Бетонная отопительная панель, как указано в главе III, представляет собой плиту, в которой имеются нагревательные элементы — каналы змеевиковой или колончатой формы (рис. VIII.1) с теплоносителем.

Для изготовления панелей используют тяжелый бетон, обладающий достаточно высокой теплопроводностью [например, теплопроводность А,= 1,51 Вт/(м-К) или 1,3 ккал/(ч-м-°С) при 0° и плотности в сухом состоянии 2400 кг/м3] и коэффициентом линейного расширения.

Чаще всего каналы для теплоносителя образуют стальные трубы, коэффициент линейного расширения которых весьма близок к коэффициенту расширения бетона (коэффициенты равны при температуре около 55° С).

Заделка труб в бетон дает существенный теплотехнический эффект— увеличивается теплопередача труб по сравнению с открыто проложенными. Это явление основано на известной закономерности: теплопередача трубы, изолированной теплопроводным материалом, возрастает с увеличением толщины слоя покрытия. Возрастание происходит до некоторого «критического» значения внешнего диаметра dKp изолированной, трубы, полученного из уравнения (III.64), если считать ан не изменяющимся:

Для бетонного цилиндра вокруг трубы при коэффициенте наружного теплообмена ан около 11,6 Вт/(м2«К) или 10 ккал/(ч-м2-°С) «критический» диаметр равен приблизительно 220 мм.

Возрастание теплопередачи обетонированной трубы объясняется увеличением внешней теплоотдающей поверхности, которая с ростом , диаметра развивается быстрее, чем сопротивление теплопроводности слоя бетона.

Сказанное иллюстрируется рис. VIII.2, на котором прямая 1 характеризует теплопередачу 1 м одиночной трубы диаметром 15— 20 мм в воздухе, а прямые 2 и 3 — той же трубы в бетоне с различной теплопроводностью. Как видно, двухсторонняя теплоотдача (пунктирные линии) выше односторонней примерно на 5%, теплопередача трубы возрастает с увеличением коэффициента теплопроводности бетона, в который она заделана. Следовательно, нагревательные элементы целесооб-разнр помещать 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, обозначенного буквой s) и их положения в панели (см. рис. VIII.1).

Явление повышения теплопередачи стальных труб, находящихся в бетоне, позволяет, применяя отопительные панели, сокращать расход металла. Из табл. III.1 следует, что при применении бетонных отопи­тельных панелей со стальными трубами вместо чугунных радиаторов снижается расход металла на отопительные приборы в 2—3 раза.

В системах панельного отопления в местах, где ремонт нагревательных элементов затруднителен, особенно при совмещенных панелях, вместо стальных водогазопроводных труб применяют бесшовные стальные трубы, рассчитанные на высокое давление.

Стальные трубы в бетонных панелях имеют срок амортизации, значительно превышающий срок службы этих труб в системах отопления с металлическими приборами. Сравнительная долговечность стальных труб в панелях объясняется незначительной коррозией их внешней поверхности в бетонном массиве при отсутствии контакта с воздухом.

Всеже следует отметить, что стальные трубы дорогостоящие и на 1 м2 греющей поверхности отопительных панелей их расходуется до 10 м. Для сокращения расхода стальных труб возможна заделка в бетон чугунных элементов, пластмассовых и стеклянных труб (см, главу III) или даже создание пустот в плотном бетоне (образующих систему каналов для протекания теплоносителя) и электропроводного бетона.

В системах панельного отопления зданий различают две конструкции панелей:

1) совмещенные — греющие панели, представляющие одно целое с ограждающими конструкциями здания (каналы для теплоносителя устраивают во внутренних и наружных панельных стенах, в несущих плитах перекрытий и лестничных площадок при их изготовлении);

2) приставные — греющие бетонные панели, изготовленные отдельно и смонтированные рядом или в выемках строительных конструкций.

Совмещенные панели наиболее полно отвечают задачам комплексной механизации строительства зданий — система отопления монтируется в процессе сборки здания. При использовании приставных панелей степень индусгриальности монтажа зависит от вида панелей. Так, монтаж горизонтальных потолочных или напольных панелей требует больших затрат ручного труда, чем монтаж стеновых панелей Монтаж перегородочных панелей проще, чем монтаж протяженных плинтусных.

Рассмотрим конструкцию отопительных панелей в зависимости от их размещения в помещении.

Потолочные и напольные панели. Совмещенная потолочная отопительная панель изображена на рис. VIII.3. Панель используется при условии, что температура теплоносителя поддерживается на невысоком уровне (до 55—60° С).

Трубы помещают в бетон несущей части междуэтажного перекрытия таким образом, чтобы под ними было достаточно места для размещения арматуры, необходимой для увеличения прочности бетона и улучшения передачи тепла вниз.

В качестве теплоизоляции применяют пробку или другие малотеп-лопроводнькГматериалы, способные выдержать давление со стороны пола. Пол выполняется из рулонных материалов по стяжке или дере­вянным (из сухой древесины).

При температуре теплоносителя выше 60° С (60—90° С) панели указанной конструкции размещают в помещениях длительного пребывания
людей только в периметральной зоне потолка, образуя «контурные» панели (см. ниже).

На рис. VIII.4 представлена приставная потолочная отопительная панель, использующаяся при наличии сборного железобетонного настила.

Греющая панель может быть изготовлена в заводских условиях в виде секций, соединяемых одна с другой на строительстве, или забетонирована поверх уложенного сборного настила в здании после прокладки, сварки и испытания fpy6. При втором способе производства работ сроки строительства зданий увеличиваются, что является его недостатком.

Данную конструкцию греющей панели следует отнести скорее к напольно-потолочным панелям, так как часть тепла, хотя и меньшая, передается наверх через пол. Примером такой конструкции служат бетонные отопительные лестничные площадки жилых зданий.

Подобная конструкция используется также в тех случаях, когда необходимо большую часть тепла передавать через пол (например, при устройстве теплого пола в вестибюле здания). При этом тепловая изоляция исключается совсем или размещается под трубами, а иногда подвешивается под перекрытием.

Характерной конструкцией приставной потолочной панели является подвесной потолок из тонких перфорированных стальных или алюминиевых листов, прикрепленных к трубам с теплоносителем (рис. VIII.5).

Такая конструкция, применяющаяся с небольшими отличиями во многих европейских странах (в Англии, Франции, Швейцарии, Норвегии и др.), обеспечивает звукоизоляцию помещений, имеет малую тепловую инерцию, что позволяет автоматизировать действие системы отопления, дает возможность повышать параметры теплоносителя, не превосходя допустимой температуры поверхности панели (последнее относится также и к предыдущей конструкции). Пространство над подвесным потолком может использоваться для прокладки труб и кабелей, размещения светильников и воздуховодов.

Греющиеланели в виде подвесных потолков, помимо перечисленных достоинств, позволяют также производить ремонт в процессе эксплуатации без вскрытия основных строительных конструкций. Однако меж­дуэтажные перекрытия здания при таких панелях усложняются по конструкции, возрастают их масса и толщина, а следовательно, и высота здания. Монтаж такой системы отопления может производиться только после сборки основных строительных конструкций, а при такой последовательности работ увеличиваются сроки строительства зданий.

Подвесной обогреваемый потолок часто дополняется со стороны помещения штукатурным слоем или съемными звукопоглощающими плитами.

Стеновые панели. Применение горизонтальных потолочных и напольных панелей, особенно приставной конструкции, усложняет монтаж и задерживает сдачу здания в эксплуатацию. Более прогрессивными в этом отношении считаются вертикальные стеновые панели.

Стеновые отопительные панели подразделяются на плинтусные, подоконные и перегородочные. Каждая из указанных панелей, отличаясь высотой и местом расположения в помещении, может быть с односто­ронней и двухсторонней теплоотдачей.

Для обеспечения односторонней теплоотдачи панели с тыльной стороны покрывают тепловой изоляцией и приставляют вплотную или совмещают с основными строительными конструкциями. Наиболее часто для односторонней теплоотдачи используют плинтусные и подоконные панели. Перегородочные панели, заменяющие часть внутренних перегородок или включенные в них, передают тепло в два соседних поме­щения.

Плинтусные отопительные панели, заменяющие собой плинтус, получили распространение в магазинах, выставочных залах и других подобных помещениях в странах с умеренным климатом (США, Англии). В Советском Союзе плинтусные нагревательные приборы используют для отопления детских учреждений, причем применяют отопительные панели из бетона марки 150—200 (рис. VIII.6).

За рубежом применяются чугунные или стальные плинтусные отопительные панели, представляющие собой большей частью пустотелые элементы с гладкой поверхностью толщиной 45—60 мм и высотой 150—300 мм, по форме напоминающие деревянные плинтусы. Панели с двухсторонней теплоотдачей такого типа снабжаются с задней стороны вертикальными ребрами; теплоотдача их возрастает на 60% по сравнению с плоской плинтусной панелью, отдающей тепло в одну сторону.

Исследованиями установлено, что разность между температурой воздуха под потолком и у пола помещений" отапливаемых плинтусными панелями, составляет не более 1°, тогда как при радиаторном ото­плении она доходит до 3°. 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 температура воздуха по условиям комфорта принимается равной расчетной температур ре для конвективного отопления.

Недостатком плинтусных панелей является значительная их протяженность, за счет чего сокращается рабочая площадь помещений.

Подоконные бетонные отопительные панели устанавливают в тех местах под окнами помещений, где обычно размещают металлические отопительные приборы. Панели могут быть как совмещенными со стеной, так и приставными или вставленными в выемку (нишу) в стене (рис. VIII.7).

Совмещенные панели вместе с отопительными стояками (рис. VIII.7, б) бетонируют в заводских условиях одновременно с изготовлением стеновых-^анелей для полносборных домов. На поверхность стеновой панели выходит лишь верхняя часть регулирующего крана. Стояк, заделанный в бетон, является частью нагревательной поверхности отопительной панели. Греющие панели подобного типа удачно компонуются как с трехслойными, так и с однослойными стеновыми панелями. На рисунке показан бифилярный стояк однотрубной системы отопления с открытым соединением (со стороны помещения) его поэтажных элементов.

На рис. VIII.7,а изображен замоноличенный однотрубный стояк с приставной подоконной бетонной отопительной панелью, вставленной в нишу, и скрытым соединением труб стояка.

Приставные подоконные панели (рис. VIII.8) бывают с односторонней (рис. VIII.8, а) и двухсторонней (рис. VIII.8, б, в) теплоотдачей с их поверхности. Такие панели соединяются как обычные отопительные приборы с трубами системы отопления.

При использовании панелей с двухсторонней теплоотдачей уменьшается плотность теплового потока с лицевой поверхности, но увеличивается общее количество тепла, передаваемого в помещение на единицу длины панели, а также сокращается бесполезная потеря тепла наружу по сравнению с панелью, вплотную приставленной или совмещенной со стеной. Однако такая панель с труднодоступным конвективным каналом уступает в санитарно-гигиеническом отношении панели с односторонней теплоотдачей.

Оригинальна конструкция, сочетающая отопительную панель с каналом для подачи свежего воздуха в отапливаемое помещение (рис. VIII.8, в), разработанная в Ленинграде. Тепловая изоляция в этой конструкции отсутствует, а часть теплового потока, обычно бесполезно уходящая наружу, используется для нагревания приточного воздуха. Однако в многоэтажных зданиях такая конструкция панелей не приме­няется из-за неравномерности и неустойчивости движения воздуха в приточных каналах на различных этажах.

При использовании подоконных отопительных панелей допустима максимальная температура их поверхности. Поэтому такие панели получаются меньших размеров, чем панели других типов. При располо­жении их в отапливаемом помещении сокращается холодная поверхность наружных стен, уменьшается зона распространения холодного воздуха от окон, становится возможным регулирование теплоотдачи и не затрудняется расстановка предметов.

Перегородочные бетонные отопительные панели толщиной 80— 120 мм применяются с различно расположенными греющими трубами (рис. VIII.9). Трубы в перегородочной панели, как и в подоконной, могут быть выполнены по однотрубной схеме с замыкающим участком (рис. VIII.9, а), по двухтрубной (рис. VIII.9, б) и по бифилярной (рис. VIII.9, в) схемам. Перегородочные панели с горизонтально подпр-толочным («ригельные» панели) или периметральным («контурные» панели) расположением труб (см. рис. VIII.10, б) широкого распространения не получили.

Перегородочная панель примыкает к наружной стене и включает в себя отопительный стояк, благодаря чему открытых труб в помещении нет. При двухсторонней теплоотдаче не требуется тепловой изоля­ции, отсутствует бесполезная потеря тепла и несколько уменьшается расход металла.

Недостатками перегородочной панели являются одинаковая теплопередача в два смежных помещения обычно с различными теплопоте-рями и невозможность регулирования теллопоступления в каждое по­мещение, помимо таких недочетов, как наличие щели в месте примыкания панели к перегородке и ограниченная возможность расстановки предметов в помещении.

Следует отметить, что путем асимметричного расположения труб в толще панели можно изменить теплопередачу через правую и левую поверхности перегородочной панели. Так, испытания показали, что при
расположении труб на расстоянии 30 мм (до оси), например, от правой поверхности панели толщиной 120 мм вправо поступает 58—60%, влево 42—40% общего теплойого потока (шаг труб соответственно 150 и 100 мм). Однако асимметричное расположение труб в толще панели вносит затруднения в типизацию, изготовление и монтаж панелей.

На рис. VIII.10, кроме совмещенной панели (рис. VIII.10,б), дается пример приставной перегородочной бетонной отопительной панели с бифилярным движением теплоносителя (рис. VIII.10, а), применяемой в однотрубной системе отопления с нижней развбдкой обеих гистралей.