре, когда температура на улице составляет +5 °C, нагрев пола до 21...22 °C будет достаточным, чтобы поддерживать температуру воздуха внутри помещения на уровне 20 °C. Но в феврале, когда за окном температура опускается до -15 °C, пол должен нагреваться до температу­ры 25...26 °C, чтобы поддерживать комнатную температуру на таком же уровне.

При использовании тёплого пола для полного отопления всегда необходимо выбирать правильное техническое решение, но при этом учитывать ограничения, связанные с максималь­но допустимой температурой выбранного покрытия пола. Предотвратить перегрев пола возможно только при постоянном контроле терморегулятором за температурой в полу и автоматическом отключении нагрева при достижении максимально допустимой температуры. Такой контроль является обязательным для полов с деревянным покрытием.

5. Монтаж электрического тёплого пола

Наиболее распространенные типы конструкций полов со встроенным электрическим тёплым полом:

1. Бетонная стяжка толщиной >3 см (толстый бетонный пол) с любым покрытием;
2. Тонкий пол (<3 см) или подобные конструкции пола с любым покрытием;
3. Пол с деревянным покрытием и бетонной или деревянной основой;
4. Специальные маты-коврики для установки под ламинат или тонкую паркетную доску.

• Установка электрического тёплого пола в толстом слое бетона

Это – наиболее распространённый способ укладки электрического теплого пола. Для крепления нагревательных кабелей обычно применяются монтажные ленты, у которых расстояние между соседними зажимами обычно составляет 2,5 см. При этом значение удель­ной установленной мощности р_уд не может быть выбрано произвольно, так как оно определяется линейной мощностью р_лин и шагом укладки Δ_С-С кабеля:

р_{уд [Вт/м²]} = 100 · р_{лин [Вт/м]} / Δ_{С-С [см]}

Линейная мощность р_лин – это мощность одного метра нагревательного кабеля:

р_{лин [Вт/м]} = Р_{каб [Вт]}  / L_каб [м], где

                        Р_каб – номинальная мощность нагревательной секции [Вт],

                        L_каб – длина нагревательной секции [м].

Удельная установленная мощность р_уд – это мощность, приходящаяся на один квадратный метр площади обогрева:

р_{уд [Вт/м²]} = Р_{каб [Вт]} / S_heat [м²], где

                        S_heat – обогреваемая площадь [м²].

Расстояние между соседними линиями кабеля (шаг укладки) Δ_С-С можно вычислить по формуле:

Δ_{С-С [см]} = 100 · S_heat [м²] / L_{каб [м]}

Для тёплых полов шаг укладки кабеля обычно выбирается из ряда значений: 7,5 см, 10 см, 12,5 см, 15 см, 17,5 см. Линейная мощность греющего кабеля может иметь значения: 6, 10, 15, 17, 18, 20 Вт/м. Наиболее часто устанавливают кабели с р_лин 17, 18 или 20 Вт/м.

К примеру, если нагревательный кабель имеет мощность теплоотдачи одного метра 18 Вт/м при номинальном напряжении питания нагревательной секции, то укладка его «змейкой» на расстоянии 12,5 см между соседними линиями обеспечит удельную мощность 145 Вт/м².

Стальная монтажная лента обычно укладывается на расстоянии 0,5...0,75 м друг от друга. Для оценки необходимого количества монтажной ленты можно воспользоваться формулой:

Длина монт. ленты [м] = (Обогрев. площадь S_heat [м²] / Расст. между монт. лентами [м]) + L_W [м],

                   где L_W – длина стены, параллельно которой устанавливается монтажная лента [м].

Для соблюдения требуемого шага укладки кабеля «змейкой» вместо стальной монтажной ленты можно использовать специальную пластиковую или притянуть кабель нейлоновыми электротехническими стяжками к сварной металлической сетке (диаметр проволоки сетки 1...2 мм, размер ячейки сетки – не более 20 мм). Толщина слоя бетона: 3...7 см. Глубина закладки кабеля в бетон от поверхности пола: 3...5 см. Максимально допустимая удельная мощность: 200 Вт/м². Установка горизонтального теплоизоляционного слоя ниже кабеля позволяет минимизировать нисходящие потери тепла. Недопустим прямой контакт нагревательного кабеля с теплоизоляцией: между кабелем и теплоизоляцией должен присутствовать разделительный слой: тонкий слой самовыравнивающейся стяжки, толстая штукатурная сетка или ламинированная полиэтиленом алюминиевая фольга толщиной не менее 100 мкм.

Рекомендуется предусмот­реть амортизирующий слой в вер­тикальных частях плит перекрытия, прилегающих к стенам (особенно к наружным стенам), так называемую мягкую демпферную ленту с минимальной толщиной 5 мм, тонкий слой теплоизоляции и т.п. Это дает возможность реагиро­вать на горизонтальное расшире­ние конструкции пола и предотвра­щает образование трещин в полу.

Монтаж начинается с установки монтажной коробки в стене для  терморегулятора на высоте 0,8...1,8 м от пола. В стене от коробки к полу прорубается штроба для установки сетевого кабеля питания, вывода нагревательного кабеля и гофротрубки датчика пола с внешним диаметром 10...20 мм. Трубка прокладывается в стене от места установки монтажной коробки вниз к полу и далее продолжается в зоне обогрева. ВАЖНО: трубка должна устанавливаться строго симметрично относительно соседних линий нагревательного кабеля и заканчиваться на расстоянии 0,5...1 м от гра­ницы зоны обогрева (см. рис. 8). Конец трубки в полу заглушается любым способом (изолента, колпачок и т.д.), чтобы не допустить попадания бетона внутрь при заливке (обозначе­но буквой А на рис. 8).

Рис. 8. Установка датчика пола

Труб­ка должна обеспечивать свобод­ную замену датчика на проводе (по принципу извлечь-вставить) через отверстие в монтажной коробке.

Переход трубки с пола на стену должен быть максимально плавным (радиус её изгиба не должен быть меньше 6 см, см. рис. 8 – вариант с двумя изгибами).

Кабель датчика можно удлинить до раз­умной длины, используя двухжильный контрольный кабель сечением 2 х 0,75 мм². После установки датчика температуры на проводе рекомендует­ся проверить возможность его замены, а также измерить электросопротивление (величина приводится в инструкции к терморегулятору).

Как подключить электрический теплый пол с толстой бетонной стяжкой?

ПРИМЕЧАНИЕ: Сопротивление изоляции должно быть более 20 МОм при напряжении минимум 500 В

(рекомендуемое значение — 2,5 кВ) после воздействия испытательного напряжения в течение одной минуты.

Монтаж нагревательных матов. Тонкая конструкция тёплого пола 

В случаях, когда нет возможности существенно поднять уровень пола, применяются тонкие нагревательные маты. Они требуют всего 3-4,5 мм высоты, что меньше, чем стандартная толщина клея для плитки или самовыравнивающейся стяжки. Тонкие нагревательные маты могут устанав­ливаться в существующих полах с кафельным, деревянным покрытием или бетонных конструкциях пола. Требуется, чтобы основание не имело термических расширений и не содержало механических включений и любых острых предметов.

Если есть возможность, до укладки мата можно расположить жёсткую теплоизоляцию, чтобы нисходящие тепловые потоки сводились к минимуму. Есть листовая теплоизоляция из натуральной пробки толщиной 2, 3, 4, 5 мм и более. Если есть возможность поднять уровень пола повыше, то рекомендуется установить листы экструдированного пенополистирола (ЭППС) толщиной 20 мм и более, отделённого от нагревательного мата разделительным слоем. Нагревательные маты не должны вступать в контакт с теплоизоляцией. В противном случае температура станет слишком высокой и со временем мо­жет привести к повреждению кабеля. Поэтому теплоизоляция покрывается алюминиевой фольгой, ламинированной полиэтиленовой плёнкой, чтобы избежать окисления алюминия при его взаимодействии со щелочной средой плиточного клея или других заливочных смесей.

Вертикальная изоляция также яв­ляется важным аспектом установки, и она должна предусматриваться возле наружных стен без надлежа­щей изоляции. Эта изоляция должна быть эффективной, чтобы предотвратить передачу тепла наружу. Кроме того, она должна реагиро­вать на горизонтальное расширение конструкции пола. Обычно устанавливают кромочную ленту, выполненную из вспененной теплоизоляции толщиной 5 мм.

Очень важно выбрать мат правильно­го размера, немного меньше плани­руемой площади установки, посколь­ку мат запрещается укорачивать.

Все элементы конструкции тонкого «тёплого пола» представлены на рис. 9:

Рис. 9. Устройство тонкого «тёплого пола» с нагревательными матами.

Приводим технологическую инструкцию по установке системы «тонкий тёплый пол» с нагревательным матом и плиточным покрытием пола:

Сухая» укладка мата-коврика DEVIdry™

Мат-коврик DEVIdry™ состоит из 8-миллиметрового сэндвич-элемен­та, который является многофункциональной подложкой и обладает следующими особенностями:

• Устанавливается на старое по­крытие или существующую основу пола непосред­ственно под новым напольным покрытием;
• Обеспечивает быстрое реагиро­вание и равномерное распреде­ление тепла;
• Использование DEVIdry™ требует механически устойчивой и относи­тельно ровной нижней части конструкции (DEVIdry™ обеспечивает компенсацию неровностей до 3 мм);
• DEVIdry™ можно устанавливать под ламинат, ковровое и паркетное покрытие толщиной до 8 мм, если электроподогрев допускается произво­дителем. Основой для DEVIdry™ 100 с удельной мощностью 100 Вт/м² обязательно должен быть бетон.

Суммарное допустимое значение термического сопротивления R над кабелем: 0,18 м² · K/Вт. Это соответствует максимальной толщине покрытия из мягкой древе­сины (сосна и т.п.) 2 см, из твёрдой древесины (дуб и т.п.) - 3 см.

Ковровые покрытия толщиной до 25 мм с уровнем термического сопротивления 0,125 м² · K/Вт также подходят, одна­ко будут способствовать уменьше­нию температуры пола на 1-2 °C.

Технологическая инструкция по установке мата-коврика:

6. Преимущества электрического тёплого пола

Система электрического подогрева пола обладает многими достоинствами по сравнению с традиционными способами отопления помещений. Перечислим их, учитывая многообразие конструкций системы обогрева «тёплый пол» и задач, которые она решает:

• Оптимальный комфорт, создаваемый равномерно поступающим теплом с поверхности пола;
• Идеальное распределение температуры воздуха в помещении, при котором ноги всегда находятся в тёплой зоне;
• Свобода выбора при проектировании;
• Доступная для всех пользователей сравнительно простая установка всех видов электрического «тёплого пола»;
• Всегда есть решение для обогрева любого типа напольного покрытия;
• Реализация полного отопления помещения без водяных радиаторов отопления и электрических конвекторов;
• Практическое отсутствие необходимости технического обслуживания системы обогрева;
• Высокая надёжность, экологичность, удобство и экономичность управления обогревом;
• Отсутствие элементов, разогревающихся до высокой температуры – исключается опасность «выжигания» кислорода;
• Возможность установки сверхтонкой конструкции системы комфортного обогрева и основного отопления помещений; реализация подогрева пола без снятия старого покрытия;
• Нет опасности «протечки» и затопления помещения водой, по сравнению с водяной системой подогрева пола;
• Подогрев деревянного настила толщиной до 30 мм;
• Реализация «тёплого пола» в зонах, запрещённых для водяных систем отопления (балконы, лоджии);
• Реализация вариантов комфортного подогрева пола без «мокрых процессов»;
• Дистанционное Wi-Fi управление своей системой управления;
• Центральный контроллер для единого управления водяной радиаторной системой отопления и тёплым полом;
• Удобство электроэнергии, как первоначального источника тепловой энергии; отсутствие необходимости пополнения топлива;
• Длительные гарантийные сроки на качественное оборудование систем «тёплый пол».

7. Сколько электроэнергии потребляет электрический «тёплый пол»?

Современные технические решения и интеллектуальное управление электрическими системами «тёплый пол» позволяют минимизировать расходы на комфортный подогрев пола или на основное отопление помещений.

На потребление электроэнергии системой «тёплый пол» влияют:

• Обогреваемая площадь пола;
• Номинальная мощность установленной системы обогрева;
• Теплопотери помещения, зависящие от теплотехнических характеристик стен, пола, потолка, окон и дверей помещения, а также от наружной температуры;
• Заданная пользователем «температура поддержания» пола или воздуха;
• Выбор терморегулятора: простой или программируемый, с таймером;
• Таймер терморегулятора: простой или интеллектуальный;
• Режим работы терморегулятора: простой, с круглосуточным поддержанием требуемой температуры или по программе, с комфортным и экономичным режимами работы;
• Обоснованно выбранная программа терморегулятора: длительность периодов и заданная температура комфортного и экономичного периодов;
• Использование двух- и многотарифного учёта потребления электроэнергии;
• Использование специальных режимов работы терморегулятора: «открытое окно», «отъезд», «защита от замерзания».

Как видим, факторов, влияющих на потребление электроэнергии и, соответственно, на её оплату, достаточно много. Разработчики систем электрического «тёплого пола» очень внимательно подходят к вопросу об экономичности их работы, дают рекомендации по оптимизации конструкции и правильному выбору систем распределённого подогрева пола. Современное управление обогревом позволяет максимально минимизировать затраты на энергопотребление. Немаловажное значение имеет также хорошая теплоизоляция помещений, установка энергосберегающих окон.

Рассмотрим конкретный пример системы электрообогрева пола и дадим оценку расхода электроэнергии. Для квартиры со средними теплопотерями или типового загородного дома наблюдения показывают, что при управлении непрограммируемым терморегулятором коэффициент спроса, т.е. относительное время работы электрокабельного обогрева пола, в холодный период равен 0,35…0,55. Это означает, что кабель будет включён примерно на 50 % всего сезона эксплуатации «тёплого пола». К примеру, для обычной кухни обогреваемая площадь составила 3,5 м². Для таких помещений обычно назначается удельная установленная мощность 120 Вт/м². С 1 июля 2020 г. установлена стоимость 1 кВт*ч электроэнергии в загородном доме Московской области: 4,01 руб. при одноставочном тарифе. Получаем расход электроэнергии: 4,01 руб./кВт*ч х 0,12 кВт/м² х 3,5 м² х 24 ч х 30 дней х 0,5 ≈ 600 руб. в месяц.

Как правило, потребители предпочитают устанавливать в нашем случае программируемые терморегуляторы с интеллектуальной функцией «прогноз» и ШИМ-управлением (широтно-импульсная модуляция). Это – самые «продвинутые» на сегодняшний день терморегуляторы. Посмотрим, как изменится месячный расход электроэнергии при установке такого терморегулятора для дома, построенного с соблюдением современных строительных норм по энергосбережению. Коэффициент спроса уменьшится с 0,5 до 0,35. Устанавливаем программу: Комфортная температура: Утро (2 часа) + Вечер (4 часа) = 6 часов в сутки; Экономичная температура: 24 – 6 = 18 часов в сутки. Зададим эту температуру на 2 °С ниже средней комнатной, т.е. нагрев пола в экономичные периоды будет отсутствовать. Интеллектуальное управление (оценка изменяемых от перемены погоды теплопотерь помещения и реализация функции «прогноз») даёт дополнительную экономию 15...20%. Возьмём 15%. ШИМ-управление дополнительно сэкономит ~10%. Месячный расход электроэнергии уменьшится:

600 руб. * (6/24) * (1 – 0,15) * (1 – 0,1) = 600 руб. * 0,25 * 0,85 * 0,9 = 115 руб. То есть на 1 м² обогреваемой площади получаем расход электроэнергии: 115 руб. / 3,5 м² = 33 руб./м².

Разница в расходах ощутимая, что подтверждает эффективность хорошей теплоизоляции дома и применение современного энергосберегающего управления обогревом. Установка двухтарифного счётчика электроэнергии привнесёт ещё небольшую экономию в вечернее время (на 1...2 часа).

Итак, подведём итоги. Выбор типа системы электрообогрева пола – за потребителем. Он зависит от поставленной задачи, выбранного покрытия и возможности подъёма уровня пола. Расход электроэнергии, как мы увидели, зависит от теплопотерь помещения, времени года (наружной температуры воздуха) и выбранного способа терморегулирования. В любом случае – восхитительный комфорт от мягкого, обволакивающего тепла, идущего от нагретого пола, гарантирован.