Холодные потолки

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Кондиционирование воздуха
Тема 9
СКВ с доводчиками
Холодные потолки
Уляшева Вера Михайловна
д. т. н., профессор, профессор

2.

Библиографический список
1. Кокорин, О.Я. Системы и оборудование для создания микроклимата помещений:
Учебник / О.Я. Кокорин, Ю.М. Варфоломеев // Под общ. ред. проф. Ю.М.
Варфоломеева. – М.: ИНФРА–М, 2013. – 273 с.
2. Кокорин, О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха/ О.Я. Кокорин.
– М.: Издательство физико–математической литературы, 2003. – 272 с.
2

3.

Холодный потолок — это "лучистая климатическая система". Представляет собой
альтернативу другим системам кондиционирования воздуха помещений. Холодный потолок
использует принцип теплообмена между теплыми поверхностями в помещении и холодной
водой в капиллярных матах на потолке за счет. в первую очередь, теплового излучения (80%),
а также конвекции (20%).
Если это процесс неконтролируемый, то
человек испытывает дискомфорт, но если
температура холодного потолка соответствует
расчётным параметрам, то этот же эффект
можно использовать для создания одной из
самых комфортных систем охлаждения на
сегодняшний день.
3

4.

Основная особенность Холодного Потолка в том, что он не использует воздух как
промежуточный теплоноситель, а охлаждает непосредственно все предметы и поверхности в
помещении, в том числе и поверхность тела человека. Благодаря лучистому теплообмену
создается ощущение естественной прохлады от Холодного Потолка.
Потолок
помещении,
использовать
ассимилирует
при
этом
теплоизбытки
нет
большие
в
необходимости
объёмы
холодного
воздуха.
Для
систем
стандартно
температура
лучистого
принимается
25-26ºС,
а
охлаждения
внутренняя
воздухообмен
по
гигиеническим нормам, а не по холодильной
нагрузке.
4

5.

При применении «холодных потолков» отсутствуют недостатки традиционных воздушных
систем охлаждения: шум от вентиляторов или высокая скорость движения воздуха в
помещении.
Способ
понижения
температуры
воздуха
помещений
посредством
постоянного
охлаждения поверхности потолка известен довольно давно.
История создания
Создание системы охлаждения и обогрева помещений на основе капиллярных матов взяло
свое начало с 1969 года. Немецкий физик Вальтер Хербст основал в Берлине компанию «R&D
of Herbst AG», которая занималась проектированием и установкой воздушных систем
кондиционирования и отопления. К 1990 году она насчитывала около 800 работников и
являлась самой крупной климатической компанией в Берлине. Работая в компании отца,
Дональд Хербст занимался разработкой инновационных энергосберегающих экологичных
климатических систем, и в 1970-х годах изобрел и запатентовал ряд полезных
технологических решений для отопления и кондиционирования воздуха промышленных
зданий. Например, использование утилизации теплоты для приточно-вытяжных установок с
переменным расходом воздуха (1975) и электронный контроллер для систем
5
кондиционирования воздуха для заводов (1978).

6.

Изначально для этого использовались решетки из медных трубочек, наполняемых потоком
охлажденной воды, которыми покрывался весь потолок.
Однако сложность выполнения качественного, долговечного соединения многочисленных стыков не
позволила широко распространиться этой замечательной идее.
В 1982 году Дональдом Хербстом была изобретена система поверхностного потолочного охлаждения
на основе гибких капиллярных трубок. Холодные потолки - это уникальная альтернатива традиционным
кондиционерам, созданная немецким инженером-изобретателем Дональдом Хербстом для компании
KaRo в 1985 году.
Он вышел из компании отца и основал
собственную — «KaRo» — в 1986 году, назвав
компанию «KApillar-ROhr» (нем.), что в
переводе
с
немецкого
языка
означает
«капиллярная трубка». Компания «KaRo» стала
разработчиком и производителем капиллярных
матов для потолочного охлаждения зданий
любого назначения.
Монтаж на гипсокартон под штукатурку
6

7.

В 1994 году руководство отдела продаж компании «KaRo» приняло решение отступить от
международной стратегии продвижения технологии среди профессиональных инсталляторов и основать
свою собственную компанию «Clina Heiz- und Kühlelemente GmbH», которая бы занялась открытием
торговых представительств в других странах.
Изобретатель и его последователи не одобрили
данного рискованного коммерческого решения,
но отдали некоторые права на использование
разработок Дональда Хербста тех лет.
Компания «Clina» по сей день следует данной
коммерческой
стратегии
и
развивает
международные рынки, в том числе в России с
2004 года.
В 1996 году компания «KaRo» начала слияние с компанией «BEKA Heiz- und Kühlmatten GmbH»,
Вальтер Хербст и изобретатель Дональд Хербст вошли в состав директоров и держателей акций
компании, Дональд и по сей день продолжает работать в отделе разработок и внедрения инновационных
7
продуктов компании.

8.

К 2008 году «BEKA» выкупила большую
часть патентов на изобретения Дональда
Хербста (всего их 20) и бренд «KaRo», а
с 2009 года BEKA начала работать и в
России. Сейчас на объектах можно
встретить
системы
производства
REHAU (также и системы отопления),
Akvilon, Clina Heiz- und Kuhlelemente.
Главным
элементом
системы
холодных
потолков
являются
капиллярные
маты,
тонких
состоящие
полипропиленовых
из
трубок,
собранных в единое полотно с шагом в
1-2 см.
8

9.

Технология охлаждения включает несколько взаимосвязанных основных элементов:
охладитель воздуха;
насос с системой трубопроводов;
блок управления;
блок защиты;
холодильная установка (чиллер).
Воздух отдает часть тепла жидкости (дистиллированная вода), которая принудительно
протекает по трубкам, охлаждается до 22ºС и опускается к полу. Такой непрерывный
естественный круговорот и обеспечивает поддержание комфортной температуры 23 ºС.
Жидкость при этом нагревается примерно на 1-2ºС (зависит от скорости потока по
трубкам), и по обратному трубопроводу возвращается в холодильную установку, где в
теплообменнике вновь охлаждается до 16 ºС.
9

10.

Капиллярно-трубчатые
штукатурку,
бетон
маты
или
укладывается
металлические
в
кассеты.
Капиллярные маты холодного потолка подключаются к
гидравлическому контуру, по которому циркулирует
охлажденная чиллером вода. Воду можно охлаждать
чиллером или другим источником холода, например,
грунтовым геотермальным коллектором, геотермальным
тепловым насосом. За движение жидкости отвечает
циркуляционный насос. В базовую комплектацию входят
следующие компоненты: полипропиленовые трубы в
составе
капиллярных
регулирующего
цикла;
матов;
арматура
запорно-
инновационные
элементы
управления и автоматизации.
10

11.

Положительный эффект работы достигается за счет большой площади охлаждения, что
дает возможность создавать незначительную разницу температуры охладителя и воздуха
помещения.
Охладитель представляет собой ряд трубочек из полипропилена диаметром 4-3 миллиметра
с толщиной стенок 0, 8 мм., подсоединенных к трубам большего диаметра
20х2 мм.,
которые, в свою очередь, подсоединяются к трубам еще большего диаметра. Это необходимо
для обеспечения подачи требуемого объема охлажденной жидкости от насоса ко всем
участкам и ее возврата по другому трубопроводу.
Многообразие имеющегося в наличии фитинга (полипропиленовые угольники, тройники,
муфты, переходники, множество других вспомогательных элементов) и ряд специальных
нагревательных приспособлений со всевозможными насадками позволяют обеспечить
герметичное прочное соединение всех деталей.
11

12.

После окончательной сборки система труб проверяется под избыточным давлением в десять
атмосфер в течение суток — нагнетается давление и ставится заглушка. Пригодность
подтверждается только при абсолютном сохранении давления до конца срока испытаний,
если давление уменьшилось, система не принимается, хотя рабочее давление не превышает
трех атмосфер, необходимо найти причину и устранить.
Трубки располагают на расстоянии от десяти до тридцати миллиметров и фиксируют на
узкой полимерной планке длиной до одного метра с небольшими зажимами, в которых
трубки просто защелкиваются. Такие планки располагают через каждый метр по длине
вдоль трубок.
Так предотвращается провисание трубок после установки охладителя и крепления планок
нержавеющими скобами.
12

13.

Подобные системы охлаждения используют воздух в помещении как промежуточный
теплоноситель. Теплообмен между поверхностью, в которую вмонтированы капиллярные
маты холодных потолков, и человеком происходит в помещении. Однако, большая
охлаждаемая/нагреваемая площадь (потолок) позволяет отказаться от принудительного
перемещения воздуха вентилятором или др. При этом, скорость движения воздушных потоков
незначительна, и охлажденный воздух в помещении перемещается естественно, что
исключает образование сквозняков.
13

14.

Технология
Главным элементом системы Холодных Потолков Akvilon являются капиллярные маты,
состоящие из тонких полипропиленовых трубок, собранных в единое полотно с шагом в 1 см.
Капиллярно-трубчатые маты укладывается в штукатурку, бетон или металлические кассеты.
Холодный потолок из матов подключаются к гидравлическому контуру, по которому
циркулирует охлажденная вода.
Современные
научные
разработки
позволили
производить в промышленных объемах нужные
комплектующие
из
полипропилена,
идеально
подходящего материала, при помощи которого проблема
качественной стыковки трубочек была успешно решена.
Операция
производится
нагреванием
небольшим
электрическим приспособлением мест стыковки до
оптимальной температуры и прочного соединения
простым сжатием своими руками.
14

15.

Система
Холодных
Потолков
состоит
из
капиллярных матов, образующих единое полотно
толщиной 5 мм. Капиллярные маты Холодного Потолка
полностью
скрыты
под
отделкой,
что
является
преимуществом для работы архитекторов и дизайнеров
интерьера.
Поверхность потолка покрывается матами из полипропиленовых капиллярных шлангов, диаметр
которых варьируется в пределах 3,5-4,3 мм. Изделия допустимо покрыть декоративным слоем
штукатурки. Вода с температурой в пределах 16-18°С циркулирует по капиллярным трубкам,
охлаждая помещение. Схема с параллельным подключением и небольшим расстоянием между
элементами обеспечивает равномерный температурный режим на всей поверхности.
К установленным гипсокартонным потолкам крепятся капиллярные маты, после чего они
покрываются штукатуркой. Благодаря плотному прилеганию капиллярных матов к оштукатуренной
поверхности, обеспечивается тепловая отдача на поверхность системы.
15

16.

Практически все виды штукатурки отлично
контактируют с капиллярными матами. Однако это
не единственный способ. Все подводящие трубы
холодного потока прячут под потолком, еще до его
подшивки. В таком случае желательно поверх
уложить утеплитель.
Для монтажа капиллярных матов используются специальные скобы (класса «R») еще перед
оштукатуриванием.
Затем система охлаждения спрессовывается и остается спрессованной во время отделки
потолка.
При правильном выполнении работ, давление не должно падать, соответственно,
капиллярные маты будут работать исправно во время холодных потоков. Данная система
подойдет под натяжные потолки холодной установки.
16

17.

Монтаж матов на бетонное основание
Итак:
Капиллярные маты крепятся сразу на бетонное основание, благодаря небольшому диаметру
трубок и весу водосистемы, затем оштукатуривается потолок слоем до 15 мм.
При взаимодействии со штукатуркой капиллярные маты обеспечивают превосходную тепловую
отдачу на потолок.
Благодаря гибкости, капиллярные маты в точности повторят форму потолка. Поэтому, систему
можно
вполне
применять
на
потолке
любого
уровня
сложности.
Капиллярные маты обходят плавно все препятствия, включая блок перекрытия.
Трубы капиллярных матов прячут под подвесными потолками коридора, или монтируют в пазы
по периметру помещения.
Место для осветительных приборов выполняется путем раздвигания нескольких труб на
необходимые размеры.
Важно помнить, что сам монтаж холодных потолков необходимо спланировать еще до
начала всех строительных работ (на этапе проектирования помещения).
17

18.

Холодный потолок над кассетами
Благодаря интеграции матов, кассеты очень просто
перевоплотить в холодный потолок. Инструкция по
монтажу:
Со стороны перекрытия капиллярные маты крепятся
к кассетному потолку. Благодаря конструкции этих
потолков (они легко разбираются), есть доступ к за
потолочному пространству, куда и прячутся все трубы
капиллярных матов.
Монтаж матов на такую конструкцию можно производить даже во время легкого
косметического ремонта.
Установка производится очень быстро и не оставляет после себя строительного мусора.
Основным преимуществом является простота монтажа и цена.
18

19.

Защитный блок и его функции
Блок защиты выполняет две очень важных функции:
во-первых, мгновенное прекращение подачи питания и предупреждение о нарушениях работы
системы в случае механического повреждения любого из участков;
во-вторых, предотвращение образования конденсата на охладителе.
Блок защиты снабжен рядом датчиков, которые фиксируют все рабочие параметры: давление
на входе и на выходе, скорость потока жидкости, температура хладагента, воды и потолка,
температура и влажность воздуха. Специальная программа прогнозирует параметры для каждого
режима, сопоставляя результаты с показаниями датчиков, в случае несовпадения предупреждает
красной индикацией о возможных неполадках, а в случае явных нарушений отключает питание.
Например, если при включенном реле насоса нет потока жидкости, значит, возможна
неисправность двигателя, автоматика отключает питание до устранения неисправности. Такая
защита обеспечивает безопасность в первую очередь пользователей и элементов системы.
19

20.

Капиллярно-трубчатые
системы
могут
использоваться в стенах и на любых изогнутых
поверхностях
(арках,
сводах
и
пр.).
Также,
капиллярные маты применяются для тёплых полов.
Холодные потолки могут работать как на охлаждение
летом, так и на обогрев в осенне-зимний период.
Настенная аналогия холодного потолка
Для этого в капилляры запускают теплую воду с температурой в пределах 28-35°С, за счет ее
циркуляции и лучистого воздействия помещение быстро обогревается. Если принято решение
обустроить с помощью капиллярных матов основное отопление, нужно дополнительно внедрить
их в пол, стены. Увеличенная поверхность теплообмена, усиленная отдача, минимальная
монтажная толщина обеспечивают комфортный и экономичный функционал. Благодаря
невысоким показателям температуры среды появляется возможность внедрения в рабочую схему
тепловых насосов.
20

21.

Потоки, образуемые в результате естественной конвекции, поднимают вверх теплые массы,
последние при контакте с системой холодного потолка охлаждаются. Повышается их удельный
вес, в результате чего воздух опускается вниз, создается равномерно комфортная температура
без сквозняков. Лучистое воздействие проявляется в том, что нагретые предметы и
поверхности отдают свое тепло объектам с меньшей температурой.
Кондиционирование с помощью холодных потоков может базироваться на блоках колонного,
шкафного, трубного вида. Блоки могут выступать в качестве самостоятельных рабочих единиц
или использоваться в комбинации с капиллярными матами, чтобы осушить воздух, усилить
мощность системы.
Блоки не имеют лимита по температуре рабочей среды, в них не установлены ограничения,
касающиеся влажности воздуха в обслуживаемом помещении (здесь сказывается удаление
выпадающего конденсата в канализацию посредством сборки в особый поддон). Часто эту
технологию применяют при обустройстве винных погребов, так как она обеспечивает
постоянную температуру и оптимальный микроклимат.
21

22.

Помимо экономичного энергопотребления революционное решение помогает снизить расходы
на обслуживание – схема не нуждается в частом и трудоемком уходе. Комфортность
использования выражается в следующих условиях: бесшумность функционирования; скрытая
установка, конструкции съедают не более 2-3 см высоты потолка; возможность создания
оптимального микроклимата; компактность сопутствующих коммуникаций; возможность
гибкого регулирования температуры.
Охлаждаемые потолки безопасны: использование при производстве и сборке экологически
чистого сырья; снижение риска возникновения сухости и раздражения кожи, слизистых у
чувствительных людей; возможность применения для отопления и кондиционирования;
легкость управления; простота интеграции с другими инженерными сетями; эксплуатационный
ресурс составляет 50 лет.
При работе сплит-систем не весь полученный холод передается в помещение, часть уходит на
конденсацию содержащейся в воздухе влаги. Это явление имеет название скрытой теплоты,
холодный потолок его лишен.
Важно, что рассматриваемая схема не тратит электроэнергию на поддержание
работоспособности вентиляторов (в кондиционерах они имеются во внутренних блоках).
Единственный минус – высокая стоимость продукции. За каждый квадратный метр матов
вместе с установкой придется отдать от 220-250 евро.
22

23.

Монтаж холодных потолков
Установка холодных потолков своими руками непрофессионалам практически не доступна:
изделие имеет сложную структуру и нуждается в грамотном расчете, внедрении элементов
автоматизации. Дорогостоящие схемы принято заказывать в профильных фирмах,
предлагающих полный список услуг – от проектирования до монтажа. В основу
проектирования берется расчет теплопоступлений, в соответствии с ним определяется
будущая производительность потолочных конструкций. Желательно приступить к
планированию охлаждающих систем еще на этапе разработки дизайна помещений. Установка
на гипсокартон либо бетонное основание Вес системы вместе с рабочей средой составляет
870г/м², диаметр трубок не превышает 4,3 мм – эти условия позволяют монтировать
капиллярные маты непосредственно на гипсокартонную обшивку или бетонные перекрытия.
Впоследствии на заготовки наносят штукатурку слоем не более 15 мм. Плотное прилегание
декоративного слоя не снижает теплообмен.
23

24.

Установка холодного потолка
Гибкие маты можно использовать на сложных поверхностях, так как они повторяют
форму основания. Чтобы освободить пространство для внедрения светильников, нужно
раздвинуть трубки так, чтобы появился просвет с параметрами 10х1,5 см. Оптимальный этап
для установки потолка в этом случае – составление дизайн проекта, после старта
общестроительных
работ
крайне
сложно
монтировать
подобные
коммуникации.
Охлаждающая мощность здесь достигает 85 Вт/м².
Маты в металлических кассетах
Эта методика монтажа менее требовательна к окружающим условиям, ее можно организовать
в период реконструкции или косметического ремонта. Все типы металлических потолков
кассетного типа можно переделать в холодные за счет интеграции в секции капиллярных
матов. Трубчатые сегменты фиксируются в верхней части кассет с изнаночной стороны, то
есть в помещении они не будут заметны. Подобное конструктивное решение помогает
добиться более высокой охлаждающей мощности – порядка 95 Вт/м².
24

25.

Отделка сохранит первоначальную способность к
разборке, при необходимости легко можно получить доступ
к подпотолочному пространству. Когда возникает
потребность в увеличении производительности системы,
для улучшения мощности достаточно добавить еще
несколько капиллярных секций.
Проблемы
Образование конденсата приведет к подтекам на потолке,
устранять последствия которых довольно накладно. Поэтому
датчики определения температуры потолка, влажности и
температуры воздуха должны быть очень точными и
исправными. Иначе могут образоваться подтеки или
оборудование будет работать недостаточно эффективно. В
случае ошибки при определении влажности блок защиты не
даст понизить температуру потолка, что приведет к снижению
комфортности.
25

26.

Ошибка на один градус или несколько процентов влажности могут привести к нарушению
оптимального режима работы системы. Поэтому датчики необходимо регулярно проверять.
Решение проблемы выпадения конденсата
Несколько факторов позволяют исключить данное явление: В активном режиме холодный поток
должен обладать температурой 17°С. Этот уровень не соответствует точке росы, если в
помещении (в офисе, квартире) наблюдаются нормальные показатели влажности, так можно
избежать появления конденсата. В обслуживаемое помещение можно установить точный датчик
точки росы, который в уязвимых условиях приостановит поставку холодной воды до тех пор,
пока микроклимат не вернется к оптимальным показателям.
Для надежной работы системы в здании (или
конкретном помещении) должна присутствовать
приточно-вытяжная
вентиляция.
Последняя
необходима
для
обеспечения
качественного
воздухообмена и поддержания в помещении
нормального уровня влажности. Относительная
влажность 60% комфортна по ощущениям и безопасна
с точки зрения образования капель воды на
26
охлажденной поверхности.

27.

Появление конденсата на холодном потолке или его намокание полностью исключено
благодаря двум факторам:
- В системе используется вода с температурой 16-18°C, что выше температуры «точки росы»
для средней полосы России в среднем на 4-6°C;
- В качестве дополнительной защиты устанавливаются датчики «точки росы», которые
отключают систему в случае резкого повышения влажности в помещении.
Холодные потолки и элементы внутреннего контура не требуют обслуживания. Только
наружный блок системы – чиллер требует нечастого периодического обслуживания.
27

28.

Элементы системы Холодный Потолок
28

29.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Автор:
Уляшева Вера Михайловна
tgsov@spbgasu.ru