18.3 Конструкция отопительных панелей

Отопительная панель, как уже известно, представляет собой элемент, в котором имеются нагревательные каналы для теплоносителя змеевиковой или колончатой формы (рис. 18.2). При змеевиковой форме (рис. L8.2, 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 (рис. 18.2, б), 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 плитах перекрытий и лестничных площадок при их изготовлении (ранее они устраивались также во внутренних па­нельных стенах);

Р ис. 18.2. Схемы нагревательных элементов отопительной панели змеевиковой (а) и регистровой (б) формы

1, 2, 3 — соответственно средние, крайние и одиночные трубы

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 больших затрат ручного труда, чем монтаж стеновых панелей.

В подвесных металлических отопительных панелях каналами змеевиковой формы являются стальные трубы Dy20, 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. 18.3, 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. 18.3, б) коэффициент облученности возрастает до 0,63. Следовательно, в этом случае большая доля теплоотдачи панели передается в рабочую зону, а конвективная теплоотдача в верхнюю зону помещения значительно уменьшается (на 20—25%).

Р ис. 18.3. Подвесная металлическая отопительная 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

Р ис. 18.4. Теплопередача 1м одиночной тру­бы Dу 15—20 мм в воздухе и в отопительной панели с односторонней (сплошные линии) и двусторонней (пунктирные линии) теплоотдачей

1 - труба в воздухе; 2 и 3 — труба в бетоне [соответственно при λ=1,05 и 1,28 Вт/(м°C)]

Металлические отопительные панели обогреваются высокотемпературным теплоносителем — паром высокого давления или водой с параметрами 150—70 °С. При воде при средней разности температуры ∆tср=tср—tв=0,5(150+70)—15=95 °С поверхностная плотность общей теплоотдачи металлических панелей составляет 800 Вт/м².

Для изготовления более распространенных бетонных отопительных панелей используют тяжелый бетон, обладающий сравнительно высокой теплопроводностью [например, 1,5 Вт/(м.°С) при О °С и плотности в сухом состоянии 2400 кг/м³] и коэффициентом линейного расширения 1,15х10^-5 м/(м.°С).

Нагревательные элементы чаще всего устраивают из стальных труб, коэффициент линейного расширения которых (1,2-10^-5) весьма близок к коэффициенту 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. Это явление закономерно: теплопередача нагретой трубы, изолированной снаружи теплопроводным материалом, возрастает с увеличением толщины слоя покрытия. Возрастание происходит до некоторого «критического» значения внешнего диаметра dкр изолированной трубы, которое приблизи­тельно можно определить по формуле

dкр=2λ/α_н

Для бетонного цилиндра вокруг трубы при теплопро­водности бетона λ=1,28 Вт/(м°С) и коэффициенте наружного теплообмена (α_н=11,6 Вт/м²С) «критический» диаметр равен ~220 мм. Возрастание теплопередачи обетонированной трубы объясняется увеличением площади внешней теплоотдающей поверхности, которая с ростом диаметра развивается быстрее, чем растет термическое сопротивление слоя бетона.

На рис. 18.4 показано изменение теплопередачи 1м одиночной трубы диаметром 15—20 мм: линия 1 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 1м, несколько ниже теплопередачи одиночной трубы в бетоне и зависит от расстояния между трубами (шага труб) и их положения в панели (см. рис. И.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.

Р ис 18.5. Совмещенные потолочные бетонные отопительные панели с расположением греющих труб в несущем бетонном слое (а) и под несущими пустотелыми блоками (б)

1 — теплоизоляция 2 — стяжка 3 — покрытие, 4 — сетка, 5 — греющая труба 6 — штукатурка, 7 — арматура 8 — бетонный слой 9 — пустотелый блок

Р ис, 18.6 Подвесная потолочная отопительная панель

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

Рис 18.7. Напольные бетонные отопительные панели с расположением греющих груб в несущей части перекрытия (а) и над ней (б)

1 — покрытие 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 обетонированных 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.