10513

150

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 по-

верхности 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 боль-

шую часть теплового потока передавать через пол (например, при устройстве теплого пола в вестибюле здания), под перекрытием подвешивают дополни-

тельный 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 сек-

ции 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 зда-

ния, что является его недостатком.

Стеновые отопительные панели бывают двух типов: плинтусные и под-

151

оконные. Ранее применялись панели совмещенного вида: перегородочные па-

нели, 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 сто-

яки, благодаря чему открыто расположенные трубы в помещениях отсутствова-

ли. Теплоотдача этих панелей была двухсторонней и целиком «полезной», теп-

ловая 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 ме-

бели в помещениях.

Для примера на рисунке 11.4 показано расположение греющих труб, выпол-

ненных 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, распро-

странены в странах с умеренным климатом (США, Англия) для отопления ма-

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 плинту-

сы. Панели с двухсторонней теплоотдачей такого типа снабжены с задней сто-

роны вертикальными ребрами. Их теплоотдача возрастает на 60% по сравнению с плоскими плинтусными панелями с односторонней теплоотдачей.

152

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 учрежде-

ний, причем применяют панели из бетона марки 150...200 с односторонней теп-

лоотдачей (рис. 11.5). Для уменьшения бесполезных теплопотерь между плин-

тусной панелью и наружной стеной помещают слой тепловой изоляции. При ис-

пользовании для отопления плинтусных панелей уменьшается вертикальный градиент температуры воздуха. Установлено, что разность температуры воздуха под потолком и у пола помещений, обогреваемых плинтусными панелями, со-

ставляет 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.

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 си-

стемы отопления как обычные отопительные приборы.

153

Рис. 11.5. Плинтусная приставная бетонная отопительная панель: 1 – бетон; 2 – концы греющихтруб для присоединения кстояку; 3–поверхность чистого пола; 4–тепловая изоляция

При использовании панели с двухсторонней теплоотдачей увеличивается теплопередача в помещение в расчете на единицу длины панели, а также со-

кращаются бесполезные теплопотери наружу по сравнению с панелью, вплот-

ную приставленной к стене. Однако такая панель с труднодоступным конвек-

тивным каналом уступает в санитарно-гигиеническом отношении панели с од-

носторонней теплоотдачей.

На рисунке 11.6, в показана конструкция, сочетающая отопительную па-

нель с каналом для подачи подогретого наружного воздуха в отапливаемое по-

мещение. Тепловая изоляция здесь отсутствует, а часть теплового потока, ухо-

дящего наружу, используется для нагревания приточного воздуха.

Такую конструкцию панелей можно использовать в малоэтажных здани-

ях. В многоэтажных зданиях потребуется более тщательная ее наладка из-за возникновения неравномерности и неустойчивости движения воздуха в при-

точных каналах на различных этажах.

Низкие подоконные панели, поверхность которых из-за этого может иметь относительно более высокую температуру, получаются меньших разме-

ров, чем панели других типов. При использовании подоконных панелей сокра-

щается площадь охлажденной поверхности наружных стен, уменьшаются ради-

154

ационное 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 помеще-

ния может изменяться в различных условиях от 8 до 20%. При равной 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 теплопро-

водностью 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 помеще-

ния. Следовательно, для каждого диаметра труб при определенных λ, tт и tп

температура поверхности отопительной панели зависит от шага труб s и глуби-

155

ны h заложения их в бетон.

В массиве бетона вокруг каждой греющей трубы образуется темпе-

ратурное поле, на котором можно построить линии, показывающие направле-

ние тепловых потоков. В простейшем случае для отдельно расположенной тон-

кой панели с симметрично заделанными греющими трубами допустимо пред-

положение о линейном (одномерном) распространении тепловых потоков от труб к середине расстояния между ними (s/2).

Графически картина двухмерной теплопроводности в толще отопитель-

ной панели представлена на рисунке 11.7, где показаны концентрические линии

- изотермы и линии тепловых потоков, перпендикулярные на исходе к поверх-

ности панели.

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 не-

изотермичной. На рисунке 11.7 показан характер изменения температуры по-

верхности 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 отопи-

156

тельной панели можно определять по эмпирической формуле, если известна температура в двух характерных точках – над трубами τо и между трубами τs/2:

τп = τs/2 + k (τо - τs/2), (11.2)

где k - коэффициент, характеризующий изменение температуры поверх-

ности 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 определения теплопотерь помещений. Эта расчетная средняя температура явля-

ется 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 форму-

ле (11.2) или по формуле В.Н. Богословского (см. курс «Строительная теплофи-

зика»). Ее значение тем выше, чем больше размеры помещения и меньше ши-

рина, а также площадь панели. Температура всего нагретого потолка при высо-

те 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 зави-

сит 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 темпе-

ратура их поверхности ограничена 60 °С.

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

157

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

денной 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 предваритель-

ной не только потому, что вычисляется на основании приблизительных вели-

чин. Она обычно несколько отличается от окончательной площади, которую выбирают в процессе конструирования панели с учетом конкретных условий размещения, подвода теплоносителя, типизации размеров и других ограниче-

ний. 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 теплоотда-

чей; панели, встроенные в перекрытия или имеющие конвективный канал, па-

нелями с двусторонней теплоотдачей. Фактически же для любой отопительной

панели следует рассчитывать теплопередачу в обе стороны.

Для панели с односторонней теплоотдачей общая теплопередача склады-

вается из основного теплового потока, направленного в отапливаемое помеще-

ние, лицевой теплоотдачи Qлиц и дополнительного теплового потока, направ-

158

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

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 и одиночными. Наиболее интенсивна теплоотдача одиночных труб, теплоотда-

ча крайних и особенно средних труб тормозится взаимным прогреванием бе-

тонного массива соседними трубами.

Если известна теплопередача 1 м трубы, то лицевая теплоотдача отопи-

тельной 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 терми-

ческого сопротивления отдельных слоев в конструкции панели и ограждения,

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

159

Сопротивление теплопередаче находят по общей для всех отопительных приборов формуле. Особенность заключается в увеличенном термическом со-

противлении 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 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 изоля-

ции 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 кото-

рых получение, перенос и передача теплоты происходят в одном и том же обо-

греваемом помещении. Теплота генерируется при сгорании топлива в топлив-

нике печи. Горячие дымовые газы нагревают внутреннюю поверхность каналов

- дымооборотов, теплота через стенки каналов передается в отапливаемое по-

мещение. Охладившиеся дымовые газы удаляются через дымовую трубу в ат-

мосферу. Топливо сжигается в печи периодически, поэтому теплота поступает в помещение неравномерно, и в нем наблюдается нестационарный тепловой ре-