Электрический теплый пол: нагревательные элементы

Статьи >> Раздел. Теплый пол

В основе работы электрических систем нагрева пола лежит преобразование электрической энергии в энергию тепловую.

Данный процесс протекает при пропускании электрического тока через материалы с высоким сопротивлением.

Деталь, которую изготавливают из такого материала и подключают к источнику электричества, называют нагревательным элементом.

Этот элемент — основная часть не только электрического теплого пола, но и любого электронагревательного прибора, работающего по данному принципу (например, спираль у чайника или утюга).

В системе "теплый пол" используется нагревательный элемент в виде провода или гибкого кабеля – при этом тепло от нагреваемого кабеля передается в верхний слой пола, превращая его напольный обогреватель.


К электрической сети система подогрева пола подключается с помощью регулятора температуры, позволяющего менять величину пропускаемого через нагревательный элемент электротока и, соответственно, степень его нагрева.

Контроль за температурой нагрева пола осуществляется посредством датчика, смонтированного в полу и расположенного между витками кабеля. Датчик, как и нагревательный кабель, подключается к регулятору температуры.

Если теплый пол будет работать как основное отопление, то необходимо использовать второй датчик – датчик температуры воздуха.

Нагревательные кабели

Поскольку нагревательный кабель является основным рабочим элементом теплого пола, о нем стоит поговорить подробнее.

Как уже говорилось, нагревательный кабель выполняет функцию преобразования электрического тока в тепловую энергию.

Для обычных кабелей и проводов такое свойство является крайне нежелательным – нагрев проводников электрическим током приводит к выделению тепла, снижающего ресурс изоляции, а при значительном нагреве изоляция может вообще разрушиться.

Несмотря на различные меры, принимаемые для снижения тепловыделения, процесс преобразования электричества в тепло в проводах и кабелях существует всегда. Величина электроэнергии, которая тратится на нагрев проводников, весьма мала и составляет порядка 1-3%.

К нагревательному кабелю предъявляется совершенно противоположное требование – на 100% преобразовать всю электрическую мощность в тепло.

Очень важным параметром нагревательного кабеля является удельное тепловыделение (линейная мощность) – параметр, характеризующий количество выделяемой мощности на единицу длины кабеля (Вт/м). У разных производителей нагревательного кабеля значения удельного тепловыделения могут колебаться от 15 до 21 Вт/м.

Не менее важным пунктом является расстояние между нитками контура (шаг укладки). При проектировании подогрева пола удельное тепловыделение и шаг укладки должны быть увязаны таким образом, чтобы на поверхности пола не наблюдалось так называемой "тепловой зебры" — чередования зон с существенной разницей температур.

Для изготовления нагревательных жил используется нихром, оцинкованная сталь, латунь, первичная медь, а также другие материалы, составляющие секрет различных фирм-производителей.

В качестве изоляции токоведущих жил используется фторопласт (тефлон) или силиконовая резина, для внешней изоляции используется чаще всего водонепроницаемый и устойчивый к ультрафиолету поливинилхлорид (ПВХ).

Другим элементом, входящим в состав нагревательного кабеля является защитный экран.

Его основное назначение — уменьшение электромагнитного излучения, создаваемого кабелем. Дополнительное назначение экрана – защита жил от механических повреждений и работа в качестве заземляющего проводника.

Экран расположен поверх изолированных нагревательных жил и состоит, как правило, из двух частей — оплетки из оцинкованных или луженых медных проводников и алюминиевой фольги. Фольга работает и как экран и как защита жил от локального перегрева, равномерно распределяя тепло по кабелю.

В состав некоторых кабелей может входить дополнительный слой, который выполняет функцию защиты нагревательных жил от механических повреждений.

К примеру, такой защитный слой имеет нагревательный кабель "Thermocable" (для монтажа в бетонную стяжку) и нагревательные маты "Thermomat" (для монтажа в слой клея для плитки) от шведской компании Thermo.

Строение кабеля нагревательных матов "Thermomat" (Швеция)

Этот слой состоит из стекловолоконных мононитей, расположенных поверх нагревательных жил (перед экраном) и предотвращающих их разрыв, например, при усадке пола.

Разновидности нагревательных кабелей

В системах электроподогрева полов применяют нагревательные элементы нескольких типов:

  • Резистивный нагревательный кабель
  • Нагревательные маты
  • Саморегулирующийся нагревательный кабель.

Резистивный кабель – кабель, применяемый в основном при устройстве теплого пола в бетонной (песчано-цементной) стяжке.

Конструктивное исполнение – одножильный кабель и двухжильный.

Как правило, кабель для теплого пола изготавливается в виде отрезков определенной длины — такие отрезки получили название нагревательных секций. В зависимости от площади обогрева длина секций может находиться в диапазоне от 8 до 150 м.

Нагревательные секции с помощью соединительных муфт соединяются с монтажными ("холодными") концами, которые подключаются к электросети. Длина монтажных концов составляет 0,75-2 м.

К соединительным муфтам предъявляются довольно высокие требования.

Причина этого проста — место соединения монтажных концов и нагревательных секций периодически нагревается и остывает, что рано или поздно может привести к пропаданию контакта. Поскольку это самое слабое звено в конструкции производители уделяют серьезное внимание данному участку системы.

И еще: опасность перегрева диктует главное условие эксплуатации теплых полов на основе резистивного кабеля — их нельзя накрывать коврами, а также заставлять мебелью или другими предметами, способными ухудшить теплоотдачу поверхности пола.

Важнейшей характеристикой резистивного кабеля является погонная (линейная) мощность – количество тепловой энергии, выделяемой кабелем на единицу длины. В нагревательных секциях различных марок эта величина варьируется в пределах от 15 до 21 Вт/м.

Опыт показал, что увеличение этого параметра может приводить к заметному снижению надежности системы.

При этом:

  • возрастает вероятность перегрева и разрушения кабеля в местах, в которых имеются воздушные прослойки (полости)
  • сокращается длина кабеля, приходящаяся на единицу площади пола
  • приходится увеличивать расстояние между нитками в контуре, следствием чего является существенный перепад температур на поверхности пола (т.н. "тепловая зебра"), который приводит к дискомфортным ощущениям и короблению напольного покрытия.

С другой стороны, применение нагревательных секций с погонной мощностью меньше 15-ти Вт/м может привести к перерасходу кабеля и необходимости более частой укладки ниток контура, что также нежелательно (расстояние между витками может колебаться от 6 до 15 см, оптимальное расстояние — 10-12 см).

При равной погонной мощности одножильный кабель стоит дешевле двухжильного.

Однако набранный из таких секций контур усложняет монтаж и ограничивает в выборе конфигурации трассы — второй конец секции приходится вести обратно к регулятору температуры.

Кроме того, одножильный кабель характеризуется более высокой напряженностью электромагнитного поля (4-8 мкТл/м).

В силу перечисленных особенностей нагревательные секции данного типа рекомендуют применять в прихожих, туалетах или ванных комнатах.

Подключение двухжильного контура к источнику тока выполняют только с одной стороны. На другом конце кабеля жилы соединяются, образуя замкнутую электрическую цепь.

Трасса из двухжильного кабеля может иметь какие угодно очертания — это бывает очень удобно при устройстве обогрева пола с нестандартной геометрией.

Еще одним преимуществом двухжильного кабеля является низкая напряженность магнитного поля: 0,5-0,85 мкТл/м.

Нагревательный мат фирмы Devi (Дания)

Для справки: в качестве предельно допустимой напряженности магнитного поля, безопасной для человека, принимают величину в 100 мкТл/м.

Нагревательные маты — по своей сути это та же нагревательная секция, но уже в готовом виде: кабель уже аккуратно уложен с определенным интервалом и закреплен на специальной основе (пластиковая или стекловолоконная сетка).

Нижняя поверхность мата смазана клейким составом, она легко и быстро укладывается поверх бетонной или цементно-песчаной стяжки.

Толщина мата не превышает 10 мм, поэтому устройство теплого пола из нагревательных матов практически не влияет на высоту помещения и применяется для непосредственной укладки под финишное напольное покрытие – например, в слой плиточного клея.

Иногда такую конструкцию теплого пола называют "сверхтонкий теплый пол".

Есть только одно неудобство: нагревательные маты очень трудно вписать в нестандартную геометрию пола.

Саморегулирующийся кабель — кабель такого типа "умеет" самостоятельно поддерживать оптимальную температуру нагрева, возможность перегрева в нем полностью исключена.

Генерация тепловой энергии происходит в слое полимерного материала (тепловыделяющая полимерная матрица), помещенном между двумя токопроводящими жилами.

Полимер обладает полупроводниковым эффектом, поэтому его проводимость зависит от собственной температуры.

При нагреве она уменьшается, при остывании – наоборот, увеличивается.

С изменением проводимости меняется и величина проходящего через полимерный слой тока и, соответственно, количество выделяемой тепловой энергии.

Саморегулируемый кабель компании Thermo (Швеция)

В то время как резистивный кабель из-за опасности местного перегрева можно применять только на свободных участках пола, его саморегулирующийся "коллега" будет отлично себя чувствовать, даже если какая-то его часть окажется под мебелью.

Возможно, саморегулирующиеся нагревательные кабели давно бы уже вытеснили резистивные, если бы не их заоблачная цена: стоимость одного погонного метра составляет от 5 до 10 долларов.

Основное применение саморегулирующегося кабеля – системы антиобледенения (защита от замерзания трубопроводов, кровли, водомерных узлов и других объектов).

Инфракрасный пленочный пол: краткие сведения

Данная система рекомендуется для быстрой установки непосредственно под легкие напольные покрытия (паркет, ламинат) без применения клеев и стяжек.

Такую систему "теплого пола" иногда называют мобильной – при желании эту конструкцию можно быстро демонтировать и разместить в другом месте. Такими местами могут быть любые горизонтальные и вертикальные поверхности.

Основу системы составляет "инфракрасная" пленка — здесь электрический ток пропускается через особый углеродный состав, генерирующий при этом интенсивное инфракрасное излучение. Толщина пленки составляет примерно 0,4-0,5 мм.

В ранних моделях нагревательный состав наносился полосами на пластиковую или полиэтиленовую пленку, в современных вариациях на подложку наносят сплошной слой карбоновой пасты, а всю конструкцию усиливают несколькими слоями защитного пластика, устойчивого к воздействию агрессивных сред.

Результатом усовершенствований стал 20-процентный прирост эффективности и увеличение срока службы с 12-ти до 50-ти лет.

ИК-пленку можно считать примером параллельной электрической цепи: в случае локальных повреждений вся конструкция продолжает излучать тепло в заданном режиме. При этом нагревательную функцию выполняют не отдельные элементы, а вся поверхность пленки, что является еще одним положительным качеством системы.

Среди других плюсов ИК-пленки можно отметить:

  • весьма низкие показатели по электромагнитному излучению
  • благоприятное воздействие инфракрасного излучения на здоровье человека
  • высокий КПД системы – 95-98%
  • бесшумность работы и отсутствие продуктов выделения.

Про недостатки можно сказать два слова – пленочный пол не любит влажность и установку на него тяжелых предметов.

На самом деле, вопросов по "инфракрасным теплым полам" больше, чем ответов — начиная с не совсем удачного названия (можно сказать, неправильного), кончая туманными утверждениями производителей о наличии у ИК-полов лечебных свойств.

В отдельном материале мы подробно рассмотрим систему инфракрасного обогрева без рекламной патетики.

Дата публикации: 19.05.2014 | Sign: > 1419

По материалам сайта: http://elektroprovodnik.ru