+7 (495) 662 99 66
AkvilonEngineering on Whatsapp AkvilonEngineering on Telegram AkvilonEngineering on Viber
Coolceiling on Wikipedia AkvilonEngineering Вконтакте AkvilonEngineering on YouTube
  • Статьи

    Идеальный теплообмен. Поверхностное отопление и кондиционирование помещений

    Охлаждаемый потолок. Технические решения. Аппаратная управляющая часть системы

    Идеальный теплообмен. Поверхностное отопление и кондиционирование помещений

    Материал подготовил Борис Безель при содействии специалистов отдела проектирования компании Akvilon Engineering для журнала «Идеи Вашего Дома», №4 (183) апрель 2014.

    В течение тысячелетий человеческие жилища отапливались с помощью локальных источников тепла, таких как очаг или переносная жаровня, применявшаяся в античности. Со временем «источник» увеличился в размерах, обзавёлся трубой и дымоходом. Двадцать первый век, возможно, станет началом эпохи эффективных и безопасных систем поверхностного отопления, монтируемых на стенах и даже на потолке

    Многим из нас хорошо знакомы системы отопления, выполненные в виде так называемых тёплых полов. Принцип заключается в следующем: в толщу перекрытия встраивается система из электрических или водяных обогревателей, которые подогревают весь пол или определённый его участок. Такой способ отопления имеет ряд преимуществ: комфортный микроклимат, экологичность, эстетическая привлекательность (отсутствуют радиаторы отопления, блоки кондиционеров и другие видимые элементы).

    Дальнейшее логическое развитие идея тёплых полов получила в виде систем настенного и потолочного отопления и кондиционирования. В самом деле, почему это стены и потолок должны простаивать без дела? Неудивительно, что для них был разработан ряд практических решений систем поверхностного отопления и кондиционирования. Такие решения предлагают […] REHAU, Uponor, Viega и некоторые другие компании. В Европе подобные системы получили достаточно широкое распространение и встречаются в 10–20 % всех современных зданий.

    В чём же главное преимущество настенного и потолочного отопления и кондиционирования? Дело в том, что комплексный подход к отоплению позволяет добиться идеального теплообмена между человеком и окружающей средой (в данном случае — помещением). По данным исследований европейских учёных, при идеальном теплообмене происходит перенос тепла (испарение, конвекция, излучение, теплопроводность) с помощью различных механизмов в строго определённых пропорциях. Настенные и потолочные системы обеспечивают теплообмен, наиболее близкий к идеальному.

    В настенных и потолочных системах передача тепла от нагретого тела к нагреваемому (скажем, от стен и потолка к человеку при отоплении и наоборот при кондиционировании) происходит в значительной мере (40–45 %) в виде излучения. Остальная часть энергии переносится конвекционными потоками воздуха. В то же время в привычных системах радиаторного отопления теплопередача на 90–95 % осуществляется конвекционными потоками воздуха. Передача тепла с помощью излучения обеспечивает отсутствие нежелательных интенсивных конвекционных потоков горячего и холодного воздуха, что автоматически ведёт к уменьшению сквозняков и возгонки пыли вместе с восходящими потоками воздуха. Большая площадь теплообмена даёт возможность снизить рабочую температуру нагревателя, что позволяет отказаться от применения сильно нагретых поверхностей, к которым «пригорает» пыль, а при неосторожном обращении обжечься может и человек.

    Большинство людей чувствуют себя комфортно при температуре помещения 20–23 °С и скорости движения воздуха не более 0,15 м/с

    В тепле родных стен 
    Настенные системы поверхностного отопления обычно выполнены на основе полимерных труб, заполненных теплоносителем (водой). Их используют и в качестве основных, и в качестве дополнительных источников тепла. Чаще всего они применяются в комплекте с водяными тёплыми полами. Создание общей системы водяного отопления выглядит экономически целесообразным, поскольку в ней используется один источник горячей воды и единый распределительный коллектор системы отопления.

    Система «тёплый пол плюс стены» с водным теплоносителем имеет свои преимущества по сравнению с исключительно напольным отоплением. Поскольку площадь стен в наших квартирах в несколько раз больше площади пола (например, в комнате 3 × 4 × 2,5 м площадь стен составит 35 м2 при площади пола, равной 12 м2), увеличение поверхности теплообмена позволяет изменять интенсивность нагрева и понижать температуру теплоносителя. Это даёт возможность совмещать систему отопления с низкотемпературными источниками тепла, такими, например, как тепловые насосы. Увеличивается и вариабельность: систему проще проектировать с учётом элементов интерьера, препятствующих теплообмену. Если на полу таких «деталей» (а это ковры, паласы, мебель) обычно всегда с избытком, то верхние части стен в этом отношении часто остаются более свободными. В идеальных условиях нагретые вертикальные поверхности отдают тепло более эффективно за счёт увеличения конвективной составляющей теплообмена. Вдоль такой поверхности образуется более интенсивный восходящий поток воздуха. Исключением может быть случай, когда конвективный поток от нагретой стены встречает препятствие — например, обогрев узкой полосой под самым потолком помещения. В реальных условиях эффективность работы систем водяного отопления в среднем на 20–30 % ниже, чем у тёплого пола, и зависит от высоты расположения обогревающего элемента. Чем выше он установлен, тем ниже будет эффективность.

    Электрические нагреватели для обогрева стен не рекомендуют использовать сами производители. Их применяют только для локального подогрева, например, зеркал в ванной комнате, чтобы они не запотевали. Связано это с тем, что при монтаже на вертикальной плоскости верхние витки нагревательного кабеля сами будут достаточно интенсивно нагреваться от поступающего снизу тёплого воздуха, поэтому такая система не будет работать эффективно при саморегулирующемся кабеле. Кроме того, резистивный кабель от перегрева может вообще выйти из строя до истечения срока службы (подробно об электрических системах нагрева и типах кабеля см. статью в № 1 (180) 2014 г.).

    Несмотря на то что настенные поверхностные системы водяного отопления известны довольно давно, в России они пока что широкого распространения не получили. Ассортимент тоже небогат. На рынке можно найти системы в виде гипсоволокнистых плит с интегрированными в них полимерными трубами (система Fonterra Side 12 компании Viega), гипсокартонных сэндвич-панелей со встроенными медными трубами либо в виде отдельных кондиционирующих элементов из металла (продукция Zehnder), а также комплектов полимерных труб, аналогичных используемым в тёплых полах (единая система REHAU, Fonterra Side 12 Clip (Viega), Plaster (Uponor). Панели устанавливаются способом «сухого» монтажа на каркас из деревянных брусков или металлических профилей и подключаются к распределительному коллектору. Стыки между панелями зашпаклёвывают. Толщина всей конструкции (например, Fonterra Side 12) составляет 48 мм, из которых на брусок приходится 30, на панель — 18 мм.

    При «мокром» монтаже трубы обычно монтируют, вдавливая в пазы на пластиковой направляющей ленте, закреплённой саморезами на поверхности стены (в соответствии с разработанной проектировщиком схемой укладки), затем опрессовывают, после чего вся конструкция покрывается штукатуркой. Толщина слоя цементно-известкового раствора над трубой должна получиться в пределах 20–30 мм, минимальный слой делают не менее 10 мм с использованием армирующей сетки для предотвращения появления трещин.

    Мнение специалиста:

    Константин Воскресенский, технический директор Viega Group

    Наряду с достоинствами у стенового варианта водяного отопления есть и недостатки. Главный — это пониженная эффективность работы, которая в реальных условиях в среднем на 20–30 % меньше, чем у тёплого пола, и зависит от высоты расположения обогревающего элемента (чем выше он установлен, тем ниже будет эффективность). Второй недостаток чисто практического (монтажного) характера и связан с проблемой завоздушивания верхних точек вертикальных контуров системы, скрыто проложенных в конструкциях стен. Но при правильном расчёте конфигурации системы таких побочных эффектов можно избежать.

     

    Мнение специалиста:

    Сергей Геннадьевич Булкин, руководитель технического отдела направления «Внутренние инженерные системы» компании REHAU

    Единая система обогрева/охлаждения REHAU может легко монтироваться как «мокрым», так и «сухим» способом. Благодаря конструктивным особенностям решения, таким, например, как техника соединения на надвижной гильзе, полностью исключается риск рабочей ошибки и появления подводных камней в процессе монтажа. Поэтому для установки системы необязательно прибегать к услугам высококвалифицированных специалистов — с этой задачей могут справиться и строители широкого профиля.

     

    Потолок ледяной…
    Потолок не очень хорошо подходит для систем обогрева, но идеален для размещения систем панельно-лучистого охлаждения. В этих системах охлаждённые панели поглощают какую-то часть теплового излучения от всех более тёплых предметов интерьера и поверхностей помещения и из окружающего воздуха (за счёт теплопередачи и конвекции), тем самым уменьшая их температуру, то есть охлаждая их. В системах лучистого охлаждения применяется холодоноситель (вода) с температурой 15–16 °С, циркулирующий в замкнутом контуре. В традиционных же системах кондиционирования воздуха необходим холодоноситель с температурой 5–7 °С. Такая разница температур означает, что в первом случае достигается более высокая эффективность работы холодильной машины — примерно на 30 %. Кроме того, лучистое охлаждение более комфортно, нежели традиционное кондиционирование с помощью потоков охлаждённого воздуха, особенно в тех случаях, когда человек находится в комнате без одежды. Однако в помещениях с повышенной влажностью не рекомендуется применять панельно-лучистое охлаждение из-за высокого риска выпадения конденсата, так как система будет часто отключаться по сигналу датчика точки росы.

    Для монтажа систем панельно-лучистого охлаждения используются капиллярные маты […] BeKa, гипсокартонные панели Uponor Gypsum. Каждый мат состоит из двух магистральных труб подачи и возврата воды, а также из гибких капиллярных трубок диаметром 3,4 и 4,3 мм, приваренных к магистральным трубам. Размеры мата могут быть различными: ширина — до 1 м, длина — от 30 см до 6 м. Гипсокартонные панели монтируются «сухим» способом, как описано выше, а капиллярные маты — несколькими методами: «мокрым» — в штукатурке на бетонное основание, на гипсокартон, в гипсокартонную панель (такие панели изготавливаются фабричным способом), в запотолочном пространстве между основанием и декоративными потолочными панелями либо в кассетный потолок. Такое количество вариантов обеспечивает возможность монтажа в самых разных условиях. В частности, «мокрый» монтаж даёт возможность разместить системы охлаждения на потолочных конструкциях сложной формы, например, сводчатых; монтаж в запотолочном пространстве позволяет оборудовать системами охлаждения помещения с акустическими потолками и т. д.

    Капиллярные системы охлаждения […] отличаются от поверхностных систем отопления рядом конструктивных моментов. Здесь используется замкнутый контур с чистой водой, охлаждающейся от теплоносителя с помощью специальной теплообменной станции. Последняя включает пластинчатый теплообменник, разделяющий первичный и вторичный контуры, а также насос, расширительный бак, манометры, термометры, предохранительную и запорную арматуру. Воду к матам подводят посредством гибких шлангов или жёсткой трубы со штуцерным соединением.

    Почему в устройства охлаждения нельзя подавать теплоноситель из водопровода? Во-первых, тогда со временем в трубках могут образоваться отложения. Во-вторых, в городских квартирах это недопустимо по экономическим и санитарным соображениям.

    Основной проблемой, ограничивающей применение поверхностных систем охлаждения, является дорогостоящее оборудование. Для подготовки холодной воды требуется водоохлаждающая машина (чиллер), стоимость которой может составлять несколько сотен тысяч рублей. Кроме того, нужна система автоматики, призванная не допустить появления на холодных плоскостях конденсата, способного испортить отделку. Как известно, когда температура поверхности какого-либо предмета опускается ниже точки росы, на ней начинает конденсироваться влага из воздуха. Для предотвращения образования конденсата на охлаждающих панелях требуется, чтобы температура поступающей в них воды была выше температуры точки росы воздуха помещения. Например, для обеспечения в комнате температуры 26 °C и относительной влажности 50 % (точка росы — 15 °C) следует зафиксировать термостат, регулирующий температуру поступающей в систему воды, либо регулятор водоохлаждающей машины на значении не ниже 17 °C. Ориентировочно для помещения площадью 100 м2 общая стоимость системы может составить 1,5–2 млн руб. из расчёта 15–20 тыс. руб. на каждый квадратный метр потолочной конструкции.

    Мнение специалиста:

    Дмитрий Ручко, заместитель генерального директора компании Holpotolki

    Любая система кондиционирования имеет свои плюсы и минусы. Холодные потолки имеют массу достоинств, таких как отсутствие сквозняков, равномерность распределения температуры по помещению, экономия электроэнергии. Для частного клиента есть только один важный минус — это высокая стоимость. Но если вопрос цены не стоит для вас слишком остро, то присмотреться к этой системе стоит. Ведь в итоге речь идёт не только о комфорте, но и о здоровье вашей семьи. К тому же стоимость системы кондиционирования нужно оценивать в рамках общей стоимости постройки дома или отделки квартиры. Тогда цены выглядят уже иначе.

     

    Автор: Борис Безель

    06.06.2014

    Охлаждаемый потолок. Технические решения. Аппаратная управляющая часть системы

    Альфонс Штрикнер, главный специалист компании A-Climax, изобретатель.

    Журнал «Строительная Инженерия», Июль 2005

    Меры по обеспечению герметичности, небольшая разница между температурами охлаждающих элементов и воздуха в помещении, использование защитной автоматики позволяют обходиться при монтаже «холодных потолков» без применения специальных гидроизоляционных материалов.

    Идеальная ситуация, когда разработка проекта «холодного потолка» осуществляется на стадии архитектурного проектирования здания, одновременно с проработкой дизайн-проекта помещений. Проектировщику климатической системы, архитектору и дизайнеру легче найти компромиссные решения до начала строительных и отделочных работ, чем после их завершения. Такой подход выгоден и с экономической точки зрения.

    Уровень автоматизации системы «холодных потолков» позволяет производить зонирование (градация значений поглощения тепловой энергии в различных зонах охлаждаемых поверхностей) как в рамках здания, блока помещений, так и в рамках одного помещения, если в этом имеется объективная необходимость. Каждая зона (отдельный охладительный контур) имеет свой термостат, что позволяет устанавливать индивидуальные температурные характеристики в зависимости от имеющихся климатических условий этой зоны.

    Меры защиты от образования конденсата на охлаждаемых элементах

    Поскольку «холодные потолки» монтируются в элементах конструкций либо под декоративным слоем отделки помещения, главным критерием надёжности системы является абсолютное отсутствие конденсата на охлаждающих элементах. В противном случае издержки на восстановительный ремонт лишат всякого смысла применение подобных климатических систем.

    Первой преградой на пути образования конденсата является небольшая разница температуры охладительных элементов и воздуха внутри помещения – примерно 2°С. Тем не менее соблюдение этого условия само по себе не застрахует пользователя системы от выпадения конденсата. Важнейшая роль здесь отводится оборудованию.

    Оборудование (на примере отдельного контура)

    В единую электрическую цепь включены температурно-влажностный датчик (датчик «точки росы»), термостат, электромагнитный клапан. Датчик «точки росы» контролирует температуру и влажность в помещении в непосредственной близости от охладительного контура, термостат отвечает за температурный режим хладоносителя (в рамках предварительных установок), электромагнитный клапан регулирует подачу хладоносителя в контур «холодного потолка».

    Основная пиковая нагрузка по предотвращению образования конденсата на охладительных элементах ложится на датчик «точки росы», поскольку исправный термостат поддерживает температуру хладоносителя на стабильном заданном уровне с высокой точностью.

    Сюрпризов следует ждать со стороны воздуха внутри помещения, смешанного с атмосферным воздухом, проникающим через открытые окна, потому как невозможно проконтролировать температуру и влажность такого воздушного «коктейля». Итак, при наступлении опасных симптомов – повышении температуры и влажности воздуха внутри помещения – датчик «точки росы» посылает сигнал электромагнитному клапану, и тот мгновенно останавливает подачу хладоносителя в охладительный контур.

    Насколько чётко сработает автоматика, сумеет ли она вовремя «заметить» наступление критических (для образования конденсата) климатических условий в помещении, зависит от настроек и качества приборов. Инженерные расчёты, позволяющие правильно калибровать приборы автоматики «холодного потолка», являются техническим ноу-хау.

    Погрешность приборов. Критерии надёжности

    Уместен вопрос – какая гарантия предоставляется на работу системы без сбоев, кто и в течение какого времени несёт ответственность в случае возникновения аварийной ситуации и порчи имущества?

    За многолетний опыт инсталляции потолочных охлаждающих систем в различных странах мира (самым старым «холодным потолкам» России – 13 лет) автоматическая система управления хладоносителем еще ни разу не привела к выпадению конденсата на охлаждаемых поверхностях.

    Уровень автоматизации системы таков, что роль человека в её обслуживании минимальна. Однажды запущенная система «холодный потолок» способна годами работать без остановки.

    Работа системы в чрезвычайных обстоятельствах – отключение электропитания, водоснабжения – также не приносит обременительных хлопот.

    В случае отключения электричества оборудование системы отключается, и в худшем варианте, когда температура охладительных элементов сравнивается с температурой воздуха, система перестаёт на какое-то время отводить из помещения тепловые нагрузки. При восстановлении электроснабжения автоматика «холодного потолка» выходит на ранее установленный режим работы без дополнительных установок.

    Перерывы в централизованном водоснабжении зданий тоже не сказываются на работе «холодного потолка». Система имеет автономный закрытый контур охлаждения, в котором во избежание завоздушивания предусмотрен расширительный резервуар.

    Отдельного внимания заслуживает вопрос, что «холодный потолок» не является самодостаточной климатической системой. Воздух, поступающий в помещение с охлаждаемым потолком, должен пройти специальную подготовку – очистку и, в зависимости от заданных климатических характеристик в том помещении, осушение или увлажнение. Сделать это возможно с помощью специализированной вентиляционной системы.

    Охлаждающие элементы обладают универсальностью: их можно монтировать непосредственно на потолке (классический вариант), при необходимости опускать продолжение гидравлических матов на верхние части стен, осуществлять переходы на разноуровневых потолках, сводах, покрывать матами отдельно стоящие колонны.

    Рис. 1. Принципиальная схема системы «холодный потолок»

    Принципиальная схема системы «холодный потолок»

    Рис. 2. Размещение охладительных гидравлических матов на плане этажа (частный случай)

    Размещение охладительных гидравлических матов на плане этажа (частный случай)

    25.08.2014