Головна будівельна премія країни - IBUILD

Потолочное охлаждение помещения как альтернатива кондиционированию

Л. Галайда

Системы поверхностного охлаждения получили распространение в развитых странах и в настоящее время находят все большее применение в Украине, в том числе и в качестве альтернативы системам кондиционирования воздуха. При всей схожести по принципу работы и конструкции «холодных потолков» с «теплыми полами», они обладают рядом особенностей, которые мы и рассмотрим подробно в этой статье

Изображение панели Rehau для охлаждения помещения Необходимость поддержания комфортной температуры воздуха в помещениях ставит потребителя перед выбором инженерной системы для обеспечения микроклимата. Как правило, для этих целей применяют кондиционеры воздуха. Однако в последние годы на смену им нередко приходят системы поверхностного охлаждения, где в качестве теплоносителя используется вода. Наиболее распространенные из них – «холодные потолки». Они особенно эффективны и оптимальны, если речь идет о сравнительно больших площадях жилых или офисных помещений, для обеспечения микроклимата которых установлен источник тепла и холода – тепловой насос.

Сравнение оборудования

Если взять, к примеру, средний коттедж площадью 250–300 м2, то капитальные затраты на оборудование его бытовыми кондиционерами составят свыше 3–4 тыс. евро (более продвинутые мультизональные системы – значительно дороже). Системы поверхностного охлаждения чуть дороже (обойдутся примерно в 5-6 тыс. евро), однако потребуют впоследствии существенно меньших эксплуатационных затрат. Дольше и период их эксплуатации. Он измеряется несколькими десятками лет (например, если в качестве базового компонента используется труба из PE-Xa производства немецкой компании REHAU – это порядка 50 лет).

Кондиционеры же со временем нужно будет заменять. Кроме того, требуется их ежегодное техническое обслуживание и сервис: очистка фильтров от пыли, профилактика образования микроорганизмов, плесени и грибка в самом оборудовании, дозаправка хладагентом и т. д. Возникает также вопрос с отводом конденсата.

Есть отличия и в плане комфорта. Так, системы поверхностного охлаждения не создают циркуляции воздуха и сквозняков. Их действие можно сравнить с нахождением в подвальных помещениях: когда в них спускаешься, то ощущаешь прохладу. Ведь температура земли – невысокая и постоянная. Примерно то же обеспечивают и системы поверхностного охлаждения. В отличие от систем кондиционирования, они работают с большим постоянством (реже происходит включение и выключение).

По части энергоэффективности кондиционер сравним с воздушным тепловым насосом. В то же время сезонная эффективность грунтового теплового насоса выше, к тому же, его можно использовать для отопления в зимний период. А применение теплового насоса для охлаждения летом позволяет прогревать скважины, что является профилактикой их обмерзания.

Среди недостатков систем охлаждения – для применения необходима ровная поверхность потолка в зонах охлаждения, расположение панелей на потолке необходимо согласовывать с дизайнерами. В то же время, некоторые элементы дизайна, например, подсветки, вполне возможны. Монтаж панелей в помещениях с высокой влажностью не рекомендуется (ванные комнаты, бассейны и т.п.) из-за риска образования на поверхности строительных конструкций конденсата. Оптимальные параметры для систем потолочного охлаждения: относительная влажность – не более 70% (длительно); температура – не ниже 10°С. Кроме того, лучше, чтобы высота потолков не превышала 5 м.

В системах поверхностного охлаждения возможно применение одного из двух типов теплоносителя – антифриза или воды. Последняя – предпочтительнее с практической точки зрения.

Сама система потолочного охлаждения предусматривает две возможности организации – с помощью «мокрого» или «сухого» способов монтажа. Первый, по ряду причин, применяется довольно редко. Он подходит только для новых помещений, более трудоемок и занимает больше времени. Второй – предусматривает использование набора готовых потолочных панелей с заключенными в них трубами (рис. 1), которые после установки необходимо лишь оштукатурить и окрасить.

Изображение внешний вид панелей для охлаждения и укладка труб Рис. 1. Внешний вид (а) охлаждающих панелей и пример укладки в них труб (б)

Поскольку системы «сухого» монтажа применяются более чем в 90% случаев, рассмотрим детально их расчет, особенности инсталляции и настройки работы.

Базовый расчет охлаждения помещения

Для проектирования изначально берется план строения. Уточняется техническое задание на предмет того, в каких именно помещениях будет задействована система потолочного охлаждения.

Согласно ДБН В.2.5-67:2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» (которыми предусмотрено применение панелей для охлаждения помещений), диапазон оптимальной температуры в теплый период года в жилых комнатах составляет 23–26°С, допустимое значение – до 27°С. При этом рекомендуемая разница между наружным и внутренним воздухом – порядка 7°С.

Важно обратить внимание на источник холода. Учитывается, что панели работают только на пассивное охлаждение с температурой теплоносителя до 17°С на линии подачи и 22°С – в обратной линии. Такой температурный режим может дать чиллер или тепловой насос. Последний – более эффективен и потому предпочтителен.

Для того, чтобы обеспечить комфортную температуру, рассчитываются теплопритоки. Они, как и теплопотери в случае отопления, зависят от оконных конструкций (стеклопакетов), от самих стен (толщина, материал). Кроме того, от ориентации по сторонам света, наличию затенения от козырьков, деревьев, от количества людей и электроприборов в помещении. Факторов много и в каждом случае они индивидуальны. Основные можно выразить в формуле:

Q = Q1+Q2+Q3+Q4,

где Q1 – теплопоступления от солнечной радиации или искусственного света (электрического освещения); Q2 – теплопоступления от находящихся в помещении людей; Q3 – теплопоступления от офисного оборудования; Q4 – теплопоступления от бытовой техники.

Поступление теплоты от солнечной радиации рассчитывается по формуле:

Q1=S•h•q,

где S – площадь помещения (м2); h – высота помещения (м), q – коэффициент равный: 30 Вт/м3 – если в помещение не попадают солнечные лучи (или северная сторона здания); 35 Вт/м3 – для обычных условий; 40 Вт/м3 – для комнат с большой площадью остекления с солнечной стороны.

Значения Q2 и Q4 можно подобрать из приводимых таблиц (табл. 1 и 2), а Q3 обычно принимается в размере 30% от потребляемой мощности оргтехники. Для примера: компьютер выделяет 300–400 Вт теплоты, лазерный принтер – 400 Вт, копировальный аппарат – 500–600 Вт.

Таблица 1. Тепловыделения тела человека в зависимости от рода занятийИзображение тепловыделение человека в помещении

В настоящее время производители оборудования предлагают компьютерные программы для расчета теплопритоков и можно воспользоваться ими.

Таким образом, по суммарной мощности тепловыделяющих объектов проектанты определяют сколько холода нужно получить от системы потолочного охлаждения. Исходя из этого, производится подбор панелей. Производители предлагают достаточный их выбор для того, чтобы организовать различные варианты размещения. К примеру, в ассортименте компании REHAU – панели четырех типоразмеров. Длина изделий – 500, 1000, 1500, 2000 мм. Ширина во всех моделях – 1250 мм, а глубина – 30 мм. Конструкция панели включает трубу из сшитого полиэтилена (Rautherm S), заключенную в гипсокартон, и слой утеплителя толщиной 15 мм (чтобы избежать выпадения конденсата). Охлаждающая мощность наибольшей по размеру панели площадью 2,5 м2 (2000 х 1250 мм) достигает 95 Вт (около 40 Вт с 1 м2).

Таблица 2. Тепловыделения от некоторых бытовых приборовИзображение таблицы тепловыделения от некоторых бытовых приборов

Панели расставляются по помещению в планах. Есть два варианта их расположения: со смещением друг к другу в шахматном (рис. 2, а) порядке (на расстояние около 250 мм) или раздельная компоновка (рис. 2, б). Важно, чтобы не было крестообразного размещения, из-за которого панели со временем могут сместиться.

Кроме того, они должны максимально заполнять всю площадь потолка. При этом учитывается пространство для крепежа осветительных приборов и другие факторы.

Изображение подключения панелей водяным охлаждением помещения Рис. 2. Подключение одинаковых по мощности панелей

Зачастую панели размещаются именно над зонами постоянного нахождения людей. Места для мебели (шкафов), как и в «теплых полах», отступают приблизительно на 600 мм. Эти зоны нет смысла охлаждать, но возможно и захождение в них, чтобы охватить максимальную площадь для достижения необходимой по расчетам мощности. Схемы размещения панелей согласовываются с клиентами и, если надо, с дизайнерами.

Гидравлика

Отдельно при проектировании производятся гидравлические расчеты по пропускной способности системы, исходя из необходимой мощности.

Желательно избегать большого количества контуров, ведь это усложняет и увеличивает стоимость системы. К примеру, один коллектор может регулировать от 2 до 12 контуров, и его можно использовать для нескольких помещений.

Чтобы уменьшить число контуров, можно подключать панели одинаковой мощности по попутной схеме Тихельмана (рис. 2). Благодаря этому происходит оптимизация, которая позволяет завести в одну комнату только два–три контура. При этом на один этаж может вполне хватить двух коллекторов. Кстати, расположение их не обязательно под потолком, можно размещать и на уровне пола с последующей разводкой труб в штробе.

Допустимые отклонения в гидравлических характеристиках приборов на одном контуре – в пределах 10%. В случае большей или меньшей разницы поток может пойти по пути наименьшего сопротивления только через одну из панелей. И соседние не будут работать эффективно, тем более, если они крупнее по габаритам. Кстати, по этой причине желательно подключать панели одного размера в один контур.

На этапе гидравлических расчетов уточняются типы и расположение панелей. Соответственно, определяется оптимальный диаметр трубы для системы подачи (например, 17 или 20 мм).

Как и сумму теплопритоков, гидравлические характеристики можно рассчитать в компьютерных программах, предлагаемых производителями систем. Размеры публикации не дают возможности привести все формулы. В свою очередь, журнал AW-Therm отводил этой теме отдельную статью в одном из предыдущих номеров.

Управление

Стоит отдельно рассказать о подключении к системам управления. Для поддержания необходимой постоянной температуры воздуха в помещении используется автоматика, базовым компонентом которой является комнатный термостат. Он может подключаться как посредством кабеля (витой пары), так и по беспроводной технологии (радиосигнал). Первый способ, как правило, закладывают в проекты новостроек при отсутствии в них отделки стен. Второй – удачное решение при реконструкции помещений.

Одна из главных рекомендаций – для корректной работы датчик температуры воздуха в помещении не должен находиться в зоне попадания прямых солнечных лучей, а также быть загорожен шторами, мебелью или другими предметами интерьера. Оптимальное местоположение – возле входной двери.

Термостат регулирует работу распределительного коллектора (гребенки), который может находиться в отдельном техническом помещении, к примеру, в топочной. Есть также варианты скрытого монтажа в санузле.

Процесс управления подачей теплоносителя в контуры системы поверхностного охлаждения осуществляется посредством закрытия и открытия соответствующих клапанов с помощью сервоприводов.

Важный параметр, который контролируется в помещении с помощью отдельного датчика – влажность. Это позволяет избежать риска выпадения конденсата на поверхности охлаждающих конструкций. Датчик точки росы подключается к базовой системе управления и устанавливается либо на поверхности коллектора (на металле конденсат выпадает скорее, чем на полиэтиленовой трубе), либо под потолком. Автоматика системы управления поверхностным охлаждением увязывается с соответствующей электроникой теплового насоса. Он, в свою очередь, может находиться, как в отдельной топочной, так и на кухне.

Особенности монтажа

Перед установкой охлаждающих панелей необходимо подготовить поверхность потолка. Должна быть проведена вся разводка коммуникаций (электропроводка, подводящие трубопроводы и т. п.). Сами панели монтируются, как и подвесные гипсокартонные потолки в целом, на каркасе из металлического профиля. Соответственно работы должны выполнять совместно сантехники и гипсокартонщики.

Одна из главных задач – выставить профиль точно под размеры панелей, ведь в каждой из них есть намеченные или надсверленные отверстия для крепежа на саморезах. Это сделано для того, чтобы в процессе инсталляции рабочие не повредили заключенную внутри конструкции трубу.

Требования к хранению, складированию и транспортировке панелей приблизительно такие же, как и к обычным гипсокартонным плитам. Необходимо их соблюдать, чтобы не нарушить целостность изделий.

Желательно, чтобы сантехник-монтажник был сертифицирован компанией-производителем панелей. Обучение позволяет специалистам не только качественно выполнять свою часть работы, но и проверять соответствие проекта непосредственным условиям на объекте, правильность расчетов. За счет этого можно исправить ошибки проектирования в процессе монтажа.

Изображение смонтированной панели системы охлаждение помещения без кондиционера Рис. 3. Смонтированный элемент системы потолочного охлаждения

Непосредственно крепление и подключение панелей (рис. 3) лучше начинать с дальних рядов, чтобы удобнее было их набирать и производить соединения. Как правило, в роли фитингов выступают натяжная гильза, переходники, муфты (табл. 3).

Таблица 3. Пример спецификации для системы потолочного охлаждения одного помещенияИзображение таблицы спецификации системы потолочного охлаждения воздуха в помещении

Все трубы и их соединения за пределами панелей необходимо тщательно изолировать, лучше всего с применением материалов из вспененного каучука. Это позволит в дальнейшем избежать выпадения конденсата. После монтажа панелей, пустоты между ними (под крепление осветительных приборов) заполняются стандартными гипсокартонными листами в три слоя (по 10 мм).

Испытания и запуск

По завершении монтажа проводятся гидравлические испытания в соответствии с европейской нормой DIN H 5159-1. Она, в частности, предусматривает создание проверочного давления не менее 4 бар в течение трех часов. Испытания считаются успешными, если ни на одном из мест соединений трубопроводов не выступает вода и снижение давления не превышает 0,1 бар в час.

По результатам проверки выписывается соответствующий протокол, который подписывают монтажник и заказчик работ. Этот документ впоследствии получает компания-производитель для выдачи гарантийного талона на конструкции.

Запуск системы охлаждения производится после проведения всех финишных отделочных работ (штукатурка и покраска). Пусконаладка начинается с обязательного поочередного промывания каждого контура по отдельности. Осуществляется процедура до тех пор, пока из системы не выйдет весь воздух (порядка 10 минут на каждый контур). Затем промываются коллектор и магистральный трубопровод к источнику холода.

Далее следует запуск и наладка автоматического управления: задаются режимы работы, в том числе, по времени суток. Современные устройства (например, в системе REHAU NEA Smart) позволяют устанавливать и менять основ ные программы при помощи переносного накопителя информации («флэшка»). Более детальные настройки всегда можно произвести самому пользователю или специалисту (в сервисном или экспертном режимах). Интуитивно понятный дисплей упрощает эту задачу.

Все, система готова к работе. В процессе эксплуатации «холодные потолки» не требуют отдельного сервисного обслуживания. Эти работы, так или иначе, необходимо проводить только с генератором холода и тепла (тепловым насосом).

Стоит отметить, что охлаждающие панели можно также применять в квартирах площадью свыше 100 м2 c подключением к наружному воздушному тепловому насосу. Подобные решения уже реализованы в Украине.

Кроме того, панели можно использовать в качестве дополнения к отоплению помещений в зимний период. Их поверхность можно нагревать до 30°С, что обусловлено комфортностью тепла для пользователя в согласии с принципом: «Держи ноги в тепле, а голову в холоде». Охлаждающие панели полностью ему соответствуют.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!



16 комментариев

  • Датчик точки росы в контуре управления.... то есть, вы намекаете, что если у меня в помещении внезапно вырастет влажность, то эффективность охлаждения сразу упадет?

  • Труба прямо в гипсокартоне или все же есть дополнительная гидроизоляция?

  • Датчик точки росы помогает избежать выпадения конденсата на поверхности панели, это может произойти из-за низкой температуры подачи, например - температура ниже +16°С.

  • Труба находится в гипсокартоне, гидроизоляция в этой системе не предусматривается.

  • Добрый день, полезная статья.

    В статье написано "А применение теплового насоса для ОХЛАЖДЕНИЯ летом позволяет ПРОГРЕВАТЬ скважины, что является профилактикой их ОБМЕРЗАНИЯ."

    Это какое обмерзание летом?

  • Татьяна, добрый день!

    Тепловой насос работает зимой на обогрев, а летом на охлаждение.

    Благодаря работе летом на охлаждение, мы можем в грунт подавать температуру выше 15°С. В данном случае обмерзания - нет!

  • Температура теплоносителя 17 градусов и слой изоляции 15 мм, что дойдет в таком случае до помещения? И какие теплопотери при таком слое утеплителя?

  • Татьяна, теплоноситель 17 градусов. Изоляция (15мм) с внутренней стороны. Это необходимо что бы холод не уходил вверх и не было конденсации из-за разницы температуры в под потолочном пространстве.

  • Леонид, в случае с охлаждением жидкость выступает в качестве холодоносителя при температуре 17 градусов и за чет этого происходит охлаждение помещения. Я правильно поняла?

    Если использовать панели для нагрева, температура теплоносителя будет выше. В каких температурных диапазонах?

  • Да, все верно!

    Для отопления температура поверхности может быть до 35°С.

  • Ужас... Простудят всех... Боль в суставах никому не знакома??? Как можно в холодильнике сидеть?? Пусть автор посидит недельку

  • Не нужно сидеть в холодильнике. С помощью автоматики выставляется комфортная для себя температура и наслаждайтесь жизнью.

    Три года назад сделал в доме теплый пол и стены, летом пускаю по трубкам воду из скважины, конденсат не образуется. Прохладно не так как при включенном кондее, намного приятней и экономичней.

  • Где можно увидеть использование этой системы охлаждения в живую?

  • Данная система установлена в офисе REHAU в смт. Чабаны.
    Приглашаем в гости.

  • В Украине есть коттеджи в которых смонтирована система охлаждения? Какая должна быть минимальная площадь коттеджа, чтоб было выгодно по деньгам установить эту систему охлаждения?

  • Добрый день! Да, в Украине есть коттеджи с данной системой. Площадь коттеджа не имеет значения, все зависит от теплопоступлений в помещение.

Оставьте комментарий

Telegram