10343

разности давления воздуха снаружи и внутри и от сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций, в данном случае,

сопротивления конструкций входа.

Путем конструктивного изменения обычного входа с двойными дверями,

разделенными тамбуром (создав зигзагообразный путь), можно сократить его воздухопроницание почти на 30 %. При замене его входом с тройными дверями можно уменьшить расход холодного воздуха в 2 раза. При установке во входе вращающейся (турникетной) двери количество наружного воздуха,

проникающего в здание, снижается в 7...7,5 раза.

11. ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ

11.1. Системы панельно-лучистого отопления

Лучистым называют способ отопления, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха. Для лучистого отопления применяют греющие панели - отопительные приборы со сплошной гладкой нагревательной поверхностью. Греющие панели совместно с теплопроводами образуют систему панельно-лучистого отопления. При ис-

пользовании такой системы в помещениях создается температурная обстановка,

характерная для лучистого способа отопления.

Итак, условиями, определяющими получение лучистого отопления в помещении, служат применение панелей и выполнение неравенства:

tR > tв, (11.1)

где tR – радиационная температура (осредненная температура поверхностей всех ограждений - наружных и внутренних - и отопительных панелей, обращенных в помещение);

tв – температура воздуха помещения.

151

При панельно-лучистом отоплении помещение обогревается, главным образом, за счет лучистого теплообмена между отопительными панелями и поверхностью ограждений. Излучение от нагретых панелей, попадая на поверхность ограждений и предметов, частично поглощается, частично отражается. При этом возникает так называемое вторичное излучение, также, в

конце концов, поглощаемое предметами и ограждениями помещения.

Ограждение, в плоскости которого установлена отопительная панель,

получает путем вторичного излучения всего 9…12 % общего лучистого потока.

При расположении отопительной панели у наружной стены под окном или под потолком соответственно усиливается облучение пола (26 %) или потолка

(42 %) помещения. Благодаря лучистому теплообмену повышается температура внутренней поверхности ограждений по сравнению с температурой при конвективном отоплении, и в большинстве случаев она превышает температуру воздуха помещения.

Лучистое отопление может быть устроено при низкой (до 70 °С), средней

(от 70 до 250 °С) и высокой (до 900 °С) температуре излучающей поверхности.

Системы отопления делятся на местные и центральные.

К местным системам относят отопление панелями и отражательными экранами при средней и высокой температуре их поверхностей, если энергоносителями являются электрический ток или горючий газ, а также твердое топливо (при сжигании его в каминах). В настоящее время нормами предусмотрено применение излучателей при температуре их поверхности не выше 250 °С.

В центральных системах панельно-лучистого отопления применяются низко- и среднетемпературные панели и отражательные экраны с цен-

трализованным теплоснабжением при помощи нагретых воды и воздуха, реже пара высокого и низкого давления. Отопительные приборы размещают в потолке или полу, у потолка или стен помещения. Систему панельно-лучистого отопления, соответственно, называют потолочной, напольной или стеновой.

Местоположение панелей и отражательных экранов выбирают на основании

152

технологических, гигиенических и технико-экономических соображений.

Теплопередача только излучением возможна лишь в безвоздушном пространстве. В помещении лучистый теплообмен всегда сопровождается конвективным. При этом вследствие различия температуры поверхностей возникает движение воздуха в помещении, которое усиливается благодаря развитию нисходящих потоков воздуха у охлаждающихся поверхностей. В

результате отопительная панель часть теплоты передает конвекцией воздуху,

перемещающемуся у ее поверхности. Размещение отопительной панели в потолке затрудняет конвективный теплоперенос, и в теплопередаче панели теплообмен излучением составляет 70...75 %. Греющая панель в полу активизирует теплоперенос конвекцией, и на долю теплообмена излучением приходится всего 30...40 %. Вертикальная панель в стене в зависимости от высоты передает излучением 30...60 % всей теплоты, причем доля теплообмена излучением возрастает с увеличением высоты панели.

Лишь потолочное панельное отопление, во всех случаях передающее в помещение излучением более 50 % теплоты, может быть названо лучистым.

При напольном отоплении, а также почти всегда при стеновом в общей теплопередаче панелей преобладает конвективный теплоперенос. Однако способ отопления - лучистое оно или конвективное - характеризуется не доминирующим способом теплоотдачи, а температурной обстановкой в помещении (согласно выражения 11.1).

Действительно, при низкотемпературных (26...38 °С), а следовательно,

развитых по площади потолочных и напольных панелях увеличивается температура поверхности ограждений помещения, и способ обогревания всегда относится к лучистому. При стеновых же панелях в зависимости от их размеров

итемпературы поверхности способ отопления помещения может быть отнесен

ик лучистому, и к конвективному (если радиационная температура окажется ниже температуры воздуха). Однако по общности конструктивных схем и способа отопления помещений потолочному, напольному и стеновому панельному отоплению дается общее наименование – панельно-лучистое.

153

В системах панельно-лучистого отопления применяют металлические панели с отражательными экранами и бетонные панели.

Металлические панели предназначены для отопления широких производственных помещений, перекрытых фермами и не нуждающихся в активной вентиляции (механические, инструментальные, модельные цехи,

ангары, склады и т.п. помещения).

Бетонные панели с замоноличенными греющими трубами применяются в напольных и стеновых системах панельно-лучистого отопления. Бетонные панели используются для отопления жилых, общественных и производственных зданий, особенно когда к помещениям этих зданий предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования.

При отопительных панелях, скрытых в строительных конструкциях,

обеспечиваются повышенные санитарно-гигиенические требования, не занимается полезная площадь помещений. Температура поверхности греющих панелей значительно ниже температуры теплоносителя. Уменьшается расход металла по сравнению с расходом на чугунные или стальные радиаторы, на гладкотрубные приборы. Выравнивается температура воздуха по высоте обогреваемых помещений. К достоинствам систем панельно-лучистого отопления можно также отнести сокращение затрат труда на месте строительства зданий, при заводском изготовлении конструкций перекрытий и полов с замоноличенными греющими элементами. Возможно сокращение теплозатрат на отопление помещений при относительном понижении температуры внутреннего воздуха.

Недостатками систем панельно-лучистого отопления являются трудность ремонта замоноличенных греющих элементов, сложность регулирования теплоотдачи отопительных панелей, повышение капитальных вложений (по сравнению с конвективным отоплением) при низкой температуре теплоносителя.

Панельно-лучистое отопление применяют в жилых зданиях, помещениях детских дошкольных учреждений, в операционных, родовых и тому подобных

154

помещениях лечебно-профилактических учреждений, в помещениях и вестибюлях (теплые полы) общественных зданий. Отопительные панели используют также для обогревания основных помещений вокзалов, аэропортов,

ангаров, высоких цехов производственных зданий, помещений категорий Г и Д

(кроме помещений со значительным влаговыделением), применяют в производственных помещениях с особыми требованиями к чистоте

(производство пищевых продуктов, сборка точных приборов и т.п.).

11.2. Температурная обстановка в помещениях при панельно-лучистом отоплении

При панельно-лучистом отоплении температура каждой поверхности ограждений, участвующих в лучистом теплообмене, повышается. При этом создается температурная обстановка, более благоприятная для человека.

Известно, что самочувствие человека значительно улучшается при повышении доли конвективного теплопереноса в общей теплоотдаче его тела и уменьшении излучения на холодные поверхности (радиационного охлаждения).

Это и обеспечивается при системе панельно-лучистого отопления, когда теплоотдача человека путем излучения уменьшается вследствие повышения температуры поверхности окружающих его ограждений. Одновременно несколько понижают против обычной температуру воздуха в помещении, в

связи с чем происходит дальнейшее увеличение конвективного теплообмена человека, что опять-таки способствует улучшению его самочувствия.

Таким образом, при применении системы панельно-лучистого отопления возрастает средняя температура поверхности ограждений. Отметим также некоторое повышение относительной влажности воздуха при снижении его температуры, что также благоприятствует созданию комфортных условий в помещениях.

При панельно-лучистом отоплении допустимо понижение температуры воздуха помещений в среднем на 2 °С против температуры воздуха при

155

конвективном (радиаторами или конвекторами) отоплении. Средняя температура внутренней поверхности ограждений в большинстве случаев получается выше температуры воздуха.

11.3. Конструкции отопительных панелей

Отопительные панели представляют собой конструкции, в которых имеются нагревательные элементы для протекания теплоносителя змеевиковой или регистровой формы (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Схемы размещения нагревательных элементов в отопительных панелях: а – змеевиковой формы; б - регистровой формы; 1, 2, 3 - соответственно, средние, крайние и одиночные трубы

При змеевиковой форме (рис. 11.1, а) обеспечивается последовательное движение всей массы теплоносителя по трубчатым элементам, что способствует удалению из них воздуха. Поэтому змеевиковая форма греющих труб используется преимущественно при горизонтально располагаемых панелях.

При регистровой форме нагревательных элементов (рис. 11.1, б),

применяемой в вертикальных панелях, поток теплоносителя делится на части в зависимости от числа параллельно расположенных греющих труб,

присоединенных к соединительным колонкам. Достоинством панелей с нагревательными элементами регистровой формы являются незначительные потери давления при протекании теплоносителя.

Нагревательные элементы в вертикальных панелях могут быть устроены

156

и без колонок. При этом параллельные греющие трубы прокладываются через панели насквозь и соединяются подводками либо по проточной, либо по бифилярной схемам. При бифилярной схеме предусматривают движение теплоносителя по двум из четырех, например, параллельных труб слева направо, а по двум другим трубам - наоборот, справа налево.

В системах панельно-лучистого отопления зданий встречаются отопительные панели двух видов:

совмещенные, представляющие одно целое с ограждающими кон-

струкциями здания, когда нагревательные элементы для теплоносителя устраивают в наружных стенах, несущих плитах перекрытий и лестничных площадок, во внутренних панельных стенах при их изготовлении;

подвесные и приставные, изготовленные отдельно и смонтированные рядом, в специальных нишах строительных конструкций или под ними.

Совмещенные панели наиболее полно отвечают задачам механизации процесса строительства - система отопления монтируется одновременно со сборкой здания. При использовании подвесных и приставных панелей степень индустриальности монтажа зависит от конструкции панелей. Монтаж потолочных или напольных панелей требует больших затрат ручного труда,

чем монтаж стеновых панелей. Монтаж подоконных панелей проще, чем монтаж протяженных плинтусных конструкций.

В подвесных металлических отопительных панелях элементами змеевиковой формы являются стальные трубы Dy 20 мм, плотно прижатые к тонкостенному алюминиевому или стальному экрану. При наличии воздушного зазора между греющей трубой и экраном теплоотдача панелей заметно уменьшается. Эти 4…6 греющих труб размещаются по площади панели с ша-

гом s = 100...200 мм.

Для изготовления более распространенных бетонных отопительных панелей используют тяжелый бетон, обладающий сравнительно высоким коэффициентом теплопроводности (около 1,5 Вт/(м °С) при 0°С), плотностью порядка 2400 кг/м3, и коэффициентом линейного расширения 1,15 10-5 м/(м °С).

157

Нагревательные элементы чаще всего устраивают из стальных труб,

коэффициент линейного расширения которых 1,2 10-5, м/(м °С) весьма близок к коэффициенту линейного расширения бетона. Разница между коэффициентами теплового расширения этих материалов компенсируется в отопительной панели тем, что температура стали (с меньшим значением коэффициента линейного расширения) выше, чем температура бетона.

Заделка труб в бетон дает существенный теплотехнический эффект -

теплопередача труб увеличивается в среднем на 60 % по сравнению с открыто проложенными трубами. Это явление закономерно: теплопередача нагретой трубы, изолированной снаружи теплопроводным материалом, возрастает с увеличением толщины слоя покрытия.

11.4. Описание бетонных отопительных панелей

Потолочные отопительные панели могут быть совмещенными и подвесными. Совмещенные панели изображены на рисунке 11.2, где в одной из конструкций греющие трубы включены в бетон несущей части междуэтажного перекрытия (рис. 11.2, а). Это делается таким образом, чтобы под ними было достаточно места для размещения арматуры, необходимой для увеличения прочности бетона и усиления теплопередачи вниз.

Также для усиления теплопередачи вниз в верхней части перекрытия помещают теплоизоляционный слой.

В качестве теплоизоляции применяют твердые малотеплопроводные материалы, способные выдерживать давление со стороны пола. Пол устраивают из рулонных материалов по цементной стяжке или деревянный.

На рисунке 11.2, б показана другая конструкция совмещенной потолоч-

ной панели, расположенной в перекрытии, из пустотелых блоков.

Пустоты в этом случае являются теплоизоляцией. Напольные отопительные панели могут быть совмещенными и приставными (рис. 11.3).

158

Рис. 11.2. Совмещенные потолочные бетонные панели: а – с расположением греющих труб в несущем бетонном слое; б – то же под несущими пустотелыми блоками; 1 – теплоизоляция; 2 – цементная стяжка; 3 – покрытие пола; 4 – сетка; 5 – греющая труба; 6 – штукатурка; 7 – арматура; 8 – бетонный слой; 9 – пустотелая панель перекрытия

Рис. 11.3. Напольные бетонные отопительные панели: а – с расположением греющих труб в несущей части перекрытия; б – то же на несущем перекрытии; 1 – покрытие пола; 2 – теплоизоляционный материал; 3 – железобетонное несущее перекрытие; 4 – греющая труба; 5 – бетонная панель; 6 – штукатурка

Конструкция совмещенной напольной панели показана на рисунке 11.3,

а. Греющие трубы заделаны, как и в потолочной совмещенной панели, в бетон несущей части (монолитной или сборной) междуэтажного перекрытия при ее изготовлении. Над трубами со стороны пола помещены теплоизоляционные вкладыши, способствующие равномерному распределению температуры по поверхности пола.

Данную конструкцию отопительной панели следует отнести скорее к напольно-потолочной отопительной панели, так как часть теплового потока от труб направляется вниз через потолок. В тех случаях, когда необходимо большую часть теплового потока передавать через пол (например, при устройстве теплого пола в вестибюле здания), под перекрытием подвешивают дополнительный слой тепловой изоляции.

159

Приставные бетонные отопительные панели (рис. 11.3, б) изготавливают в заводских условиях отдельно от несущей части перекрытия в виде секции ограниченных размеров (для удобства транспортирования и монтажа). Эти секции укладываются и соединяются одна с другой в процессе монтажа.

Возможна также укладка поверх несущей части перекрытий змеевиков,

которые после их соединения и гидравлического испытания покрываются на месте слоем бетона. При втором способе производства работ увеличивается срок строительства здания, что является его недостатком.

Стеновые отопительные панели бывают двух типов: плинтусные и подоконные. Ранее применялись панели совмещенного вида: перегородочные панели, частично заменяющие внутренние стены, и стеновые панели,

встроенные в наружные стены зданий.

Перегородочные отопительные панели, устанавливавшиеся впритык к наружным стенам, включали в себя, помимо греющих труб, отопительные стояки, благодаря чему открыто расположенные трубы в помещениях отсутствовали. Теплоотдача этих панелей была двухсторонней и целиком

«полезной», тепловая изоляция не требовалась. Недостатками перегородочных отопительных панелей являлись одинаковая теплоотдача в два смежных помещения обычно с различными теплопотерями и невозможность регулирования теплопоступления в каждое помещение. Кроме того,

существовали ограничения в расстановке мебели в помещениях.

Для примера на рисунке 11.4 показано расположение греющих труб,

выполненных по бифилярной схеме, в трехслойной наружной стене, пред-

назначенной для верхнего этажа здания. Греющие трубы размещены во вну-

треннем бетонном слое с некоторым смещением к внутренней поверхности стены

(hв = 30 мм при толщине внутреннего бетонного слоя 80 мм).

Бетонные отопительные панели, совмещенные с наружными стенами, не нашли широкого применения в массовом строительстве зданий из-за больших теплопотерь наружу, бесполезных для отопления помещений.

Плинтусные отопительные панели, заменяющие собой плинтус,