Конструкция отопительных панелей

Отопительная панель, как уже известно, представляет собой элемент, в котором имеются нагревательные каналы для теплоносителя змеевиковой или колончатой формы При змеевиковой форме (рис. 11.2, а) обеспечивается последовательное движение всей массы теплоносителя по каналам, что способствует удалению из них воздуха. Поэтому змеевиковая форма греющих труб используется преимущественно при горизонтально распо­лагаемых панелях.

При колончатой форме нагревательных элементов применяемой в вертикальных панелях, поток теплоносителя делится на части в зависимости от числа параллельно расположенных греющих труб, присоединен­ных к колонкам. Достоинство панелей с нагревательными элементами колончатой формы — 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 би-филярной 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:

1) совмещенные, представляющие одно целое с ограждающими конструкциями здания, когда каналы для теплоносителя устраивают в наружных стенах, несущих пли

Рис. 11.2. Схемы нагревательных элементов отопительной панели змеевиковой

(а) и регистровой (б) формы I, 2, 3 — соответственно средние, крайние и одиночные трубы

тах перекрытий и лестничных площадок при их изготов­лении (ранее они устраивались также во внутренних па­нельных стенах);

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

Совмещенные панели наиболее полно отвечают задачам комплексной механизации строительства зданий — система отопления монтируется в процессе сборки здания. При использовании подвесных и приставных панелей степень индустриальности монтажа зависит от конструкции панелей. Так, монтаж потолочных или напольных панелей требует ббльших затрат ручного труда, чем монтаж стеновых па­нелей.

В подвесных металлических отопительных панелях каналами змеевиковой формы являются стальные трубы £>_У20, прижатые к тонкостенному алюминиевому или стальному экрану. При наличии воздушного зазора между греющей трубой и экраном теплоотдача панелей заметно уменьшается. Эти четыре — шесть греющих труб размещаются по площади панели с шагом s=100—200 мм.

Экран может быть плоским или волнообразной формы. Плоский экран (рис. 11.3, а) проще в изготовлении, но не исключает взаимного облучения труб, уменьшающего теплоотдачу излучением. Коэффициент облученности для Отопительной панели с плоским экраном составляет 0,57.

При экране волнообразной формы (рис. 11.3,6) коэффициент облученности возрастает до 0,63. Следовательно, в этом случае большая доля теплоотдачи панели передается и рабочую зону, а конвективная теплоотдача в верхнюю зону помещения значительно уменьшается (на 20—25%).

Рис. 11.3. Подвесная металлическая отопи» тельная панель с плоским экраном (а) и с

экраном волнообразной формы (б)1—греющие трубы; 2 — козырек; 3 —плоский экран; 4 — тепловая изоляция;5 — волнообразный экран

Металлические отопительные панели обогреваются высокотемпературным теплоносителем — паром высокого давления или водой с параметрами 150—70 °С. При воде при средней разности температуры ∆t_ср=t_ср—tв=0,5(1504-+70)—15=95 °С поверхностная плотность общей теплоотдачи металлических панелей составляет 800 Вт/м*.

Нагревательные элементы чаще всего устраивают из стальных труб, коэффициент линейного расширения которых (1,2-10~⁶) весьма близок к коэффициенту расширения бетона. Разница между коэффициентами теплового расширения этих материалов компенсируется в отопительной панели тем, что. температура стали _:(с м.еньшим значением коэффициента линейного расширения) выше; чем бетона.

Заделка труб в бетон дает существенный теплотехнический эффект — теплопередача труб увеличивается в среднем на 60% по сравнению с открыто проложенными, Это явление

закономерно: теплопередача нагретой трубы, изолированной снаружи теплопроводным материалом, возрастает с увеличением толщины слоя покрытия.

На рис. 11.4 показано изменение теплопередачи 1 м одиночной трубы диаметром 15—20 мм: линия характеризует теплопередачу трубы в воздухе, линии 2 и 3 — той же трубы в бетоне при различной его теплопроводности. Как видно, теплопередача трубы возрастает с увеличением теплопроводности бетона, в который она заделана; двусторонняя теплоотдача (пунктирные линии) выше односторонней. Можно сделать вывод о целесообразности заделки нагревательных элементов в тяжелый бетон.

Теплопередача не одной, а ряда труб в бетонной панели, приведенная к 1 м, несколько ниже теплопередачи одиночной трубы в бетоне и зависит от расстояния между трубами (шага труб) и их положения в панели (см. рис. 11.2).

Благодаря повышению теплопередачи стальных труб, находящихся в бетоне, можно сократить расход металла на отопительные приборы. При применении бетонных отопительных панелей со стальными трубами вместо чугунных радиаторов расход металла на отопительные приборы снижается примерно в 2 раза.

Рис. U.S. Совмещенные потолочные бетонные отопительные панели с расположением греющих труб я весущеи бетонном в слое (а) и под несущими пустотелыми блоками (б)

1— теплоизоляция; 2 — стяжка; 3 — покрытие; 4 — сетка; 5 — греющая труба-6 — штукатурка; 7 — арматура; в — бетонный слой; 9 — пустотелый блок

Рис. 11.6. Подвесная потолочная отопительная панель

1- подвеска; 2 — перекрытие; 3 — тепловая изоляция; 4 — труба для теплоносителя; 5 — перфорированный металлический лист

Рис. 11.7. Напольные бетонные отопительные панели с расположением греющих труб в несущей части перекрытия (в) и над ней (б)

1 — покрштие пола; 2 — теплоизоляционный материал; 3 — железобетонное несущее перекрытие: 4 — греющая труба; 5— бетонная панель; 6 — штукатурка

Стальные трубы в бетонных панелях имеют срок амортизации, значительно превышающий срок службы открыто проложенных труб. Сравнительная долговечность обето-нированных стальных труб объясняется незначительной коррозией их внешней поверхности при отсутствии контакта с воздухом.

Все же следует отметить, что поверхностная плотность теплоотдачи отопительных панелей меньше плотности теплоотдачи металлических отопительных приборов, и это приводит к значительному увеличению длины греющих труб. Для сокращения расхода стальных труб возможна заделка в бетон чугунных элементов, пластмассовых и стеклянных труб или даже создание пустот в плотном бе­тоне, образующих систему каналов для протекания теплоносителя.

Описание .бетонных отопительных паненки

Потолочные отопительные панели могут быть совме­щенными и подвесными. Совмещенные панели изображены на рис. 11.5, где в одной из конструкций греющие трубы включены в бетон несущей части междуэтажного перекрытия (рис. 11.5, а). Это делается таким образом, чтобы под ними было бы достаточно места для размещения арматур необходимой для увеличения несущей способности и теплопроводности бетона. Также для усиления теплопередачи вниз в верхней части перекрытия помещают теплоизоляционный слой.

В качестве теплоизоляции применяют твердые малотепло-проводные материалы, способные выдерживать давление со стороны пола. Пол устраивают из рулонных материалов во цементной стяжке или деревянным.

На рис. 11.5, б показана другая конструкция совмещенной потолочной панели, расположенной в перекрытии из пустотелых блоков. Пустоты выполняют роль теплоизоляции.

Совмещенные потолочные отопительные панели приме­няют при условии, что температура теплоносителя поддерживается на невысоком уровне (до 55—60 °С). При температуре теплоносителя выше 60 °С (60—90 °С) отопительные панели приведенных конструкций размещают в поме­щениях длительного пребывания людей не по всей площади, а только по периметру потолка или по контуру здания, вдоль его наружных стен.

Известен недостаток совмещенных отопительных панелей — большая тепловая инерция и связанная с ней трудность регулирования теплоотдачи, так как изменение температуры теплоносителя проявляется на греющей по­верхности только по истечении значительного промежутка времени.

Потолочное панельно-лучистое отопление может быть устроено с малой тепловой инерцией. Для этого греющие трубы располагают в нижнем штукатурном слое или применяют металлические листы, соединенные с трубами для развития теплоотдающей поверхности.

Подобная подвесная потолочная отопительная панель приведена на рис. 11.6. Тонкие перфорированные стальные или алюминиевые листы прикрепляются к греющим трубам, со стороны перекрытия покрываются звуко и теплоизоляционным слоем. При такой конструкции подвесных отопительных панелей помимо обеспечения передачи основного теплового потока через потолок и звукоизоляции помещений появляется возможность автоматизировать действие системы отопления, повышать температуру теплоносителя, не достигая предельно допустимых значений для их поверхности.

Пространство над подвесными отопительными панелями может использоваться для прокладки труб и кабелей, размещения светильников и воздуховодов.

Подвесные нагреваемые панели можно ремонтировать в процессе эксплуатации системы отопления без вскрытия основных строительных конструкций. Однако они не лишены недостатков: междуэтажные перекрытия усложня­ются по конструкции, возрастают их масса и толщина, а следовательно, высота и стоимость здания. Монтаж соответствующей системы отопления может проводиться только после возведения основных строительных конструкций, а при такой последовательности работ увеличиваются сроки строительства здания.

Напольные отопительные панели могут быть совмещенными и приставными (рис. 11.7). Конструкция совмещенной напольной панели показана на рис. 11.7, 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. Такая конструкция напольных панелей распространена в Корее.

Данную конструкцию отопительной панели следует отнести скорее к напольно-потолочной, 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. 11.7, 6) изготовляют в заводских условиях отдельно от несущей части перекрытия в виде секций ограниченных размеров (для удобства транспортирования и монтажа). Эти секции укладывают и соединяют одну с другой на строительстве. Возможна также укладка поверх несущей части перекрытий змеевиков, которые после сварки и гидравлического испытания покрывают на месте слоем бетона. При втором способе производства работ увеличивается срок строительства здания, что является его недостатком.

Стеновые отопительные панели. Горизонтальные потолочные и напольные отопительные панели, сложные в монтаже, устраивают сравнительно редко. Большее распространение имеют стеновые отопительные панели двух типов — плинтусные и подоконные. Раньше, как уже сказано, широко применяли 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 двусторонней 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 предметов в помещениях, появлялись щели в местах примыкания панелей к внутренним стенам.

Совмещенные стеновые отопительные панели бетонируют вместе с отопительными стояками в заводских усло­виях одновременно с изготовлением наружных стен для полносборных зданий. Стояк, заделанный в бетон, служит частью нагревательной поверхности отопительной панели.

Для примера на рис. 11.8 показано расположение греющих труб, выполненных по бифилярной схеме, в трехслойной наружной ,стене предназначенной для верхнего этажа

Рис. 11.8. Бифилярный стояк системы водяного отопления и греющие элементы змеевиковой формы, совмещенные с трехслойной наружной стеной

1— тепловая изоляция; 2 — наружный железобетонный слой; 3 — греющая труба; 4 — внутренний железобетонный слой; 5 — штукатурка

Рис. 11.9. Плинтусная прис­тавная бетонная отопительная панель

/ — бетон; 2 — концы грею» щих труб для присоединения к стояку; 3 — поверхность чистого пола; 4 — тепловая изоляция

здания. Греющие трубы размещены во внутреннем бетонном слое с некоторым смещением к внутренней поверхности стены (/г_в=30 мм при толщине внутреннего бетонного слоя 80 мм).

Бетонные отопительные панели, совмещенные с наружными стенами, стали применять в массовом строительстве зданий ограниченно для сокращения теплопотерь, бесполезных для отопления помещений.

Плинтусные отопительные панели, заменяющие собой плинтус, распространены в странах с умеренным климатом (США, Англия) для отопления магазинов, выставочных залов и других подобных помещений. Там применяются чугунные или стальные плинтусные панели, представляющие собой большей частью пустотелые элементы с гладкой поверхностью глубиной 45—60 мм и высотой 150— 300 мм, по форме напоминающие обычные деревянные плинтусы. Панели с двусторонней теплоотдачей такого типа снабжены с тыльной стороны вертикальными ребрами, и теплоотдача их возрастает на 60% по сравнению с пло­скими плинтусными панелями с односторонней теплоотдачей.

В нашей стране плинтусные панели используют для отопления детских учреждений, причем применяют панели из бетона марки 150—200 с односторонней теплоотдачей (рис. 11.9). 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.

Подоконные бетонные отопительные панели устанав­ливают в тех 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. 11.10, а) и двусторонней (рис. 11.10,6) теплоотдачей с их поверхности. Соединяются они с трубами системы отопления как обычные отопительные приборы.

При использовании панели с двусторонней 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.

Рис. 11.10. Подоконные приставные бетонные отопительные панели с односторонней теплоотдачей (а),двусторонней теплоотдачей (б) и с двусторонней теплоотдачей и каналом для подачи подогретого наружноговоздуха (в)

1 — тепловая изоляция; 2 — конвективный канал; 3 —отопительная панель; 4 —приточный канал; 5 — запорный клапан; 6 — стальной экран

На рис. 11.10, в показана конструкция, сочетающая отопительную панель с каналом для подачи подогретого свежего 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 их применять не рекомендуется из-за 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.