КПД водяного теплого пола

Особенности водяного теплого пола 

Теплый пол с водяным контуром – это бесшумная, компактная, надежная система лучистого обогрева. Для сравнения, радиаторная схема предусматривает до 80-100 % теплообмена за счет конвекции, в то время как теплый пол нагревает «рабочую плиту» и около 40-60 % тепла перераспределяется лучистым методом, то есть благодаря тепловому излучению. Это дает ряд преимуществ:

• Равномерно прогревается весь объем помещений;
• Коммуникации скрываются в полу;
• Возникает определенная инерционность (более длительный прогрев, медленное остывание);
• Температура теплоносителя значительно снижается;
• Исключаются резкие колебания температуры;
• Применяется больше регулирующей аппаратуры, программаторов, термостатов, терморегуляторов;
• Возможно независимое регулирование определенных зон;
• Возможно дистанционное управление отоплением;
• Уменьшаются тепловые потери от коммуникаций;
• Повышается безопасность из-за низкотемпературного теплоносителя.

Также улучшается качество воздуха, благодаря равномерной циркуляции воздушных масс, повышению уровня кислорода (по сравнению с водяными конвекторами), уменьшается количество пыли и мусора в верхних слоях воздуха.

Когда речь идет о КПД водяного теплого пола, чаще всего имеются в виду именно эксплуатационные расходы и вопросы комфорта, поскольку коэффициент полезного действия системы отопления практически полностью зависит от котельного оборудования либо другого источника тепла. Непосредственно система водяного теплого пола ровно сколько же тепловой энергии получит, столько же она и перераспределит внутри здания. Соответственно, КПД отопления рассчитывается по отопительным приборам, в зависимости от тепловых потерь и характеристик помещений. 

Иногда под КПД водяного теплого пола подразумевают эффективность транспортировки тепловой энергии от источника (котла), до зоны обогрева. Это неточная формулировка, поскольку в качестве теплораспределяющего слоя используется чаще всего стяжка, могут применяться трубы разного диаметра (16 мм, 20 мм), используются различные по своим изоляционным способностям отделочные материалы (керамическая плитка, паркет, ламинат). Каждый из элементов «рабочей плиты» влияет на скорость её прогрева, поэтому задача проектировщика рассчитать достаточный нагрев с учетом теплопотерь и конструкции рабочей плиты. 

Почему водяной теплый пол выгоднее в эксплуатации?

Современные жилые здания проектируются и строятся в развитых странах с обязательным наличием водяного теплого пола или теплых стен, радиаторы применяются лишь в качестве дополнительного источника тепла. Считается, что лучистый обогрев более выгоден и энергетически эффективен по следующим причинам:

• Осуществляется доставка тепла с помощью инфракрасного нагрева;
• Нет потерь на больших магистральных трубопроводах, воздуховодах, запорной арматуре;
• Уменьшаются расходы на электроэнергию – циркуляционные насосы, программаторы, контроллеры потребляют значительно меньше энергии, чем при использовании радиаторов, конвекторов, регистров в связи с уменьшением объема теплоносителя;
• Широкий спектр различных источников тепловой энергии для водяных полов – тепловые насосы, твердотопливные, газовые, электрические котлы, солнечные панели;
• Тепло аккумулируется в большей части рабочей плитой, а не накапливается в воздушных массах под потолком;
• Применение современных интеллектуальных устройств контроля позволяет дополнительно снизить на 40-50 % энергопотребление.

Для того, чтобы оставаться энергоэффективным теплый пол может работать при температуре от 25 до 30 градусов, в то время, как радиаторы могут требовать настройки на высокую температуру (60-80 градусов). В климатических зонах, где преобладает отопительный период, использование лучистого теплого пола на 15-25 % эффективнее радиаторов. Если же дополнить систему тепловым насосом или другими альтернативными источниками энергии эффективность водяного теплого пола возрастает до 30-40 %.

Как повысить КПД водяного теплого пола?

Основные факторы, влияющие на коэффициент полезного действия лучевого отопления:

• Материал труб – у каждой системы трубопровода есть параметр – коэффициент теплопроводности. Он оценивает теплотехнические характеристики строительных материалов. Чем он выше, тем быстрее и больше тепла будет передаваться рабочей плите. 
• Диаметр труб – как правило, в жилой застройке применяются полимерные трубы диаметром 16 мм с шагом 15-30 см. Если же используются трубы диаметром 20 мм и более, КПД водяного теплого пола уменьшается, поскольку нужно делать шаг больше, ускоряется поток теплоносителя, нужно увеличивать толщину стяжки, повышаются общие расходы на материалы и монтаж. 
• Теплопотери помещения – их нужно рассчитывать исходя из желаемой температуры, конструкции стен, перекрытий, наличия окон, дверей. В среднем на 10 кв.м. площади в жилых помещениях требуется обеспечение теплового потока в 1,5 кВт. Грамотный расчет теплопотерь позволит снизить температуру теплоносителя, его объем, а также поможет рассчитать оптимальную раскладку труб.
• Длина контура теплого пола – чем больше длина контура, тем большее гидравлическое сопротивление, соответственно, должны применяться либо трубы большего диаметра, либо площадь разбивается на несколько контуров. В среднем длина контура для 16 мм полимерной трубы не должна превышать 90-100 метров, для 20 мм – до 120 м. 
• Гидравлический шаг между витками – от величины витков и промежутков между ними зависит равномерность прогрева рабочей плиты. Обычно применяется 2 вида укладки (улитка и змейка). Змейку эффективнее использовать в небольших комнатах с невысокой теплопотерей, улитка подойдет для помещений большой площади с несколькими контурами. КПД водяного теплого пола со схемой укладки «улитка» будет выше, поскольку меньше теряется давление, тепло распределяется по всей площади контура равномерно.
• Перепад температуры – рекомендуется, чтобы при проектировании водяного теплого пола максимальный перепад между температурой теплоносителя и установленным значением был не более 10°C. Это исключает резкие скачки температуры, перегрев определенных зон, создаются комфортные условия для проживания и работы.
• Изоляционная подложка – чем больше тепловой энергии будет распределяться внутри рабочей плиты, тем выше будет суммарное КПД, поэтому обязательно используется изоляционный слой, тепловые отражатели в виде фольги или других материалов. 

Общим правилом, как и для любой другой отопительной системы, является уменьшение тепловых потерь для повышения общего КПД перераспределения тепла от котла.

Использование программаторов, термостатов, терморегуляторов

Современные исследования выяснили, что терморегуляция при помощи интеллектуальных систем может повысить энергоэффективность отопления на 20-40 %.

Сценарии использования терморегулирующей арматуры:

• Удаленный доступ – управление параметрами работы по Wi-Fi, отключение или уменьшение энергопотребления во время отсутствия жильцов.
• Погодозависимая автоматика – программно-аппаратный комплекс будет менять температуру теплоносителя в зависимости от климатических условий.
• Комнатные термоконтроллеры – поддерживают установленный микроклимат в помещении.
• Циркуляционные насосы с переменной скоростью – ускоряют или замедляют движение теплоносителя в зависимости от установленных значений.
• Программаторы – термоконтроллеры с программируемыми алгоритмами работы (увеличение нагрева за час до пробуждения, приезда домой).
• Терморегуляторы с контролем присутствия – программируемые регуляторы, которые работают вместе с датчиками движения.

Большинство программно-аппаратных комплексов имеют функции «дома», «ночь», «утро», «вне дома». Если жильцы покинули помещение система отопления переходит в энергосберегающий режим и работает на поддержку установленного микроклимата. 

Кривая эффективности работы котельного оборудования показывает, что устройство работает значительно лучше при частичной нагрузке, чем, когда запущено на полную мощность. Поэтому интеллектуальные устройства помогают перераспределять тепловую мощность во времени, снижая нагрузку на котлы и повышая их КПД.

Отделочные материалы и КПД водяного теплого пола

Необходимо помнить, что теплоотдача внешней поверхности трубы осуществляется в бетонную стяжку (рабочую плиту), её толщина влияет на инертность системы. Кроме того, все виды декоративного и защитного покрытия, уложенные поверх стяжки, играют роль изоляционного материала с различной теплопроводностью. Повысить КПД водяного теплого пола можно используя отделочные материалы с высоким коэффициентом теплопроводности, чтобы рабочая плита быстро отдавала накопленную тепловую энергию. Оптимальными видами отделки являются керамическая плитка, линолеум, ламинат, ПВХ-плитка. Не рекомендуется использовать паркет, паркетную доску, дерево, ковры и ковролин.