Електронагрівальна підлога

1. Електронагрівальна підлога, яка містить лицьовий шар, акумулюючий шар, виготовлені з цементної композиції, та теплоізоляційний шар і нагрівальний кабель, з'єднаний з електромережею, яка відрізняється тим, що вона додатково містить нагрівальний шар, який армований нагрівальним кабелем, з'єднаним з електромережею, причому цементна композиція лицьового шару містить спучений вермикуліт в кількості 30-50 об’ємних відсотків, цементна композиція акумулюючого шару містить руду з масовою густиною 4000 кг/м 3 і більше у кількості 50-60 об’ємних відсотків, цементна композиція нагрівального шару містить щебінь із олівіну, олівінового діабазу або перидоніту, гнейсу або базальту чи інших видів важкого каменю фракцією 0,5-1,0 мм в кількості 30-50 об’ємних відсотків, водного розчину хлористого магнію з масовою густиною 1200-1300 кг/м 3, цементна композиція теплоізоляційного шару містить спучений вермикуліт в кількості 50-80 об’ємних відсотків. 2. Підлога за п. 1, яка відрізняється тим, що товщина теплоізоляційного шару визначається за d = (k q /(1 - k q ))R l T формулою T , де d T - товщина Винахід стосується систем опалення і пристроїв, що забезпечують обігрів шляхом використання електронагрівальної підлоги приміщень житлового, промислового, сільськогосподарського та громадського призначення. Відома електронагрівальна підлога, яка складається з акумулюючої панелі, в яку вмонтовано нагрівальний кабель у вигляді змійовика, з'єднаного з електромережею [див. а.с. СРСР № 1099910, кл. ЗА01К 01/10, 30.06.1984p.]. Однак, внаслідок відсутності теплоізоляції знизу, така конструкція притаманна до високих втрат теплової енергії у напрямку вниз (наприклад, у гр унт, підвальне приміщення). Підлога з такої панелі відрізняється невисокими робочими (наприклад, вона "пилить" внаслідок стирання у процесі експлуатації зовніш ньої поверхні панелі, виготовленої з цементної суміші) та низькими декоративними властивостями. Крім того, розміщення нагрівального кабелю безпосередньо в акумулюючому шарі погіршує показники механічної надійності підлоги, так як гравій, який звичайно використовують у якості домішку до цементу, у процесі виготовлення акумулюючої панелі, може гострими гранями пошкодити оболонку і струмонесучу жилу нагрівального кабелю. Відома конструкція електронагрівальної підлоги, яка частково позбавлена вказаних недоліків і яка вибрана у якості прототипу [див. а.с. СРСР №1103829, кл. ЗА01К 01/150, заявлено у 1982p.. Вказана електронагрівальна підлога, аналогічно раніше розглянутому технічному рішенню за [а.с. теплоізоляційного шару, м; kq - коефіцієнт розпо k q = 0 ,7 для опалю для неопалюваних підвалів, ваних підвалів, R - термічний опір тієї частини електронагрівальної підлоги, яка розташована над нагрівальним кабелем, (м 2.К)/Вт, l T - коефіцієнт C2 k q = 0,95 (13) ділу потужності нагрівального кабелю, (19) UA (11) 78316 теплопровідності матеріалу теплоізоляційного шару, Вт/(м .К). 3 78316 4 СРСР №1099910], містить акумулюючу панель, в припустимо велика частка теплової енергії. яку вмонтовано нагрівальний кабель у вигляді змі2. Низькі робочі, службові характеристики йовика, з'єднаного з електромережею. (оздоблювальні, санітарно-гігієнічні властивості) Для усунення першого вищезгаданого недолізовнішньої поверхні. ку - втрат теплової енергії у напрямку вниз - нижню 3. Низька механічна надійність підлоги внасліповерхню цієї панелі та верхню поверхню основи док небезпеки пошкодження оболонки нагрівальпідлоги, на яку встановлюється панель, роблять ного кабелю і самого кабелю гострими гранями гофрованими, при цьому такими, що гребни обох гравію, який є звичайною домішкою бетону, з якого гофрів сполучаються. Шляхом гофр ування повервиконують акумулюючу панель. хонь робиться спроба знизити витрати теплоти 4. Невизначеність товщини теплоізоляційної вниз, так як при гофруванні утворюються канали, панелі. Ця товщина зараз вибирається методом які заповнені повітрям - середовищем з низьким спроб та помилок і тому може бути як надмірною коефіцієнтом теплопровідності, і таким чином між (що веде до надлишкової матеріалоємності підлонижньою поверхнею акумулюючої панелі та верхги), так і недостатньою (що призводить до підвиньою поверхнею основи підлоги утворюється тепщених втрат теплоти у навколишнє середовище). лоізоляційний прошарок. 5. Висока трудомісткість і великі витрати часу Але термічний опір гофрів обмежений теплоїх монтажу, так як шари конструкції виконуються з ізоляційними властивостями повітряного прошарку різних матеріалів і влаштовуються за допомогою у каналах, які створені гофрами. Як відомо, у таких складного і коштовного технологічного процесу, до каналах внаслідок дії механізмів теплопередачі виконання якого залучаються, крім бетонувальнишляхом випромінювання і природної конвекції реків, ще майстри-фахівці ряду інших різних будівезультуюча теплопередача вище, ніж у багатьох льних спеціальностей - теслярів, плиточників, теплоізоляційних матеріалів тієї ж самої товщини. альфрейщиків, навіть, бляхарів. Крім того, внаслідок наявності контактної теплоВ основу винаходу поставлена задача вдоскопровідності, яка утворюється у місцях стикання налення електронагрівальної підлоги шляхом гофрів, загальний термічний опір також знижуєтьвстановлення додаткової нагрівальної панелі, в ся. У цілому за вказаними причинами технічне яку армується нагрівальний кабель, з'єднаний з рішення за [а.с. СРСР №1103829] несуттєво змеелектромережою, а лицьову панель, акумулюючу ншило теплові втрати вниз. панель, нагрівальну панель і теплоізоляційну паДля усунення другого ви щезгаданого недоліку нель при цьому виконують з шарів суцільної нали- низьких робочих і декоративних властивостей - у вної цементної композиції із домішками спученого прототипі [а.с. СРСР №1103829] передбачається вермикуліту, р уди типу мідного колчедану щебеню установка над акумулюючою панеллю окремої фракції 0,5-1мм з важкого каменю, розчину хлорикришки, яка надає підлозі необхідні оздоблювальні стого магнію MgCІ2. То вщин у теплоізоляційного та робочі властивості. Але при цьому підлога пошару визначають за формулою. збувається механічної жорсткості. Таким чином досягається очікуваний техСуттєвим недоліком відомої конструкціїнічний результат, що дозволяє зменшити амплітупрототипа за [а.с. СРСР №1103829] є підвищені ду коливань температури повітря у приміщенні при матеріальні, часові і трудові витрати на монтаж переривчастому опаленні або при перервах енерпідлоги з окремих панелей, так як роботи з виготогопостачання; зменшити втрати теплової енергії у влення акумулюючої кришки (лицьової панелі) і напрямку вниз від нагрівального кабелю; підвищитеплоізоляційної "панелі" (гофрування) виконуютьти робочі, службові характеристики зовнішньої ся у декілька прийомів і фахівцями декількох будіповерхні; підвищити механічну надійність підлоги; вельних спеціальностей (бетонувальника, плиточзнайти раціональну величину товщини теплоізоника, тесляра або паркетника). Залишається ляційної панелі, яка зараз вибирається методом небезпека пошкодження нагрівального кабелю спроб та помилок; знизити трудомісткість монтажу гострими гранями гравію при безпосередньому підлоги. Усе вказане підвищує ефективність роборозміщенні нагрівального кабелю у бетоні акумути, матеріало- та енергоощадність процесу виробляційної панелі. Тобто, технічне рішення за протоництва і експлуатації електронагрівальної підлоги. типом - [а.с. СРСР №1103829] - не тільки зберегло Поставлена задача вирішується тим, що елекнедоліки відносно низьких теплоізоляційних властронагрівальна підлога, яка містить лицьову пативостей підлоги і небезпеки пошкодження нагрінель, акумулюючу панель, теплоізоляційну панель вального кабелю, але і здобуло нові підвищені і нагрівальний кабель, з'єднаний з електромерематеріальні, часові і трудові витрати на монтаж жею, згідно з винаходом додатково містить нагріпідлоги з окремих панелей. Таким чином, до сутвальну панель, яка армована нагрівальним кабетєви х недоліків відомої електронагрівальної підлолем, з'єднаним з електромережею, а лицьова ги, що складається з окремих панелей (лицьової, панель, акумулююча панель, нагрівальна панель і акумулюючої, теплоізоляційної), відносяться: теплоізоляційна панель виконані у вигляді шарів 1. Підвищені втрати теплової енергії у напрямсуцільної цементної композиції із домішками, крім ку вниз від нагрівального кабелю внаслідок низьтого домішка до цементної композиції лицьового кого термічного опору теплоізоляційної панелі нашару виготовлений зі спученого вермикуліту в ківіть при найбільш припустимої з конструктивних лькості 30-50% за об'ємом; домішка до цементної міркувань висоті гофри. Гофрування конструкції не композиції акумулюючого шару виготовлений з забезпечує належних показників термічного опору, руди типу мідного колчедану масовою щільністю внаслідок чого у навколишнє середовище (а саме 4000кг/м 3 і більше у кількості 50-60% за об'ємом; до грунту або сусідніх приміщень) потрапляє недомішка до цементної композиції нагрівального 5 78316 6 шару виготовлений з щебеню з олівіну, олівінового ліном). Він припускає мокре вбирання. Внаслідок діабазу (або перидоніту), гнейсу або базальту чи цього підвищуються екологічні характеристики інших видів важкого каменю фракції 0,5-1мм в кіоселі. Оскільки вермикулітобетон є вогнестійким лькості 30-50% за об'ємом, а при утворенні компоматеріалом, то одночасно підвищується рівень зиції використовують водний розчин хлористого пожежної безпеки приміщення. магнію MgCІ2 масовою щільністю 1200...1300кг/м 3; Введення у електронагрівальну підлогу домішдомішка до цементної композиції теплоізоляційноку до цементної композиції акумулюючого шару у го шару виготовлений зі спученого вермикуліту в вигляді руди типу мідного колчедану масовою кількості 50-80% за об'ємом; товщина теплоізолящільністю 4000кг/м 3 і більше у кількості 50-60% за ційного шару визначається за формулою об'ємом дозволяє збільшити теплоакумуляційні властивості електронагрівальної підлоги як опаdT = kq / 1 - kq ×R × l T , лювального приладу і, як наслідок, зменшити ампде dТ - товщина теплоізоляційного шару, м; літуду коливань температури повітря у приміщенні kq - коефіцієнт розподілу потужності нагрівапри переривчастому опаленні або при перервах льного кабелю, який показує, яку частку теплового енергопостачання. потоку слід віддавати у напрямку вверх від нагріВведення у електронагрівальну підлогу домішвального кабелю, звичайно, kq =0,7...0,95 (уточнюку до цементної композиції нагрівального шару у ється з конструктивних міркувань); вигляді щебеню з олівіну, олівінованого діабазу R - термічний опір тієї частини електронагрі(або перидоніту), гнейсу або базальту чи інших вальної підлоги, яка розташована над нагрівальвидів важкого каменю фракції 0,5-1мм в кількості 2 ним кабелем, (м ×К)/Вт; 30-50% за об'ємом, і використання при утворенні lT - коефіцієнт теплопровідності матеріалу текомпозиції замість води водного розчину хлористоплоізоляційного шару, Вт/(м-К). го магнію MgCІ2 масовою щільністю Введення у електронагрівальну підлогу нагрі1200...1300кг/м 3 дозволяє збільшити теплоакумувальної панелі, яка армована нагрівальним кабеляційні властивості електронагрівальної підлоги як лем, з'єднаним з електромережею, дозволяє заопалювального приладу і, як наслідок, зменшити безпечити механічну цілісність кабелю, так як амплітуду коливань температури повітря у примінагрівальна панель виробляється з суміші, яка не щенні при переривчастому опаленні або при перемістить компоненти, що можуть механічно пошкорвах енергопостачання. При цьому забезпечується дити нагрівальний кабель. механічна цілісність кабелю. Введення у електронагрівальну підлогу акумуВведення у електронагрівальну підлогу домішлюючої панелі, нагрівальної панелі і теплоізоляку до цементної композиції теплоізоляційного шаційної панелі у ви гляді шарів суцільної наливної ру у вигляді спученого вермикуліту в кількості 50цементної композиції із домішками дозволяє зни80% за об'ємом дозволяє забезпечити потрібні зити трудомісткість і витрати часу на їх монтаж, для даної споруди теплові втрати у напрямку вниз так як усі три шари конструкції виконуються на базі від нагрівального кабелю. одного й того ж цементного розчину шляхом додаВведення у електронагрівальну підлогу тепловання до нього у кожному шарі свого особливого ізоляційної панелі з розрахунковими показниками компоненту. При цьому після затвердіння цементтовщини дозволяє привести до бажаного рівня ної композиції створюється суцільна конструкція. втрати теплоти у напрямку вниз від нагрівального Для виготовлення цієї композиції необхідний проскабелю. тий і дешевий технологічний процес, до виконання Винахід, що заявляється, ілюструється кресякого залучаються робітники середньої кваліфікаленням на Фіг., де показаний переріз електронації тільки однієї спеціальності - бетонувальники. грівальної підлоги. Введення у електронагрівальну підлогу домішЕлектронагрівальна підлога складається з лику до цементної композиції лицьового шару у вицьового шару 1 у цементній композиції, котрий гляді спученого вермикуліту в кількості 30-50% за виконаний з домішкою з спученого вермикуліту; об'ємом дозволяє покращити робочі, службові хаакумулюючого шару 2 у цементній композиції, котрактеристики (оздоблювальні, санітарно-гігієнічні, рий виконаний з домішкою з руди; нагрівального екологічні, вогнетривкі властивості) зовнішньої кабелю 3, нагрівального шару у цементній компоповерхні підлоги. При використанні у якості лицьозиції 4, котрий виконаний з домішкою з гравію дрівого шару вказаної цементної композиції (вермибної фракції; теплоізоляційного шару 5 у цементкулітобетону згаданого складу) також забезпечуній композиції, котрий виконаний з домішкою ються нормативні вимоги до теплозасвоєння спученого вермикуліту. підлоги, яка, згідно нормативної документації, не Електронагрівальну підлогу виконують знизу може перевищувати (залежно від призначення верх наступним чином. Спочатку укладають тепло2 приміщення) значення 10...12Вт/(м ×К). З таблиці ізоляційний шар 5, котрий виконаний з цементного (див. таблицю) видно, що за показником теплозасрозчину у воді з домішкою спученого вермикуліту у воєння лицьовий шар, що пропонується, кращий, кількості 50-80% за об'ємом. Якщо спученого верніж керамічна плитка і навіть паркет з дубу. микуліту взяти менш 50%, то такий матеріал (верЛицьовий шар, що пропонується, у вигляді микулітобетон) буде характеризуватися низькими спученого вермикуліту (вермикулітобетону згадатеплоізоляційними властивостями. Якщо спученоного складу) не потребує, на відміну від керамічної го вермикуліту взяти більш 80%, то такий матеріал плитки, покриття з метою підвищення коефіцієнту буде характеризуватися низькою механічною міцтеплозасвоєння до нормативних вимог, якимось ністю. Товщину теплоізоляційного шару визначаіншим, додатковим покриттям (наприклад, ковроють за формулою ( ( )) 78316 8 лицю). dT = kq / 1 - kq ×R × l T , "Вміст щебеню більше 50% погіршить механіде dТ - товщина теплоізоляційного шару, м; чні властивості бетону, менш 30% - навпаки, не kq - коефіцієнт розподілу потужності нагрівазабезпечить бажаного значення теплозасвоєння. льного кабелю, який показує, яку частку теплового Використання замість води водного розчину хлопотоку слід віддавати у напрямку вверх від нагріристого магнію MgCІ2 масовою щільністю вального кабелю, звичайно, kq =0,7...0,95 (уточню1200...1300кг/м 3 забезпечить, по-перше, збільшенється з конструктивних міркувань, наприклад, при ня теплоакумуляційної властивості. По-друге, забудівництві оселі з опалюваним підвалом kq =0,7); безпечить можливість проведення бетонувальних R - термічний опір тієї частини електронагріробіт при низьких температурах навколишнього вальної підлоги, яка розташована над нагрівальсередовища, так як вказаній масовій щільності ним кабелем, (м 2×К)/Вт; 1200...1300кг/м 3 відповідає максимальна розчинlT - коефіцієнт теплопровідності матеріалу теність хлористого магнію MgCІ2 у інтервалі темпеплоізоляційного шару, Вт/(м×К). ратур до 0°С, (робочому інтервалі температур, при Потім укладають нагрівальний шар 4, котрий якому виконуються роботи з бетонування підлоги). виконаний з цементного розчину з домішкою щеФракційний склад щебеню вже при значеннях беню з олівіну, олівінового діабазу (або перидоні0,5-1мм забезпечує цілісність нагрівального кабету), гнейсу або базальту чи інши х видів важкого лю при закладанні його до даного цементного розкаменю фракції 0,5-1мм в кількості 30-50% за об'чину. Тому подальше подрібнення щебеню вже не ємом, а при утворенні цементної композиції задоцільне. мість води використовують водний розчин хлорисПісля того, як буде сформований нагрівальний того магнію MgCІ2 масовою щільністю шар 4, зверху на нього укладають акумуляційний 1200...1300кг/м 3. Розчин хлористого магнію MgCІ2 шар 2. Для його створення беруть домішки з матеготують з екологічно чистого і дешевого продукту у ріалу, який характеризується високим значеннями вигляді природних відкладень мінералу бішофіту. масової щільності, коефіцієнту теплопровідності, Запаси бішофіту в Україні дуже великі. Для надантеплоємності, питомої щільності і одночасно є неня шару підвищених властивостей теплоакумулюдорогим, екологічним і доступним матеріалом. вання, щебінь виробляється з важкого каменю, Таким матеріалом є руда мідний колчедан, який наприклад, олівіну, олівінового діабазу (або перихарактеризується масовою щільністю 4000кг/м 3, доніту), гнейсу або базальту. Ці види каміння хакоефіцієнтом теплопровідності 1,85Вт/(м×К), тепрактеризуються високим значенням коефіцієнта лоємності 0,9кДж/(м 3×К). теплозасвоєння, який значно перевищує коефіцієнт теплозасвоєння звичайного бетону (див. таб ( ( )) 7 Таблиця Порівняння теплофізичних властивостей і коефіцієнту теплозасвоєння різних матеріалів для виготовлення електронагрівальної підлоги Матеріал Масова щільність теплопровідності r l Коефіцієнти теплоємності с Вт/(м×К) 0,080 0,090 0,140 0,210 0,174 0,320 0,814 1,200 3,490 4,200 5,1 7,2 кДж/(кг×К) 0,840 0,840 0,840 0,840 2,512 1,240 0,994 0,840 0,880 0,920 0,92 0,780 3 1. Вермикулітобетон 2. Вермикулітобетон 3. Вермикулітобетон 4. Вермикулітобетон 5. Паркет дубовий 6. Керамзитобетон 7. Керамічна плитка 8. Бетон 9. Гнейс, базальт 10. Олівіновий діабаз 11. Олівін 12. Мідний колчедан кг/м 300 400 600 800 700 900 1800 2400 2800 3000 3500 4000 Над акумуляційним шаром 2 влаштовують лицьовий шар 1 з цементної композиції з домішкою, яка виготовлена зі спученого вермикуліту в кількості 30-50% за об'ємом. При змісту вермикуліту менш 30% (масова щільність такого вермикулітобетону більше 500кг/м 3) лицьовий шар втрачає високі (типу авантюринового блиску) декоративні властивості. При змісті більш 50% (масова щільність такого вермикулітобетону менш 400кг/м 3) теплозасвоєння S = 0,27 rlc Вт/(м 2×К) 1,21 1,48 2,27 3,20 4,72 5,10 10,29 13,26 25,01 29,03 34,56 40,42 лицьовий шар втрачає власти вість міцності, у тому числі зносостійкість. Електронагрівальна підлога працює наступним чином. На нагрівальний кабель подають електричну енергію, наприклад, вироблену на малій ГЕС або вітросиловій установці. За законом ДжоуляЛенца, електрична енергія перетворюється на теплову і нагріває нагрівальний шар. Через теплопровідність матеріалів нагрівального і акумуляцій 9 78316 10 ного шарів, теплота передається лицьовому шару тачанні або підлога працює у переривчастому реі з його зовнішньої поверхні віддається у приміжимі, розрахункова температура об'єкта, який обіщення, яке обігрівається. Теплоізоляційний шар 5 грівається, буде підтримуватись за рахунок обмежує тепловтрати у приміщення у низ або до теплоти, що запасена, головним чином, в нагрівагрунту. Якщо трапляється перерва в електропосльному і акумуляційному шарах. Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601