Сравнение работы системы водяного тёплого пола и конвекторного отопления в частных жилых домах

Отопление играет ключевую роль в создании комфортного микроклимата, поэтому правильный выбор системы и её компонентов имеет первостепенное значение. На территории России самым распространённым видом отопления является водяное. В связи с улучшением тепловых характеристик строительных материалов и уменьшением тепловых потерь через ограждающие конструкции, появляются альтернативы привычному нам радиаторному отоплению. В данной статье мы сфокусируемся на сравнении двух наиболее популярных систем: конвекторное отопление и отопление с помощью системы «тёплый пол».

Для начала рассмотрим устройство и принцип работы систем напольного отопления. На подготовленное основание пола укладывают гидро- и теплоизоляционные слои, после чего укладывают трубы для подачи горячей воды. Эти трубы заливают бетонной стяжкой, на которую затем настилают покрытие чистого пола. В качестве финишного покрытия могут использоваться керамическая плитка, синтетические рулонные материалы, ковровое покрытие и другие варианты.

Рис. 1. Пирог системы «тёплый пол»: 1 – перекрытие; 2 – тепловая изоляция; 3 – усадочный шов; 4 – гидроизоляция; 5 – греющий контур; 6 – стяжка из цементно-песчаного раствора; 7 – напольное покрытие

Теплоноситель передает свое тепло материалу, который окружает трубы тёплого пола, например, бетонная стяжка, алюминиевые пластины, песок и др. Затем тепло передается чистовому покрытию. Каждое покрытие обладает своим термическим сопротивлением, которое зависит от используемого материала и его толщины. От нагретой поверхности пола тепло поднимается вверх, отапливая все помещение [2]. Распределение температуры воздуха в помещения при использовании элемента системы отопления «теплый пол» близко к идеальному: тепло поднимается от пола и на уровне рабочей зоны (примерно 2 м от пола) температура остаётся комфортной. Конвективный перенос пыли в помещении почти отсутствует, так как температура пола в помещении поддерживается в диапазоне 25-26°С.

Трубы укладываются в виде змеевика различной конфигурации. Параметры системы определяются на основании теплотехнических расчетов, а температуру регулируют с помощью автоматических термостатов, получающих команды от датчиков температуры воздуха в помещении.

При использовании внутрипольного отопления в качестве нагревательных элементов используют полимерные или металлополимерные трубы диаметром 16 х 2 мм. Расстояние между соседними трубами греющего контура принимается от 0,10 до 0,35 м, а расстояние от наружных стен до нагревательных труб равно шагу укладки труб. Рекомендуемые температурные диапазоны теплоносителя: 55–45°С; 50–40°С; 45–35°С; 40–30°С.

Максимально допустимые потери давления в контуре – 20 Кпа, поэтому принято общую длину труб контура принимать в пределах 100 м. Одним контуром можно обогреть не более 20–40 м² площади пола с максимальным размером стороны 8 м. При больших размерах помещения стоит использовать несколько контуров.

Выбор схемы укладки труб зависит от технологии строительства и формы помещения. Основное правило при проектировании и раскладке петель заключается в том, что подающие участки труб в первую очередь шли в места с наибольшими теплопотерями, то есть к наружным стенам и окнам. Для того чтобы избежать неравномерного нагрева пола, перепад температуры в контурах не должен превышать 5–10 °С.

В системах напольного отопления применяют три варианта укладки труб: одиночный змеевик, двойной змеевик (параллельная укладка подающих и обратных участков труб) и спираль (подающие и обратные участки труб уложены параллельной спиралью) [1].

Среди преимуществ системы «тёплый пол» следует отметить:

1. Экономичность. Снижение энергопотребления на 20–30% в жилых домах благодаря невысокой температуры теплоносителя (30−50°C). В помещениях с большой площадью и высоким потолком экономия на отоплении достигает 60% за счёт прогрева воздуха только на 2–2,5 м от уровня пола.
2. Комфорт. Равномерный прогрев помещения от пола по всей площади создаёт оптимальные температурные условия для здоровья жильцов (+22° C на уровне ног и +18° C на уровне головы).
3. Безопасность. Нагревательные элементы скрыты от доступа, что делает пространство безопасным даже для маленьких детей, исключая риск получения травм или ожогов от контакта с теплоносителями.
4. Эстетичность интерьера. Отсутствие видимых частей отопительных систем и приборов облегчает реализацию проектов по перепланировке и дизайну помещения, так как нет необходимости прятать отопительные приборы за декоративные панели при расхождении внешнего вида с концепцией интерьера.

Среди недостатков системы «теплый пол» следует отметить:

1. Сложность монтажа. Установка системы водяного пола требует значительных трудозатрат, так как она состоит из нескольких слоев различных материалов, которые необходимо аккуратно разместить на подготовленной поверхности.
2. Риск протечек. В случае неисправности трубопровода необходимо выявить место утечки, что часто приводит к необходимости полного демонтажа напольного покрытия.
3. Дублирование системы водяного пола дополнительными отопительными приборами в помещении. Система «теплый пол» может быть основным источником тепла только в хорошо утепленных зданиях с качественными окнами и герметичными дверями. В помещениях, где установка теплого пола невозможна, таких как лестницы и узкие коридоры, потребуется дополнительно устанавливать радиаторы или конвекторы.
4. Система тёплого пола предусматривает установление дополнительного оборудования, для которого требуется свободное пространство.
5. Снижение внутреннего объёма. Конструкция «пирога» тёплого пола несколько уменьшает полезный объем помещения.
6. Высокие первоначальные затраты. Начальные затраты на устройство напольного отопления выше, чем на радиаторное и конвекторное.

Далее рассмотрим устройство и принцип работы систем конвекторного отопления.

Конвектор – это отопительный прибор, отдающий теплоту преимущественно за счет свободной конвекции. У большинства встраиваемых конвекторов короб выполнен из оцинкованной или нержавеющей стали. В качестве нагревательного элемента чаще всего используется медно-алюминиевый теплообменник, но применяются и полностью медные нагревательные элементы (в помещениях с высокой влажностью) [3, с. 30-37].

Внутрипольные конвекторы бывают с естественной и принудительной конвекцией. При этом часто отдают предпочтение именно моделям с вентиляторами, так как наличие у встраиваемого конвектора одного или нескольких вентиляторов (радиальных или тангенциальных) увеличивает скорость теплового обмена и позволяет обогревать большую площадь.

При монтаже короб конвектора с теплообменником погружают в бетонную стяжку или проемы в фальшполах, чтобы было видно только декоративную решётку, цвет которой подбирается под интерьер помещения. Решётка может быть продольной или рулонной. Она изготавливается из натурального, анодированного или покрытого полимерной краской алюминия, а также из нержавеющей стали, латуни и ценных пород дерева.

Чтобы облегчить процесс монтажа, теплообменники делают как концевыми (подающая и обратная трубы подводятся, с одной стороны), так и сквозными. Одним из преимуществ конвекторов с односторонней обвязкой является способ подсоединения к системе отопления с помощью гибких подводок, что даёт возможность вынимать теплообменник из короба без отключения от системы, что удобно при уборке.

У новейших моделей встраиваемых конвекторов предусмотрен высокий уровень автоматизации. Их работа регулируется с помощью термостатического клапана и системы управления вентилятором. Включение и выключение вентилятора, а также изменение скорости его вращения контролируются комнатным термостатом.

Рис. 2. Схема установки внутрипольного конвектора

Основными достоинствами конвекторов являются:

1. Работа при высоком давлении. Конструкция конвекторов проста, в нём отсутствуют резкие повороты полостей для движения потока теплоносителя. Поэтому есть возможность применять данные устройства в системах с давлением свыше 10 бар.
2. Быстрый прогрев помещения. Конвекторы способны нагреть воздух в помещении быстрее других отопительных приборов при условии, что между пластинами оребрения конвекторов отсутствует пыль. Следует это из теории распространения тепла с помощью конвекции (в данном приборе) и радиации (в радиаторах). Во многих современных системах отопления используются автоматические терморегулирующие клапаны, поэтому именно конвекторы могут круглосуточно обеспечить только ту температуру воздуха, которую задаст жилец.
3. Меньший объем теплоносителя. Внутренний объем конвектора в сравнении с другими отопительными приборами будет всегда меньше. Из этого следует, что требуемый объем теплоносителя будет в разы ниже, чем в случае использования радиаторов. Это безусловное достоинство с экономической стороны, так как тепловая энергия в настоящий момент является самым дорогим видом ресурсов.

Основными недостатками конвекторов являются:

1. Внешний вид. Некоторые пользователи могут быть недовольны дизайном открытых конвекторов, особенно если у них остались воспоминания о старых моделях. Современные производители стараются улучшить внешний вид, но это не всегда устраивает жильцов.
2. Трудность очистки от пыли. Узкие промежутки между пластинами оребрения затрудняют очистку от пыли, а при плавлении пыли появляется неприятный запах. Также, уменьшение пространства между пластинами влечет за собой рост значения аэродинамического сопротивления, что негативно сказывается на движении потока воздуха через отопительный прибор, снижая скорость потока и изменяя его направление, что в итоге понижает эффективность нагрева воздуха конвектором.

Обратим внимание на то, что нет однозначного мнения о том, какая система лучше для частного дома. У каждого варианта есть свои достоинства и недостатки. Также, всегда важно держать в уме, что при невозможности выбора одного из двух вариантов, можно спроектировать комбинированную систему, включающую как конвекторы, так и тёплые полы.