55
дается температурная обстановка, более благоприятная для человека. Известно, что самочувствие человека значительно улучшается при повы-
шении 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 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).
аа))
3
S S S
1 бб))
2
1
S S S
2
Lср |
Lср |
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), приме-
56
няемой 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 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 конструкциями 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 змеевико-
вой 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 шагом s = 100...200 мм.
Для изготовления более распространенных бетонных отопительных панелей используют тяжелый бетон, обладающий сравнительно высоким коэффи-
циентом 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).
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 про-
57
ложенными 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 потолочной панели, расположенной в перекрытии, из пустотелых блоков. Пустоты в этом случае являются теплоизоляцией.
а) |
1 |
2 |
3 |
б) |
3 |
9 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
6 |
5 |
|
|
|
|
8 |
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
Напольные отопительные панели могут быть совмещенными и приставны-
ми (рис. 11.3).
а) |
1 |
2 |
3 |
б) |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
4
5 6
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
58
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 на- польно-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.
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, предназначенной для верхнего этажа здания. Греющие трубы размещены во внутреннем 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, распространены в странах с умеренным климатом (США, Англия) для отопления ма-
59
газинов, выставочных залов и других подобных помещений. Там применяются чугунные или стальные плинтусные панели, представляющие собой большей частью пустотелые элементы с гладкой поверхностью толщиной 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.
Dy20
А
0,12 0,240,240,24 0,12
А
2
-
1
А-А
0,05 0,08 0,05 0,03
|
|
3 |
|
|
0,24 |
|
|
4 |
|
|
5 |
dб |
dн hн hв |
dш |
|
0,21 |
|
+
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 нашей стране 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 в нижней 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.
|
|
60 |
|
|
|
60 |
30 |
l |
1 |
|
|
100 |
|
|
|||
|
Dy20 |
|
50 |
|
|
300 |
Dy32 |
|
120 |
2 |
250 |
|
|
|
|||
|
|
|
80 |
|
|
|
50 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Рис. 11.5. Плинтусная приставная бетонная отопительная панель: 1 - бетон; 2 - концы греющих труб для присоединения к стояку; 3 - поверхность чистого пола; 4 - тепловая изоляция
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) в стене. 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.
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 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.