10343

160

распространены в странах с умеренным климатом (США, Англия) для отоп-

ления магазинов, выставочных залов и других подобных помещений. Там применяются чугунные или стальные плинтусные панели, представляющие собой большей частью пустотелые элементы с гладкой поверхностью тол-

щиной 45...60 мм и высотой 150...300 мм, по форме напоминающие обычные деревянные плинтусы. Панели с двухсторонней теплоотдачей такого типа снабжены с задней стороны вертикальными ребрами. Их теплоотдача возрастает на 60% по сравнению с плоскими плинтусными панелями с односторонней теплоотдачей.

Рис. 11.4. Бифилярный стояк системы водяного отопления с греющими элементами змеевиковой формы, совмещенные с трехслойной наружной стеновой панелью: 1 - тепловая изоляция; 2 - наружный железобетонный слой; 3 - греющая труба; 4 - внутренний железобетонный слой; 5 - штукатурка

В России плинтусные панели используют для отопления детских учреждений, причем применяют панели из бетона марки 150...200 с

односторонней теплоотдачей (рис. 11.5). Для уменьшения бесполезных теплопотерь между плинтусной панелью и наружной стеной помещают слой тепловой изоляции. При использовании для отопления плинтусных панелей уменьшается вертикальный градиент температуры воздуха. Установлено, что разность температуры воздуха под потолком и у пола помещений, обогреваемых плинтусными панелями, составляет не более 1 °С, тогда как при радиаторном отоплении она доходит до 3°С. Кроме того, наблюдается относительное повышение температуры воздуха у пола и температуры поверхности пола и стен

161

внижней зоне помещений, что особенно важно для детских комнат. При отоплении помещений плинтусными панелями температуру воздуха по условиям теплового комфорта принимают равной расчетной температуре воздуха для конвективного отопления.

Подоконные бетонные отопительные панели устанавливают в тex местах под окнами помещений, где принято размещать металлические отопительные приборы. Панели могут быть приставными или вставленными в выемку (нишу)

встене. Такие панели бывают с односторонней (рис. 11.6, а) и двухсторонней

(рис. 11.6, б) теплоотдачей с их поверхности. Соединяются они с трубами

системы отопления как обычные отопительные приборы.

Рис. 11.5. Плинтусная приставная бетонная отопительная панель: 1 – бетон; 2 – концы греющих труб для присоединения к стояку; 3 – поверхностьчистого пола; 4 – тепловая изоляция

При использовании панели с двухсторонней теплоотдачей увеличивается теплопередача в помещение в расчете на единицу длины панели, а также сокращаются бесполезные теплопотери наружу по сравнению с панелью,

вплотную приставленной к стене. Однако такая панель с труднодоступным конвективным каналом уступает в санитарно-гигиеническом отношении панели с односторонней теплоотдачей.

На рисунке 11.6, в показана конструкция, сочетающая отопительную панель с каналом для подачи подогретого наружного воздуха в отапливаемое

162

помещение. Тепловая изоляция здесь отсутствует, а часть теплового потока,

уходящего наружу, используется для нагревания приточного воздуха.

Такую конструкцию панелей можно использовать в малоэтажных зданиях. В многоэтажных зданиях потребуется более тщательная ее наладка из-

за возникновения неравномерности и неустойчивости движения воздуха в приточных каналах на различных этажах.

Низкие подоконные панели, поверхность которых из-за этого может иметь относительно более высокую температуру, получаются меньших размеров, чем панели других типов. При использовании подоконных панелей сокращается площадь охлажденной поверхности наружных стен, уменьшаются радиационное охлаждение людей и зона распространения холодного воздуха от окон, не затрудняется, как при перегородочных панелях, расстановка предметов в помещениях.

Рис. 11.6. Подоконные приставные бетонные отопительные панели: а – с односторонней теплоотдачей; б – с двусторонней теплоотдачей; в – с двусторонней теплоотдачей и каналом для подачи подогретого наружного воздуха; 1 – тепловая изоляция; 2 – конвективный канал; 3 – отопительная панель; 4 – приточный канал; 5 – запорный клапан; 6 – стальной экран

11.5. Площадь и температура поверхностей отопительных панелей

Площадь нагревательной поверхности отопительной панели связана,

прежде всего, с ее тепловой мощностью. Расчеты панельных систем отопления показывают, что доля нагреваемой части общей площади ограждений помещения может изменяться в различных условиях от 8 до 20%. При равной

163

тепловой мощности площадь панели зависит от температуры ее поверхности.

Температура поверхности бетонной отопительной панели τп определяется диаметром d и шагом s греющих труб, глубиной h их заложения и теплопроводностью λ бетона, температурой теплоносителя tт и помещения tп,

т.е. τп = f (d, s, h, λ, tт, tп).

Среди этих шести переменных четыре изменяются в сравнительно узких пределах или могут быть заранее определены: диаметр труб (обычно Dу равен

15 и 20 мм), теплопроводность бетона, температура теплоносителя и помещения. Следовательно, для каждого диаметра труб при определенных λ, tт

и tп температура поверхности отопительной панели зависит от шага труб s и

глубины h заложения их в бетон.

В массиве бетона вокруг каждой греющей трубы образуется темпе-

ратурное поле, на котором можно построить линии, показывающие направление тепловых потоков. В простейшем случае для отдельно расположенной тонкой панели с симметрично заделанными греющими трубами допустимо предположение о линейном (одномерном) распространении тепловых потоков от труб к середине расстояния между ними (s/2).

Графически картина двухмерной теплопроводности в толще отопительной панели представлена на рисунке 11.7, где показаны концентрические линии - изотермы и линии тепловых потоков,

перпендикулярные на исходе к поверхности панели.

164

Рис. 11.7. Схема изотерм и тепловых потоков в массиве бетона и график изменения температуры поверхности отопительной панели с двухсторонней теплоотдачей: 1 – бетонная панель; 2 – греющая труба; 3 – изотерма; 4 – линия направления теплового потока

Изменение термического сопротивления массива бетона по различным направлениям от греющих труб делает поверхность отопительной панели неизотермичной. На рисунке 11.7 показан характер изменения температуры поверхности бетонной панели: наиболее высокая температура τо наблюдается непосредственно над трубами, наиболее низкая температур τs/2 – посередине между трубами (на расстоянии τs/2 от оси труб).

Приблизительно среднюю температуру поверхности бетонной отопительной панели можно определять по эмпирической формуле, если известна температура в двух характерных точках – над трубами τо и между трубами τs/2:

поверхности панели между греющими трубами.

Коэффициент k зависит от шага s и глубины заложения h труб в бетоне.

Для отопительных панелей с шагом труб до 250 мм и глубиной заложения до 40

ммk = 0,45, при шаге труб более 250 мм коэффициент k уменьшается до 0,33.

Врасчетах лучисто-конвективного теплообмена учитывается средняя температура нагревательной поверхности панелей, отнесенная к условиям

165

определения теплопотерь помещений. Эта расчетная средняя температура является наивысшей температурой греющей поверхности в течение отопительного сезона. С другой стороны, максимальная расчетная температура поверхности панелей не должна превосходить допустимую по условиям

температурной комфортности для людей в помещениях.

Для потолочных панелей допустимую температуру вычисляют по формуле (11.2) или по формуле В.Н. Богословского (см. курс «Строительная теплофизика»). Ее значение тем выше, чем больше размеры помещения и меньше ширина, а также площадь панели. Температура всего нагретого потолка при высоте помещения 2,5...2,8 м не должна быть выше 28 °С, до 3 м – 30°С, до

3,5 м – 33°С, до 4 м – 36°С, до 6 м – 38°С.

Допустимая средняя температура поверхности напольных панелей

зависит от назначения помещений и подвижности людей в них.

Для низких стеновых отопительных панелей допустима более высокая температура поверхности, такая же, как и для конвективных отопительных приборов. Лишь для панелей радиационного обогревания рабочих мест

температура их поверхности ограничена 60 °С.

Принимая допустимую температуру поверхности за расчетную, можно определить предварительную площадь поверхности отопительной панели A'п, м2:

где Q'пот - теплопотери помещения, Вт, вычисленные по методике,

приведенной в гл. 2 пособия «Отопление»;

tв - расчетная температура воздуха при лучистом отоплении, °С;

αн - коэффициент теплообмена на поверхности панели.

Среднее значение коэффициента αн (в пределах практически возможного изменения температуры поверхности панели τп), Вт/(м2·°С), составляет:

-для потолочной панели – 7,9;

-для напольной панели – 9,9;

-для стеновой панели – 11,6.

Площадь панели, найденная по формуле (11.3), называется

166

предварительной не только потому, что вычисляется на основании приблизительных величин. Она обычно несколько отличается от окончательной площади, которую выбирают в процессе конструирования панели с учетом кон-

кретных условий размещения, подвода теплоносителя, типизации размеров и других ограничений. Предварительную площадь отопительной панели необходимо знать для проверки условий температурного комфорта в помещении.

11.6. Расчет теплопередачи отопительных панелей

Каждая отопительная панель передает теплоту со всей внешней по-

верхности. Однако принято называть, подчеркивая величину основного теп-

лового потока: панели приставные или подвесные с односторонней теплоотдачей; панели, встроенные в перекрытия или имеющие конвективный канал, панелями с двусторонней теплоотдачей. Фактически же для любой

отопительной панели следует рассчитывать теплопередачу в обе стороны.

Для панели с односторонней теплоотдачей общая теплопередача складывается из основного теплового потока, направленного в отапливаемое помещение, лицевой теплоотдачи Qлиц и дополнительного теплового потока,

Рис. 11.8. Разрез наружного ограждения с приставной бетонной отопительной панелью: 1 – отопительная панель с односторонней теплоотдачей; 2 – слои наружного ограждения; 3 – тепловая изоляция

167

Лицевая теплоотдача бетонной отопительной панели рассматривается как слагающаяся из теплопередачи отдельных греющих труб, различным образом расположенных в панели. На рисунке 11.1 отмечено различие в положении труб, отражающееся на их теплопередаче: трубы названы средними, крайними

иодиночными. Наиболее интенсивна теплоотдача одиночных труб,

теплоотдача крайних и особенно средних труб тормозится взаимным прогреванием бетонного массива соседними трубами.

Если известна теплопередача 1 м трубы, то лицевая теплоотдача

отопительной панели составит:

где qср, qкр, qод – теплопередача 1 м средних, крайних и одиночных труб в бетонном массиве;

lср, lкр, lод – длина соответствующих труб в панели, м.

Лицевую теплоотдачу 1 м трубы qлиц, Вт/м, определяют с учетом термического сопротивления отдельных слоев в конструкции панели и ог-

Rлиц = Rв + Rст + Rм + Ri + Rн – общее сопротивление теплопередаче от теплоносителя в помещение, м °С/Вт.

Сопротивление теплопередаче находят по общей для всех отопительных приборов формуле. Особенность заключается в увеличенном термическом сопротивлении массива бетона, по сравнению с сопротивлением чугунной или стальной стенки прибора. Добавочные слои конструкции панели и ограждения являются также дополнительными термическими сопротивлениями.

Тыльная теплоотдача бетонной отопительной панели в наружный воздух,

так же как и лицевая теплоотдача, складывается из теплопередачи отдельных греющих труб.

Тыльную теплоотдачу 1 м трубы приставной, подвесной или совме-

щенной панели qтыл, Вт/м, находят с учетом термических сопротивлений не

168

только слоев панели, но и слоев конструкций наружного ограждения, отде-

ляющих панель от наружного воздуха, по формуле:

qтыл = (tт – tн)/(Rтыл + Rиз), (11.7)

где tн – расчетная температура наружного воздуха;

Rтыл = Rв + Rст + Rм + Ri + Rн – общее сопротивление теплопередаче от теплоносителя в наружный воздух, отнесенное к 1 м трубы, м °С/Вт;

Rиз – термическое сопротивление дополнительного слоя тепловой изоляции для уменьшения теплопотерь через наружное ограждение (рис. 11.8).

12.Печное отопление

12.1.Характеристика печного отопления

Печное отопление относится к местным системам отопления, при которых получение, перенос и передача теплоты происходят в одном и том же обогреваемом помещении. Теплота генерируется при сгорании топлива в топливнике печи. Горячие дымовые газы нагревают внутреннюю поверхность каналов - дымооборотов, теплота через стенки каналов передается в отапливаемое помещение. Охладившиеся дымовые газы удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Топливо сжигается в печи периодически, поэтому теплота поступает в помещение неравномерно, и в нем наблюдается нестационарный тепловой режим. Наибольшая теплоотдача печи приходится на конец топки, когда температура ее стенок достигает максимума. Наименьшая теплоотдача относится ко времени перед началом очередной топки. При печном отоплении происходит постоянное изменение температуры помещения,

зависящее от его теплоустойчивости. Достаточно теплоустойчивым считают помещение, в котором при неравномерно передающей теплоту отопительной печи обеспечиваются колебания температуры воздуха в пределах ±3°С.

Печное отопление имеет распространение и в настоящее время. В России почти треть жилищного фонда (в основном за счет старых домов в сельской местности) оборудована печами. При новом капитальном строительстве печное

169

отопление применяется ограниченно.

По действующим нормам [2] не допускается применение печей для отопления производственных помещений категорий А, Б и В. Устройство печного отопления в городах и населенных пунктах городского типа должно специально обосновываться.

Печное отопление допускается в жилых и административных зданиях при числе этажей не более двух (не считая цокольного этажа), небольших общественных зданиях (например, в общеобразовательных школах при числе мест не более 80), производственных помещениях категорий Г и Д площадью не более 500 м2.

Распространение печного отопления объясняется его достоинствами:

меньшей стоимостью устройства по сравнению с другими видами отопления,

малой затратой металла (только на колосниковую решетку, дверцы, задвижки,

иногда на каркас), простотой устройства и обслуживания, независимостью отопления отдельных помещений, одновременным обеспечением вентиляции помещений, возможность использования любого местного твердого топлива.

Достоинства печного отопления свидетельствуют о его широкой доступности. Однако установленные ограничения в отношении дальнейшего распространения (отметим еще раз, что печное отопление иногда допускается,

но никогда не рекомендуется) отражают его серьезные недостатки.

Недостатки печного отопления: пониженный уровень теплового комфорта по сравнению с водяным отоплением (нестационарный тепловой режим, а также переохлаждение нижней зоны помещения), затруднения при эксплуатации (заботы о топливе, уход за печью, загрязнение помещения),

повышенная пожарная опасность, возможность отравления окисью углерода при неправильном уходе за печью, потеря (до 5…10 %) рабочей площади по-

мещения.

При печном отоплении печи обычно размещают в помещениях у внутренних стен, используя эти стены для прокладки дымовых каналов. При этом облегчается вывод дымовых каналов в атмосферу, сокращается длина