Теплоноситель в теплом поле

Благодаря интернету, казалось бы, мы уже знаем все о «теплом поле». Основные моменты, на которые должен опираться создатель данной системы отопления заключаются в следующем: Температура водяного контура не должна превышать 60°С, а поверхности пола должна находиться в пределах 26°С. В связи с этим, важнейшим фактором  для соблюдения данных стандартов является управление теплоотдачей отопительной «петли», о котором и пойдет речь в данной публикации.

• Варианты регулировки
• Ручной способ
• Сервоприводами на гребенке
• Преднастраиваемым  термостатическим вентилем
• Достоинства и недостатки

Варианты регулировки

Принцип работы теплого пола водяного прост: в «пироге» пола монтируется отопительный контур, по которому циркулирует теплоноситель. Чем выше нагрев воды в системе отопления (СО), тем большее количество тепла передается в обогреваемое помещение. На сегодняшний день существует три способа управления расходом воды в системе гидравлического теплого пола:

1. Ручной.
2. Сервоприводами.
3. Термостатическим вентилем.

Каждый вариант имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки, в которых следует разобраться перед проектированием данной СО.

Ручной способ

В этом варианте при проектировании и монтаже теплого пола вообще не предполагается наличие какой-либо автоматики. Все управление производится балансировочным клапаном, смонтированным на гребенке. Данный элемент позволяет, по мере необходимости, регулировать расход теплоносителя в конкретной отопительной «петле».

Важно: Специалисты крайне не рекомендуют использовать для ручной регулировки теплоотдачи шаровые краны, в связи с гарантированным выходом их из строя.

Существует проверенная схема внутрипольной СО с ручной регулировкой, применяя ротаметры смонтированные на коллекторе.

Рис. № 1.

a) Коллектор для теплого пола. б) Вентильные вставки. в) Ротаметры, которые служат для настройки расхода теплоносителя в каждом отопительном контуре.

Совет: Для того чтобы в последствии была возможность перехода на автоматический вариант управления, специалисты рекомендуют применять вентильные вставки, которые могут подключаться к сервоприводам.

Сервоприводами на гребенке

Установка данного элемента для управления расходом теплоносителя является наиболее простым и недорогим вариантом автоматического управления теплоотдачей водяного отопительного контура. В схему с ручным управлением (Рис №1) устанавливаются сервоприводы, управляющие вентилями на коллекторе, а, следовательно, и расходом воды в каждой  «петле». Положением привода управляет комнатный термостат, который должен устанавливаться на конкретную «петлю» СО.

Принцип работы данной системы заключается в следующем: при  превышении установленного значения температуры воздуха, термоэлемент термостата посылает сигнал на привод, который перекрывает подачу воды в змеевик. При снижении температуры воздуха до установленной владельцем, датчик так же посылает сигнал на сервопривод. Тот, в свою очередь, перемещает вентильную вставку и открывает проток теплоносителя от отопительного прибора в контур.

1. Коллектор (гребенка). 2. Вентильные вставки. 3. Ротаметры. 4. Сервоприводы на вентильных вставках.

Ниже показан коллектор теплого пола, фото показывает расположение приводов относительно ротаметров.

Преднастраиваемым  термостатическим вентилем

Третий вариант управления теплоотдачей теплых полов – установка вентиля с термостатом. Принцип работы данного устройства аналогичен применяемым на радиаторах клапанам с термоголовкой. При использовании трехходового термостатического  клапана для теплого пола можно производить регулировку его теплоотдачи:

• По температуре воздуха в отапливаемом помещении  или воды в СО.
• По двум параметрам одновременно.

Важно! Специалисты настоятельно рекомендуют устанавливать клапаны с регулировкой расхода по температуре воды в СО. Только таким образом можно выполнить требования нормативных документов и рекомендации специалистов.Варианты использования

В каком случае применяется регулировка по воздуху, а в каком по воде? Управление теплоотдачей по температуре воздуха применяется в помещениях с частыми перебоями в подаче электроэнергии. При таком способе, устанавливаются термостатические вентили в конце «отопительной петли». Управление расходом производится на подаче, посредством настройки узла подмеса.

Если проект радиаторной СО предполагает наличие одной внутрипольной отопительной «петли», в рамках СО частного дома или коттеджа, то целесообразно применить термостатические вентили с клапанами, ограничивающими температуру «обратки». Работает это так: при повышении данного значения выше установленного, клапан перекрывает подачу. Через время, теплоноситель остывает до установленного значения, клапан переходит в открытое состояние, а в трубопровод опять поступает нагретая вода из котельной установки.

Важно! Данная схема может быть реализована в СО, с температурой на подаче не превышающей 80°С.

В варианте управления теплоотдачей по двум параметрам одновременно, потребуется установка клапанов, ограничивающих расход воды в контуре: по температуре воздуха и теплоносителя. Применяют данную схему в помещениях с большой площадью остекления. Через стекла солнечные лучи могут значительно нагревать предметы в комнате, а, следовательно, и воздух в отапливаемом помещении. При превышении температуры воздуха выше установленной владельцем, клапан начнет уменьшать расход воды, за счет чего произойдет снижение температуры в комнате.

Достоинства и недостатки

Ручное управление теплоотдачей – это просто и достаточно дешево. Следует понимать, что такой способ контроля достаточно неудобен для большинства пользователей.

Вариант с сервоприводами на гребенке несколько усложняет систему, особенно за счет проводки от каждого исполнительного устройства к комнатному термостату. Тем не менее, такие схемы популярны, не дороги, просты в проектировании и реализации.

Совет: Не используйте для такой схемы приводы с плавной регулировкой из-за высокой инерционности СО. Для реализации данного способа идеально подходят двухпозиционные элементы.

Третий вариант с преднастраиваемыми термостатическими клапанами имеет больше возможностей для создания комфортного микроклимата в отапливаемом помещении. Немаловажным достоинством третьего способа является использование в проекте самой простой гребенки, состоящей из коллектора и шаровых кранов.

Системы водяного отопления — как радиаторного, так и теплого пола, для переноса тепла используют жидкость. И это не только вода, хоть она и используется в большинстве случаев (68% от общего числа систем). Применяются еще антифризы — специальные незамерзающие жидкости на основе этиленгликоля и пропиленгликоля. В них добавлены еще и присадки, снижающие химическую активность,  улучшающие некоторые другие характеристики этих жидкостей.

Для теплого пола использоваться могут те же составы, которые заливают и в радиаторную систему, но перед покупкой обязательно уточните совместимость с напольным отоплением. Свойства антифриза зависят от добавленных присадок и могут достаточно сильно отличаться, потому каждый раз интересуйтесь полным перечнем свойств незамерзающих жидкостей.

С тем, каким теплоносителем будет заполнен водяной теплый пол, нужно определяться заранее, даже еще до стадии расчетов.  В общем случае все расчеты проводятся для воды, а при использовании антифризов считать все нужно с учетом их характеристик. Например, общую производительность насоса нужно увеличивать на 10-15%, а напор вообще на 60-65%. Измениться и длина контуров или диаметр труб, так как антифризы имеют более низкую теплоотдачу. К тому же  понадобиться большая протяженность системы для переноса требуемого количества тепла. Важен вид теплоносителя и при выборе оборудования и труб: не все совместимо с антифризами, а некоторые, наоборот, могут  быть использованы только с незамерзающими жидкостями.

Какой теплоноситель лучше?

На этот вопрос нет однозначного ответа. Как всегда есть несколько аспектов, которые необходимо учитывать и в каждом конкретном случае выбирать оптимальный вариант. Чтобы выбор был осознанным, важно знать все достоинства и недостатки каждой из жидкостей. Рассмотрим подробнее свойства каждого из теплоносителей.

Вода и дистиллированная вода

Если использовать обычную неподготовленную воду — это, конечно, самый дешевый, иногда вообще бесплатный вариант. Причем он имеет и другие достоинства:

• Экологическая безопасность и абсолютная безвредность для человека. Обычная вода ничем не может повредить ни человеку, ни окружающей среде.
• Высокая теплоемкость. Это единственная жидкость, способная переносить такое количество тепла, и, что не менее важно, способная его хорошо отдавать.
• Легкое восполнение утраченного объема. После устранения протечки или испарения какой-то части воды, ее можно просто долить.
• Возможность использования в системах любого типа. В том числе и открытых с расширительным бачком открытого типа.
  

  Нет ничего экологичнее и безопаснее воды

Но у использования воды в качестве теплоносителя есть и минусы. Некоторые из них к системам теплого пола относится только в некоторой степени и, хоть и наносят какой-то вред, но незначительный:

• Из-за наличия в составе воды солей происходит их осаждение на элементах системы. Даже небольшое количество осадков снижает теплоотдачу отопительных приборов. Но водяные теплые полы относятся к системам закрытого типа. То есть одна и та же жидкость циркулирует по замкнутому трубопроводу. А в ограниченном объеме содержится не такое уж большое количество солей, так что о серьезных отложениях речь не идет.
• Из-за наличия кислорода в составе воды происходит коррозионное разрушение металлических частей системы. Но содержание кислорода может быть ограничено. Это делается на стадии подбора труб: выбираются изделия из материала с низкой кислородной проницаемостью или с дополнительным слоем, предотвращающем проникновение кислорода. В этом случае в небольшом объеме воды содержится небольшое количество кислорода, который быстро переходит в связанное состояние и никакого вреда составляющим системы больше не наносит.
• При замерзании системы вода увеличивается в объемах и может повредить трубопровод. Это физическое свойство воды и никуда от него не денешься. Но ситуацию можно сделать некритичной: выбрать трубы из пластичного материала, который при увеличении объема не разрушится. Например, такими свойствами обладает полипропилен и полиэтилен.
• Воду в системе теплого пола нужно менять не реже одного раза в год. Антифризы меняют раз в 3-5 лет. Но вода — бесплатна, а антифризы стоят прилично.
  

  Дистиллированная вода — лучший вариант в домах с постоянным проживанием

Как видим, использование воды в качестве теплоносителя в системах теплого пола — неплохой и очень недорогой вариант. Чтобы сделать его еще более привлекательным и обеспечить практически полную безопасность системы,  можно провести предварительную подготовку теплоносителя: умягчить воду. Самый простой способ — прокипятить ее в металлической кастрюле с открытой крышкой. При этом часть солей выпадет в осадок (неустойчивые соединения калия и магния). Но устойчивые соединения кипячением не удалишь. От них можно избавиться, добавив немного гашеной извести, ортофосфата натрия или кальцинированной соды. Но можно поступить еще проще: использовать дистиллированную воду. При использовании этой жидкости для теплого пола вы автоматически избавитесь от опасности отложения солей. Стоит дистиллированная вода немного, так что это — неплохой выбор.

Антифризы

В системах отопления используются антифризы на основе этиленгликоля и пропилен-гликоля. Обычно это водные растворы этих многоатомных спиртов, к которым добавлены присадки для улучшения их свойств.

Используются только специальные составы для систем отопления. Антифризы общего назначения или автомобильные заливать в теплый водяной пол нельзя категорически!

Выбирая антифриз, помните, что этиленгликоль — сильный яд. При отравлении смерть наступает в 60% случаев, а в остальных 40% почки оказываются сильно поврежденными. Смертельная доза для взрослого человека — 100-300мл. Чреваты серьезными последствиями не только принятие внутрь вещества, но и контакт с кожей или слизистыми. Токсичны, хоть и в меньшей степени, пары: к необратимым последствиям приводит их хроническое вдыхание. Тем не менее, антифризы на основе этого этиленгликоля используют. Их продают в пять раз больше, чем на основе более безопасного, но более дорогого, пропилен-гликоля.

При всей опасности этиленгликоль далеко не идеален как теплоноситель:

• Имеет высокую коррозионную активность (гораздо выше, чем у воды). Для снижения коррозионной способности применяют соответствующие ингибиторы.
• Имеет способность к вспениванию, что снова-таки компенсируется соответствующими присадками.
• Более текуч, чем вода, что приводит к проблемам с протечкой соединений. При ядовитости этиленгликоля это может стать проблемой. Работать с жидкостью нужно с высочайшей осторожностью, в защитных перчатках и очках. Причем все предметы и материалы, которые впитали раствор, тоже становятся ядовитыми. Они подлежат замене и уничтожению.
• Очень плохо реагирует этиленгликоль на перегрев. При повышении температуры до 70^оС происходит активное выпадение осадков, которые сильно снижают теплоотдачу тепловых приборов. А это опять-таки ведет к перегреву. После перегрева свойства жидкости меняются кардинально, так что дальнейшая эксплуатация антифриза невозможна. Исходя из этого, следует учесть, что в системах с твердотопливными котлами антифризы на основе этиленгликоля использовать нельзя: там 95^оС скорее правило, чем исключение, и без автоматики, способной контролировать положение или без теплоаккумуляторов, система неизбежно будет перегреваться.
  

  Антифризы на основе этиленгликоля имеют часто розовый цвет

Из достоинств использования антифриза на основе этиленгликоля — замерзание при очень низких температурах:

• при концентрации 65% температура замерзания -65^оС;
• при 45% замерзает при -30^оС.

Причем, если превышен порог замерзания, жидкость становится гелеобразной, ее объем не увеличивается. После повышения температуры состояние и свойства антифриза  восстанавливаются без каких-либо изменений. Все остальные свойства — низкая коррозионная активность, образование защитной пленки, малая степень пенообразования — это все благодаря наличию специальных присадок, которые можно добавить в ту же воду (при их совместимости с водой). Так как теплый водяной пол — система закрытая, то использование этого типа антифриза разрешено (в открытых системах запрещается). Но при возможности, лучше наполнить систему составом на основе пропилен-гликоля.

Пропиленгликоль — безопасное вещество, которое в некоторых странах разрешено к использованию в качестве пищевой добавки. Свойства этого вида незамерзающей жидкости также в большей степени определяются наличием присадок, а из «врожденных» — низкая температура замерзания,  не твердая, а гелеобразная консистенция, которая никак не вредит системе в случае заморозки. Это вещество к тому же имеет самую низкую коррозионную активность из всех жидкостей, которые используются как теплоносители.

Почему же тогда составы на основе пропилен-гликоля покупают в пять раз реже? Потому что, во-первых,  стоят они как минимум в два раза дороже, а во-вторых, обычно имеет более высокую температуру замерзания. Зато в системах, запаленных пропилен-гликолевым антифризом, можно использовать менее стойкие к коррозии материалы, а значит, меньше платить за них.

Если говорить о том, чем лучше заполнять систему отопления (и теплый пол), то, по возможности, нужно отдавать предпочтение дистиллированной воде. Этот вариант хорош при не очень низких зимних температурах или при постоянном проживании. Но если дом или дачу вы периодически в зимнее время оставляете без присмотра, то постарайтесь залить пропилен-гликолевую «незамерзайку». Этот вариант пусть и более дорогой, но зато безопасный. Использование этиленгликолевого состава может быть оправдано только в случае крайне низких температур. Тут уж и деваться некуда: если нет безопасного состава, который выдерживает зимние температуры, придется брать то, что есть.

Привила эксплуатации антифризов и особенности системы с ними

Еще раз обратим внимание, на то,  что считать параметры системы и выбирать оборудование нужно с учетом типа используемого теплоносителя. Если рассчитать и собрать систему под воду, а потом просто залить «незамерзайку», вы неизбежно столкнетесь с проблемами:

• В некоторых случаях, если система рассчитана под воду без запаса, не будет хватать тепловой мощности. Если запас был порядка 20%, то работать все будет на пределе возможностей. А все потому, что у антифризов меньшая теплоемкость. Как вариант решения проблемы в случае с теплыми полами — поставить более мощный насос. Увеличится скорость движения теплоносителя, а вместе с ней возрастет количество переносимого тепла. Но при этом при включении холодной системы не выставляйте сразу высокую температуру нагрева: будет перегрев (чем это чревато читайте чуть ниже). Температуру поднимайте постепенно, доведя ее до 40-50^оС за несколько дней (в зависимости от теплоизоляции вашего пола, но не выше 55-60^оС).
• Недостаточным окажется объем расширительного бачка (он должен быть только мембранным). Эта проблема возникает из-за большего температурного расширения. Придется покупать другой бачок, большего объема, или устанавливать второй.
  

  Размер расширительного бачка в зависимости от объема системы

• Могут потечь резьбовые соединения. Часто для герметизации стыков используют льняную подмотку и краску. От такой герметизации при использовании незамерзающих жидкостей толку не будет: он разъест краску. Решение проблемы в следующем: подмотку можно использовать вместе со стойким к этиленгликолю герметиком.
• При превышении температуры теплоносителя в 70^оС начнется активное выпадение осадков, которое может полностью забить узкие проходы труб. Даже если циркуляция сохраняется, теплоотдача отопительного контура становится намного ниже, что опять приводит к перегреву и еще большему количеству отложений. Перегрев ведет к еще одной неприятности: начинают активно проходить коррозионные процессы (присадки теряют свои свойства) и система разрушается. Потому для систем, заполненных антифризами, важно иметь нагревательное оборудование с надежной автоматикой, ставить резервные устройства, которые будут блокировать систему при превышении температурного порога. Именно поэтому традиционные твердотопливные котлы в таких системах можно ставить только вместе с теплоаккумуляторами, что позволит сгладить температурные скачки.
• Обычные прокладки разрушатся и появятся новые протечки. Потому перед заливкой «незамерзайки» на всех разъемных соединениях стандартные прокладки меняют на химически стойкие (паронитовые или тефлоновые).

Чтобы избежать этих неприятностей,  нужно при планировании учитывать факт использования антифризов,  выбирать совместимое оборудование и химически стойкие вспомогательные материалы.

Итоги

Если использование антифризов неизбежно (низкие зимние температуры и непостоянное проживание в доме), безопаснее пользоваться пропилен-гликолевыми составами. По своим характеристикам они не уступают этиленгликолевым, правда, стоят дороже, но зато являются абсолютно безвредными. Во всех других случаях, в качестве теплоносителя для теплого водяного пола лучше использовать воду (умягченную или дистиллированную — на ваш выбор). Чтобы застраховаться от разморозки системы в этом случае, укладывайте в стяжку трубы из полиэтилена — они нормально переносят несколько циклов заморозки. Но нужно сказать, что замерзнуть жидкость в теплом полу может только при температуре пола -5^оС или -10^оС, а это невозможно, при останове системы даже на пару дней в сильные холода.