Панельно лучистое отопление

Лучистым, как уже известно, называют способ отопления, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха. Для получения лучистого отопления применяют греющие панели — отопительные приборы со сплошной гладкой нагревательной поверхностью. Греющие панели совместно с теплопроводами образуют систему панельно-лучистого отопления. При использовании такой системы в помещениях создается температурная обстановка, характерная для лучистого способа отопления.

Итак, условиями, определяющими получение лучистого отопления в помещении, служат применение панелей и выполнение неравенства

t_R>tв (18.1)

где t_R — радиационная температура (осредненная температура поверхности всех ограждении — наружных и внутренних — и отопительных панелей, обращенных в помещение); tв — температура воздуха помещения.

При панельно-лучистом отоплении помещение обогре­вается главным образом за счет лучистого теплообмена между отопительными панелями и поверхностью ограждений. Излучение от нагретых панелей, попадая на поверхность ограждений и предметов, частично поглощается, частично отражается. При этом возникает так называемое вторичное излучение, также в конце концов поглощаемое предметами и ограждениями помещения.

Интенсивность облучения отопительной панелью поверхности различных ограждений помещения характеризуется данными, приведенными в табл. 18.1, полученными при замерах освещенности облучаемой поверхности световой моделью панели.

Из таблицы видно, что ограждение, в плоскости которого установлена отопительная панель, получает путем вторичного излучения всего 9—12% общего лучистого потока. При расположении отопительной панели у наружной стены под окном или под потолком соответственно усиливается облучение пола (26%) или потолка (42%) помещения.

Таблица 18.1. Распределение (в долях единицы) лучистого потока от отопительной панели между ограждениями помещения

Место распределения Панели	Наружная стена и окон	Пол	Потолок	Внутренние стены
				левая	правая	торцевая
У наружной стены:
под окном	0,1	0,26	0,18	0,207	0,207	0,046
» потолком	0,09	0,153	0,42	0,135	0,135	0,067
У правой внутренней стены	0,32	0,125	0,177	0,15	0,12	0,108

Благодаря лучистому теплообмену повышается температура внутренней поверхности ограждений по сравнению с температурой при конвективном отоплении и в большинстве случаев она превышает температуру воздуха помещения.

Лучистое отопление может быть устроено при низкой (до 70 °С), средней (от 70 до 250 °С) и высокой (до 900 °С) температуре излучающей поверхности. Система отопления делается при этом местной и центральной.

К местной системе относят отопление помещений панелями и отражательными экранами, если энергоносителями для них являются электрический ток и горючий газ, а также твердое топливо (при сжигании его в каминах). В настоящее время нормами предусмотрено применение излучателей при температуре их поверхности не выше 250 °С.

В центральной системе панельно-лучистого отопления применяются низко- и среднетемпературные панели и отражательные экраны с централизованным теплоснабжением при помощи нагретых воды и воздуха, пара высокого и низкого давления.

Отопительные приборы размещают в потолке или полу, у потолка или стен помещения. Систему панельно-лучистого отопления соответственно называют потолочной, напольной или стеновой. Местоположение панелей и отражательных экранов выбирают на основании технологических, гигиенических и технико-экономических соображений.

Теплопередача только излучением возможна лишь в безвоздушном пространстве. В помещении лучистый теплообмен всегда сопровождается конвективным. Теплоиз­лучения распределяются по поверхности ограждений неравномерно: по закону Ламберта они пропорциональны косинусу угла направления излучения к нормали излучающей поверхности. При этом вследствие различия температуры поверхностей возникает движение воздуха в помещении, которое усиливается благодаря развитию нисходящих потоков воздуха у охлаждающихся поверхностей. В результате отопительная панель часть теплоты передает конвекцией воздуху, перемещающемуся у ее поверхности.

Размещение отопительной панели в потолке затрудняет конвективный теплоперенос, и в теплопередаче панели теплообмен излучением составляет 70—75%. Греющая панель в полу активизирует теплоперенос конвекцией, и на долю теплообмена излучением приходится всего 30— 40%. Вертикальная панель в стене в зависимости от высоты передает излучением 30—60% всей теплоты, причем доля теплообмена излучением возрастает с увеличением высоты панели.

Лишь потолочное панельное отопление, во всех случаях передающее в помещение излучением более 50% теплоты, могло бы быть названо лучистым. При напольном отоплении, а также почти всегда при стеновом в общей теплопередаче панелей преобладает конвективный теплоперенос. Однако способ отопления — лучистое оно или конвективное — характеризуется не доминирующим способом теплоподачи, а температурной обстановкой в помещении [см. выражение (18.1)].

Действительно, при низкотемпературных (26—38 °С), а следовательно, развитых по площади потолочных и напольных панелях увеличивается температура поверхности ограждений помещения, и способ обогревания всегда отно­сится к лучистому. При стеновых же панелях в зависимости от их размеров и температуры поверхности способ отопления помещения может быть отнесен и к лучистому, и к конвективному (если радиационная температура окажется ниже температуры воздуха). Однако по общности конструктивной схемы и способа отопления помещений потолочному, напольному и стеновому панельному отоплению дается общее наименование — панельно-лучистое.

В системах панельно-лучистого отопления применяют металлические панели с отражательными экранами и бетонные панели.

Металлические панели предназначены для отопления широких производственных помещений, перекрытых фермами, не нуждающихся в усиленной вентиляции (механические, инструментальные, модельные цехи, ангары, склады и т. п. помещения). Излучающие панели, подвешиваемые в верхней зоне таких помещений, состоят из металлического отражательного экрана с козырьками, к нижней поверхности которого прикреплены греющие трубы, а верхняя поверхность покрыта слоем тепловой изоляции.

Конструкция подвесных панелей должна быть такой, чтобы теплоотдача излучением вниз составляла не менее 60% общей теплоотдачи. Только тогда достигается равномерность температуры воздуха по высоте помещений и экономится тепловая энергия по сравнению с конвективным отоплением обычного вида, особенно воздушным.

Бетонные панели с замоноличенными стальными греющими трубами применяются в стеновых системах панельно-лучистого отопления в основном в полносборных зданиях массового строительства. В год с панельным отоплением сооружалось жилых зданий площадью около 2 млн. м². Бетонные панели сейчас используются для отопления общественных и производственных зданий преимущественно с ограждающими конструкциями из стеновых панелей и плит, особенно когда к помещениям этих зданий предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования.

Приоритет по конструированию и применению на прак­тике, на основании идеи проф. В. М. Чаплина, системы отопления с заделкой стальных труб в толщу стен, потолков и полов, а также колонн, пилястр и даже лестничных перил и балясин (г. Саратов, 1905г.) принадлежит русскому инженеру В. А. Яхимовичу. Эта система была названа им панельным отоплением (английский патент 1907г.). За короткий срок (1907—1911 гг.) по проектам В. А. Яхимовича такими системами отопления были оборудованы в Поволжье свыше 20 крупных больничных, школьных и общественных зданий. В качестве теплоносителя в этих системах использовались горячая вода и пар.

В том же 1907г. английский инженер Баркер также получил патент на устройство систем отопления с плоскими нагревательными поверхностями.

В дальнейшем, в конце 20-х годов, подобные системы панельного отопления получили распространение в зарубежной практике под названием лучистого отопления.

В Советском Союзе бетонные греющие панели стали использоваться в массовом строительстве с 50-х годов в связи с переходом к индустриальным методам возведения зданий.
и отопительных панелях, скрытых в строительных конструкциях, обеспечиваются повышенные санитарно-гигиенические требования не занимается полезная площадь помещений. Температура поверхности греющих панелей значительно ниже температуры теплоносителя, при этом исключается пригорание пыли, ослаблен ее разнос. Уменьшается расход металла по сравнению с расходом на чугунные радиаторы, на гладкотрубные приборы; выравнивается температура воздуха по высоте обогреваемых помещений.

К достоинствам систем панельно-лучистого отопления можно также отнести сокращение затрат труда на месте строительства зданий при заводском изготовлении кон­струкций с замоноличенными греющими элементами. Возможно сокращение теплозатрат на отопление помещений при относительном понижении температуры воздуха,

Недостатками систем панельно-лучистого отопления являются трудность ремонта замоноличенных греющих элементов, сложность регулирования теплоотдачи отопительных панелей, увеличение бесполезных теплопотерь при размещении панелей в наружных ограждениях, повышение капитальных вложений (по сравнению с конвективным отоплением) при низкой температуре теплоносителя.

Панельно-лучистое отопление применяют в жилых зданиях, общих комнатах на первом этаже детских дошкольных учреждений, в операционных, родовых, наркозных и тому подобных помещениях лечебно-профилактических учреждений, в помещениях и вестибюлях (теплые полы) общественных зданий.

Отопительные панели используют также для обогревания основных помещений вокзалов, аэропортов, ангаров, высоких сборочных цехов, помещений категорий Г и Д (кроме помещений со значительным влаговыделением), применяют в производственных помещениях с особыми требованиями к чистоте (производство пищевых продуктов, сборка точных приборов и т. п.).

Источник: studfile.net

Ю. Я. Кувшинов, доктор техн. наук;

Д. Н. Зинченко, аспирант, МГСУ;

С. Г. Булкин, канд. техн. наук, ООО «REHAU»

 

Как известно, в теплое время года, помимо конвективного тепла, в помещение поступают большие лучистые тепловые потоки, прежде всего, от солнечной радиации. Если избытки конвективного тепла быстро ассимилируются охлажденным воздухом, то лучистое тепло накапливается в ограждениях, и это приводит к их существенному разогреву. При наличии в помещении развитой поверхности охлаждения она включается в лучистый теплообмен, что приводит к быстрому понижению радиационной температуры помещения, а следовательно – к улучшению комфортности тепловой обстановки в нем.

Необходимость вентилирования помещения, а также осушки внутреннего воздуха в теплое время года и его увлажнения в холодное, предполагает наличие в помещении системы вентиляции. Представляется целесообразным обеспечивать параметры микроклимата в помещении двумя системами: панельно-лучистого отопления-охлаждения (СПЛО), кондиционирования воздуха (СКВ) или вентиляции (СВ). В теплое время года система водяного охлаждения работает как фоновая круглосуточно, а воздушная СКВ – только в течение рабочей смены. При этом практически безинерционная СКВ должна быть рассчитана на покрытие пиковой холодильной нагрузки. Такое сочетание ощутимо повышает экономическую и энергетическую эффективность обеспечения микроклимата.

Известно, что воздушные системы из-за малой плотности воздуха расходуют большое количество электроэнергии на очистку и тепловую обработку воздуха в кондиционерах, а также на его транспортировку по вентиляционным каналам. СПЛО снимает существенную часть холодильной нагрузки на СКВ, что позволяет уменьшить расход приточного воздуха в системе, доводя его до санитарной нормы. Так как расход энергии на перемещение замещающего количества воды несопоставимо мал, возникает экономия энергии.

При совместном действии СКВ и СПЛО понижается суммарная установочная холодильная мощность двух систем по сравнению с одной СКВ. Это происходит за счет круглосуточной работы фоновой СПЛО. Уменьшение установочной мощности означает уменьшение стоимости холодильной установки. При этом не происходит умень-шения суточного расхода холода двумя системами, наоборот, расход несколько увеличивается. Возрастание суточного расхода холода обусловлено снижением радиационной температуры помещения за счет лучистого охлаждения поверхностей, то есть лучшим качеством микроклимата в теплое время года.

Можно избежать этого перерасхода, если повысить температуру воздуха в помещении. При понижении радиационной температуры, компенсирующем повышение температуры воздуха, результирующая температура помещения останется неизменной, а следовательно, не происходит ухудшения комфортности тепловой обстановки.

К перечисленным преимуществам панельно-лучистого охлаждения следует прибавить то, что отопление и частично охлаждение помещения осуществляется одной системой, к тому же имеющей хорошие эксплуатационные качества.

Конструктивно системы панельно-лучистого отопления-охлаждения представляют собой греющий/охлаждающий контур из толстостенных пластмассовых труб, заложенных в тело ограждающей конструкции или прикрепленных к ней. Существующие в настоящее время технические средства разрешают конструировать множество схем размещения и устройства трубопроводов в панелях систем отопления-охлаждения. Как правило, системы делятся на потолочные, стеновые и напольные. Для целей охлаждения предпочтение следует отдавать потолочным и стеновым панелям.

Рисунок 1. Процесс формирования температуры воздуха с помощью СКВ (а) и комплексной системы СКВ + СПЛО (б)

Если сравнивать чисто конвективное (рис. 1а) и смешанное лучисто-конвективное охлаждение помещения (рис. 1б), то в первом случае радиационная температура t_R оказывается выше температуры воздуха t_B, а во втором – ниже. В результате процесс формирования температуры воздуха в том и другом случае оказывается различным.

При сменной работе СКВ мощностью Q_C1 охлаждение помещения происходит от высокого температурного уровня, во втором случае – при круглосуточной работе фоновой СПЛО мощностью Q_СФ допускается дисбаланс теплопоступлений Q_B и холодильной мощности СКВ Q_C2 и температура воздуха формируется в результате подогрева помещения внутренними теплопоступлениями.

В отличие от систем панельно-лучистого отопления, использование систем панельного охлаждения не нашло пока достаточного обоснования. Сказанное относится, прежде всего, к рассмотрению гигиенических аспектов. В многочисленных исследованиях гигиенистов и инженеров, например [1–3], приводятся данные оценки комфортности тепловой обстановки применительно к обогреву помещения. В то же время отсутствуют в явном виде сведения о радиационном балансе организма человека при панельно-лучистом охлаждении. Освещая основной вопрос – о допустимой температуре охлажденной поверхности, авторы публикаций рекомендуют принимать ее несколько выше температуры точки росы.

При проектировании систем панельно-лучистого обогрева-охлаждения условия комфортности тепловой обстановки оценивается двумя факторами: 1) соотношением температуры воздуха, радиационной температуры и результирующей температуры помещения t_В; t_R; t_П, °С; 2) минимально допустимой средней температурой охлажденной поверхности t_О, °С. Первый фактор устанавливает комфортное сочетание видов теплоотдачи человека, второй – допустимый баланс лучистого теплообмена на поверхности человека и температуру в пограничных зонах.

В результате обобщения многочисленных данных публикаций по комфортности тепловой обстановки при лучисто-конвективном отоплении-охлаждении были установлены рекомендации по нормированию параметров микроклимата.

При охлаждении помещения поверхностью температуру воздуха t_B следует принимать на 1–2 градуса выше нормируемой температуры воздуха в рабочей зоне t_B,P. Комфортное сочетание температуры воздуха и температуры помещения при охлаждении помещения следует определять в соответствии с данными рис. 2.

Рисунок 2. Зона теплового комфорта при панельно-лучистом охлаждении: 1 – зона теплового комфорта при панельно-лучистом охлаждении; 2 – зона теплового комфорта при конвективном охлаждении

Минимально допустимая температура охлажденной поверхности принимается как средняя температура всей охлажденной поверхности. Помимо этого значения следует оценивать минимальную локальную температуру на поверхности, которая должна быть не менее чем на 1 °С выше температуры точки росы.

На минимальную температуру вертикальных панелей налагается дополнительное требование не допускать переохлаждения воздуха у пола помещения (на расстоянии 1 м от панели) более чем на 2 °С ниже нормируемой температуры. При этом поверхностная плотность лучистого теплового потока на рабочем месте не должна превышать 35 Вт/м².

Использование ПЛО в помещении требует рассмотрения системы лучисто-конвективного теплообмена в охлаждаемом помещении. В полной постановке задачи такая система должна включать достаточно большое число уравнений баланса тепла на поверхностях ограждений, что затрудняет ее использование в инженерных решениях.

В упрощенном решении приняты два неизвестных (рис. 3): температура поверхности рабочей зоны t₃ и температура поверхности остальных (нейтральных) ограждений t₂.

Рисунок 3. К постановке задачи расчета лучисто-конвективного теплообмена в помещении при панельно-лучистом охлаждении

Система уравнений лучисто-конвективного теплообмена при двух неизвестных включает уравнение баланса конвективного тепла в помещении и уравнение баланса тепла на поверхности рабочей зоны.

В рассматриваемом случае обеспечения температурно-влажностных условий в помещении двумя совместно работающими системами задача состоит в определении холодильной мощности каждой из систем с учетом особенностей лучисто-конвективного теплообмена в помещении при наличии развитой охлажденной поверхности.

При параллельной работе СПЛО и СКВ, подающих в помещение тепловые потоки разной природы и в разное время суток, они по-разному воздействуют на формирование температуры воздуха. Причем из-за нестационарности процессов реакция температуры воздуха на то или иное тепловое воздействие происходит с различным запаздыванием. В основу учета нестационарности температурных условий заложена закономерность изменения радиационной температуры помещения. Для решения инженерных задач обычно используют математические модели с сосредоточенными параметрами.

Определяющим при рассмотрении нестационарных процессов в помещении является рассмотрение изменения во времени радиационной температуры помещения. Радиационная температура определена как средняя по площади температура поверхностей. Учитывая периодический характер изменения во времени суток тепловых потоков, составляющих холодильную нагрузку на системы охлаждения, расчет колебания t_R предпочтительно вести на основе понятия теплоустойчивости помещения. Совместное решение системы уравнений теплообмена в помещении и уравнения изменения радиационной температуры позволяет получить решение с частично распределенными параметрами.

В общем случае система отопления-охлаждения может работать или круглые сутки, или рабочую часть суток. Искомое соотношение холодильной мощности СПЛО и СКВ определяется из уравнения баланса среднесуточных возмущающих и регулирующих тепловых потоков, поступивших в помещение, которое имеет вид [4]

Q_C h_C + Q_TP +ΣQ_j h_j + Q_СФ h_СФ = 0, (1)

где Q_ТР – среднесуточный транс-миссионный тепловой поток, проходящий через наружные ограждения и определенный относительно рабочей температуры воздуха t_B, Вт;

Q_j – тепловые потоки, составляющие холодильную нагрузку на помещение, Вт;

h_C, h_j, h_СФ – коэффициенты нагрузки, соответственно, для конвективной системы, работающей часть суток, и для тепловых потоков, составляющих тепловую нагрузку на помещение, и для фоновой СПЛО [4].

Уравнение баланса тепловых потоков в помещении (1) позволяет выбирать соотношение долей холодильной мощности параллельно работающих систем в случае, когда мощность одной из систем задана. Учитывая зависимость температурных условий в помещении от холодильной мощности систем, корректное решение уравнения (1) достигается итерацией.

В помещении возможны различные варианты расположения охлаждающих поверхностей. В случае, когда площадь нескольких поверхностей оказывается достаточной для покрытия холодильной нагрузки, выбор того или иного места расположения панели зависит от теплотехнической эффективности варианта.

Коэффициент эффективности варианта охлаждающей поверхности показывает долю общей холодоотдачи СПЛО, приходящуюся на рабочую зону. Чем больше его значение, тем выше эффективность варианта СПЛО. Проведенное моделирование теплообмена в помещениях различной геометрии позволило оценить величину коэффициента эффективности в виде

K = C (1 – r), (2)

где r – конвективная доля суммы тепловых потоков, составляющих нагрузку на помещение:

r =ΣQ_i r_i / ΣQ_i. (3)

Коэффициент С, значения которого приведены в таблице, характеризует эффективность варианта расположения охлаждающей поверхности. Наибольшее его значение соответствует варианту 4.1 расположения панели в верхней части стены с одной стороны помещения. Наименьшее значение коэффициента эффективности приходится на вариант 2.

Значения коэффициента С в формуле (2)

№ варианта Расположение поверхности Коэффициент С 1 В потолке 0,5 2 В полу 0,38–0,07 а/h 3.1 В одной боковой стене у пола 0,43 3.2 В двух боковых стенах у пола 0,36 4.1 В одной боковой стене у потолка 0,56 4.2 В двух боковых стенах у потолка 0,51

Для расчета площади охлажденной поверхности следует определить ее холодоотдачу:

q_П = q₁ q_Р (1,02 – 0,01 (b/a)) • [0,94 + 0,01 (t_B – t₀)], Вт/м², (4)

где величина q₁ в качестве примера приведена на рис. 4 в виде зависимости от размеров помещения а, b, h и общей для помещения конвективной доли тепловой нагрузки r.

Рисунок 4. Зависимость относительной удельной теплоотдачи охлажденной поверхности от размеров помещения а, b, h и общей для помещения конвективной доли тепловой нагрузки r

Величина q_P – холодоотдача поверхности, рассчитанная относительно максимального перепада температуры (t_B – t₀).

С целью всесторонней оценки влияния различных факторов на энергетические и экономические показатели охлаждения помещений было проведено моделирование совместной работы СПЛО и СКВ. Моделирование реализовывалось с помощью компьютерного расчетного комплекса, в основу которого заложены приведенные выше зависимости.

В результате определялись холодильная мощность СКВ и СПЛО в расчетных условиях и годовые расходы энергии на охлаждение и вентиляцию помещений при переменном соотношении вклада в охлаждение каждой из систем. Последний фактор оценивался величиной m, равной

m = Q_CПЛО / Q_СПЛО.1, (5)

где Q_CПЛО – мощность СПЛО при совместном с СКВ охлаждении помещения;

Q_СПЛО.1 – то же при охлаждении помещения одной СПЛО.

Были рассмотрены два варианта планировки и назначения тестовых помещений, для каждого из помещений были приняты два варианта ориентации (южной и северной половины румбов) фасадов в трех характерных климатических зонах (Центр, Западная Сибирь, Юг России). Принятые к рассмотрению 12 вариантов помещений имеют холодильную нагрузку в расчетных условиях от 50 до 115 Вт на 1 м² площади пола. Общее число рассмотренных вариантов, равное 70, представляет выборку, правомерно претендующую на высокую достоверность результатов.

Рассматривались помещения читального зала с ориентацией фасада на юго-запад (ориентация 1) и север (ориентация 2) в Москве, Новосибирске и Краснодаре при переменном показателе m. Результаты моделирования иллюстрируются данными на рис. 5–12.

Рисунок 5. Диаграмма холодильной мощности в помещении читального зала при совместной работе СПЛО и СКВ в зависимости от принятой доли мощности СПЛО m в Москве

Рисунок 6. Диаграмма холодильной мощности в помещении читального зала при совместной работе СПЛО и СКВ в зависимости от принятой доли мощности СПЛО m в Новосибирске

Рисунок 7. Диаграмма холодильной мощности в помещении читального зала при совместной работе СПЛО и СКВ в зависимости от принятой доли мощности СПЛО m в Краснодаре

Рисунок 8. Диаграмма суммарного годового расхода холода вариантами охлаждения помещения

Рисунок 9. Диаграмма суммарного годового расхода электроэнергии вариантами охлаждения помещения

Рисунок 10. Диаграмма приведенных затрат на варианты охлаждения помещения, Москва

Рисунок 11. Диаграмма приведенных затрат на варианты охлаждения помещения, Новосибирск

Рисунок 12. Диаграмма приведенных затрат на варианты охлаждения помещения, Краснодар

На рис. 5–7 показаны диаграммы зависимости холодильной мощности СПЛО, СКВ и суммарной мощности, потребляемой на охлаждение помещения и обработку наружного воздуха в объеме санитарной нормы от m.

На рис. 8 показаны графики зависимости от m суммарного годового расхода холода на охлаждение помещения и обработку наружного воздуха в, а на рис. 9 – аналогичные графики для суммарного годового расхода электроэнергии на охлаждение и перемещение воздуха в СКВ.

Выбор целесообразного соотношения мощности СПЛО и СКВ при их совместной работе является экономической задачей.

Для решения технико-экономических задач в качестве критерия экономической эффективности широко используется величина приведенных затрат (отечественная терминология):

П = КЕ + Э, руб./год, (6)

где К – капиталовложения в вариант сопоставления, руб.;

Э – годовые эксплуатационный затраты, руб./год.

В рыночных условиях при замене понятия капиталовложений на более широкое – инвестиции использование критерия приведенных затрат оправдано [5] при условии замены коэффициента эффективности капиталовложений Е в прежнем понимании на коэффициент бездисконтной эффективности Е_Э = 1/Т_Э. В зависимости от использования дохода, получаемого после окупаемости инвестиций в вариант, величина коэффициента эффективности определяется по разным формулам. Если доход будет использоваться в качестве оборотных средств (дисконтироваться), то величина Е_Э будет равна

Е_Э.1 = r/[1 – exp (–r T_ОК)]. (7)

В случае капитализации дохода, т. е. изъятия его из оборота и наращивания

Е_Э.2 = r/[exp (r T_ОК) – 1], (8)

где r – расчетная норма дисконта, 1/год;

ТОК – предельный срок окупаемости инвестиций.

Как показывают расчеты, при разумных сроках окупаемости инвестиций, от 3 до 9 лет, величина коэффициента Е_Э.1 изменяется от 0,4 до 0,15, коэффициента Е_Э.2 от 0,3 до 0,05. Таким образом, для оценки всей области возможных экономических ситуаций достаточно рассмотреть варианты в диапазоне Е_Э от 0,05 до 0,4.

Результаты сопоставления вариантов по величине приведенных затрат приведены на рис. 10–12.

Выводы

1. Результаты моделирования показали, что величина удельной холодоотдачи в существенной степени зависит от доли конвективной составляющей тепловой нагрузки. Влияние соотношения размеров, температуры охлажденной поверхности на рассматриваемую величину оказывается значительно меньше. Наибольшее значение удельной холодоотдачи соответствует варианту расположения поверхности в потолке, наименьшее – расположению панели в полу.

2. Было установлено, что наибольшее значение показателя эффективности соответствует расположению поверхности в боковых стенах помещения у потолка, второе место по эффективности занимает расположение панели охлаждения в потолке, третье – в боковых стенах у пола. Наименьшее значение показателя приходится на расположение панели у пола.

3. Проведенные расчеты изменения в течение суток температуры показали, что среднесуточная величина радиационной температуры для варианта совместной работы СПЛО и СКВ на 3–4 °С ниже, чем для варианта чисто конвективного охлаждения.

4. С уменьшением величины m имеет место нелинейное возрастание Q_СКВ, при этом возрастает суммарная холодильная установочная мощность охлаждающих систем.

5. С уменьшением m происходит изменение суммарного годового расхода холода на охлаждение и вентиляцию помещения. При этом с уменьшением m от 1 до 0,5 годовой расход холода уменьшается, а в последующем несколько увеличивается, причем при m = 0 годовой расход холода меньше, чем при m = 1.

6. Внешние климатические условия оказывают существенное влияние на годовое потребление холода. Об этом свидетельствуют данные о расходе холода, отличающиеся в вариантах для разной ориентации помещений и в разных климатических зонах в 2–3 раза.

7. В большинстве вариантов минимальные приведенные затраты соответствуют значению m, близкому к 1. Из рассмотренных 36 случаев распределения приведенных затрат в зависимости от m (для 1-го помещения) в 56 % минимум затрат соответствует m = 1 и только в 20 % случаях минимум соответствует m = 0,5. Из 18 вариантов для 2-го помещения оптимум имеет место при m = 0,5 в 50 % случаев. Смещение оптимума в сторону m = 0,5 наблюдается при увеличении эксплуатационных затрат и уменьшении коэффициента экономической эффективности Е_Э. Последний фактор соответствует большому сроку окупаемости инвестиций и (или) малой расчетной норме дисконта r.

8. Функция приведенных затрат с уменьшением m от 1 медленно растет до m = 0,5 и с дальнейшим уменьшением m возрастает более интенсивно.

Изложенные выше соображения позволяют сделать вывод об относительном равенстве приведенных затрат на варианты в области 0,5 < m <`1. Таким образом, область соотношения холодильной мощности СПЛО и СКВ, соответствующая 0,5 < m <`1, является экономически оптимальной.

Литература

1. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений. – М. : Стройиздат, 1981.

2. McNall P. E., Biddison R. E. Thermal and Comfort Sensations of Sedentary Persons Exposed to Asymmetric Radiant Fields. – ASHRAE Transactions, 1970, Vol. 76.

3. Fanger P. O. Thermal Comfort. – McGrow Hill, 1970.

4. Кувшинов Ю. Я. Теоретические основы обеспечения микроклимата помещения. – М. : Изд. Ассоциации строительных вузов, 2007.

5. Дмитриев А. Н., Табунщиков Ю. А., Ковалев И. Н., Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2005.

Источник: www.abok.ru

Описание принципа действия водяных лучистых отопителей.

В качестве теплоносителя в потолочных излучающих панелях отопления, как правило, используется тёплая или горячая вода от 40°С до 110°С, которая передаёт тепло трубам и излучающему экрану.

1.  – Труба, по которой течёт теплоноситель (вода);
2.  – Теплоноситель – нагретая вода;
3.  – Плотный контакт трубы с излучающим экраном;
4.  – Излучающий экран, спрофилированный таким образом, чтобы максимизировать тепловой контакт с трубой;
5.  – Теплоизолятор, входящий в конструкцию панели для исключения оттока тепла вверх;
6.  – Передача тепла от излучающего экрана в виде инфракрасного излучения;
7.  – Передача тепла от излучающего экрана в виде конвективных потоков;
8.  – Передача тепла от излучающего экрана в виде теплопроводности.

Нагретый экран начинает излучать волны в инфракрасном диапазоне. Так как потолочная панель покрыта сверху изоляцией, всё излучение идёт только вниз. Волны при соприкосновении с телами и поверхностями в помещении преобразуются в тепло.

Нагретые таким образом тела также в свою очередь начинают излучать тепло, а также передавать его воздуху посредством конвекции. За счёт этого в помещении достигается ровный температурный профиль.

Внешний вид панели лучистого отопления.

Потолочные излучающие панели характеризуются низкой тепловой инерционностью и обеспечивают короткое время реагирования, что позволяет существенно уменьшить энергозатраты. А так как инфракрасное излучение проходит сквозь воздух практически без потерь энергии (оно не нагревает воздух), а превращается в тепло непосредственно в рабочей зоне, такой вид отопления является наиболее эффективным и экономичным для помещений с большой высотой потолка.

Панели лучистого отопления в помещении.

Также потолочное лучистое отопление незаменимо при зональном отоплении, например, в цехах, где часть площади занимают станки, и необходимо отапливать лишь проходы, в которых работают люди.

Ниже представлены несколько вариантов температурной оптимизации в помещении, благодаря различному расположению панелей лучистого отопления.

Нагревая людей и предметы в помещении без использования для этого среды-посредника (воздуха), инфракрасные панели позволяют значительно снизить расходы энергии и, соответственно, затраты на эксплуатацию системы отопления. 

Источник: waterinpanel.by

Распространение тепла от лучистых панелей происходит прямолинейно. Наиболее комфортно будет находиться рядом с панелью. При удалении человека от источника излучения на него будет воздействовать более рассеянный тепловой поток, а температура ощущения окружающего пространства телом человека будет снижаться

Системы лучисто-панельного отопления осуществляют передачу тепла в помещение непосредственно из пола или панелей, расположенных в стенах или потолке дома. Теплопередача в таких системах происходит преимущественно волновым способом — доставка тепла осуществляется непосредственно от горячей поверхности к людям и объектам с помощью инфракрасного излучения.

Лучистое тепловое воздействие можно наблюдать, например, когда пламя горящего лесного костра нагревает предметы даже на расстоянии. Когда система лучистого отопления находится в полу, его часто называют «лучистым теплым полом» или просто «теплым полом».

Лучистое отопление имеет ряд преимуществ. Оно имеет большую эффективность, чем встроенные в пол или стены конвекторы, и обладает большей выгодой, чем воздушное отопление, поскольку при его использовании исключаются тепловые потери, связанные с нагревом или охлаждением самого воздуховода.

Люди, страдающие аллергией, при выборе системы отопления часто предпочитают лучистый способ передачи тепла, при котором не происходит распространение аллергенов, как бывает при функционировании систем принудительной вентиляции.

Гидравлические (жидкостные) системы лучистого отопления потребляют значительно меньше электроэнергии, чем электрические кабели или маты, что является серьезным преимуществом для домов, не имеющих возможности подключения к стабильной электросети, или в случае высоких цен на электроэнергию.

Гидравлические системы лучистого отопления могут использовать различные источники энергии для нагрева жидкого теплоносителя, включая стандартные газовые, угольные, дровяные или мазутные котлы, солнечные водонагреватели или комбинацию указанных теплогенераторов.

Несмотря на свое название, лучистые полы с подогревом участвуют в передаче тепла и с помощью конвекции, когда нагретый от пола воздух циркулирует по помещению. Системы лучистого теплого пола существенно отличаются от излучающих панелей, используемых для отделки стен и потолка. По этой причине их следует рассматривать отдельно.

Лучистое напольное отопление

Существует три типа лучистого теплого пола:

Кроме этого, их можно дополнительно классифицировать по типу установки. Те, которые используют тепловую массу половой бетонной плиты или легкого бетона, уложенного поверх деревянного чернового пола, называются «влажными», а те, в которых трубы с теплоносителем размещены между двумя слоями фанеры, между чистым и черновым полом называют «сухими» («сухой монтаж»).

Виды лучистого теплого пола

Полы с воздушным подогревом

Воздух не способен удерживать большое количество тепла, поэтому излучающие воздушные полы не являются экономически эффективным вариантом и в жилых помещениях устанавливаются редко. Хотя их можно комбинировать с солнечными системами воздушного отопления, они страдают от очевидного недостатка, заключающегося в производстве тепла только в дневное время, когда тепловая нагрузка, как правило, существенно ниже.

Неэффективность обогрева дома с помощью обычной печи методом прокачки горячего воздуха через пол ночью перевешивает преимущества использования солнечного тепла днем. Хотя некоторые ранние солнечные системы воздушного отопления использовали камни в качестве теплоаккумулятора, всё же этот подход применять не рекомендуется.

Электрические теплые полы

Электрические излучающие полы обычно состоят из электрических кабелей, встроенных в пол. Также доступны системы с матами из электропроводящего пластика, установленные на основании под напольным покрытием, например плиткой.

Из-за относительно высокой стоимости электроэнергии электрические излучающие полы обычно могут стать экономически эффективным вариантом только в том случае, если они используют достаточное количество тепловой массы, которой обладает, например, толстый бетонный пол, а цена электрической энергии может рассчитываться с учетом времени суток.

Это позволяет «заряжать» бетонный пол теплом в не пиковые часы (примерно с 9 вечера до 6 утра). Если тепловая масса пола достаточно велика, сохраняемая в нем тепловая энергия будет поддерживать температурный комфорт в доме в течение восьми или десяти часов без какого-либо дополнительного расхода электроэнергии, особенно, когда дневные температуры окружающей среды существенно выше, чем ночные.

Электрические теплые полы также имеет смысл устанавливать для обогрева домовой пристройки в том случае, если расширение системы отопления для отопления нового помещения является нецелесообразным.

Водяные теплые полы

Жидкостное отопление является наиболее популярным и экономически эффективным вариантом обустройства теплых полов. В них нагретая вода из котла перекачивается по трубам, расположенным под полом. В некоторых системах, для достижения необходимой температуры в помещении, управление потоком горячей воды через каждую петлю трубопровода осуществляется с помощью термостатов, зонных клапанов или насосов. Цена установки теплого пола изменяется в зависимости от местоположения дома, его размера, типа установки, напольного покрытия и стоимости работ.

Типы напольных установок

Не зависимо от того, используются ли для теплого пола электрокабели или трубки, способы установки электрических и гидравлических излучающих систем в полах одинаковы.

Так называемые «мокрые» установки, когда кабели или трубки встраиваются в монолитный пол являются самым старым и проверенным методом обустройства теплого пола.

Трубопровод или кабель могут быть встроены в толстую бетонную фундаментную плиту или в тонкий слой бетона, гипса или другого материала.

Толстые бетонные плиты идеально подходят для хранения тепла от солнечных энергетических систем. Недостатком толстых плит является их сильная тепловая инерция, что делает достижение за короткое время необходимой температуры в помещении трудновыполнимой задачей. Большинство экспертов рекомендуют использовать такие системы отопления для поддержания постоянной температуры в доме.

Благодаря последним инновациям и совершенствованию технологий изготовления напольных покрытий, так называемые «сухие» полы, в которых кабели или трубки прокладываются в воздушном пространстве под полом, приобретают все большую популярность, главным образом потому, что сухой пол быстрее и дешевле при монтаже. Но поскольку сухие полы предполагают обогрев воздушного пространства, окружающего тепловые магистрали, такая система лучистого отопления должна работать при более высокой температуре.

Некоторые сухие установки предусматривают подвешивание труб или кабелей под полом между балками. Этот метод установки труб обычно требует сверления через балки пола. Под трубами должна быть установлена отражающая изоляция для направления тепла вверх.

Трубки или кабели могут также быть установлены сверху пола, между двумя слоями его основания. В этих случаях гидравлические трубопроводы часто устанавливаются в алюминиевые диффузоры, которые распределяют тепло от теплоносителя по поверхности пола, чтобы нагреть его более равномерно.

Напольные покрытия

Керамическая плитка является наиболее распространенным и эффективным напольным покрытием для лучистого теплого пола, потому что она хорошо проводит тепло, и сама выступает в роли теплоаккумулятора. Также можно использовать обычные напольные покрытия, такие как линолеум, ковровые покрытия или дерево, однако любой тип покрытия, изолирующий пол от остального помещения, снижает эффективность лучистой системы отопления.

Если необходимо использовать ковровое покрытие, то оно должно быть тонким с плотной набивкой. Если только в некоторых комнатах будет напольное покрытие, а не во всех, то для них должна быть установлена отдельная петля из труб, чтобы система отопления могла прогревать эти помещения более эффективно.

Это связано с тем, что вода, проходящая под покрытым полом, должна быть более горячей, чтобы преодолевать сопротивление теплопередаче напольного покрытия.

Деревянные полы, чтобы уменьшить вероятность усадки и растрескивания древесины в результате воздействия тепла и высыхания, должны быть ламинированными, а не выполнены из массива.

Излучающие панели

Настенные и потолочные излучающие панели, как правило, изготавливаются из алюминия, который нагревается либо от электричества, либо от трубопровода, по которому циркулирует горячая вода. Сейчас большинство имеющихся в свободной продаже излучающих панелей используют в своей работе электрическую энергию.

Как и любой тип электрического отопления, излучающие панели дороги в эксплуатации, но могут применяться для дополнительного отопления некоторых комнат или обогрева частей дома, когда расширение существующей отопительной системы нецелесообразно.

Лучистые панели имеют самое быстрое время отклика из всех известных технологий обогрева и поскольку их работу можно настроить для каждой комнаты отдельно, то это может привести к экономии энергозатрат по сравнению с другими системами, когда помещение значительное время пустует.

Распространение тепла от лучистых панелей происходит прямолинейно. Наиболее комфортно будет находиться рядом с панелью. При удалении человека от источника излучения на него будет воздействовать более рассеянный тепловой поток, а температура ощущения окружающего пространства телом человека будет снижаться. Некоторые люди считают потолочные системы неудобными, потому что панели нагревают верхнюю часть головы и плеч более сильно, чем остальные части тела.

Источник: teplokarta.ru

Отопление дома может быть самым разным: от печного до котельного. Решающая роль в этом принадлежит нескольким факторам: доступному виду топлива, планировке здания, его этажности, толщине внешних стен, расположению на местности и многому другому. Компания «Луч Тепла» предлагает продукцию для любого обогрева жилья, включая лучисто-панельное отопление.

 

Что такое лучисто-панельное отопление?

 

Это – обогрев жилья при помощи панелей. Средняя температура их совокупных поверхностей, обращенных в комнату, намного выше температуры воздушной среды в здании. Исходя из этого, такой вид отопления содержит два базовых фактора:

 

• панельную систему (оборудование, имеющее гладкую и сплошную нагревательную поверхность, что обязательно должен учитывать монтаж батарей отопления, поскольку это крайне важная характеристика);

 

• температурную обстановку, присущую именно лучистому способу обогрева (например, как у печи).

 

Виды лучисто-панельного отопления

 

Системы с лучисто-панельным отоплением бывают нескольких разновидностей:

 

1. местными (загородное отопление и отопление частного дома небольших размеров;
2. центральными (отопление в квартире или отопление дома высотного типа).

 

К первому относится обогрев высокотемпературными агрегатами – плафонами с отражательным экраном и панелями. Для повышения теплоотдачи приборов применяются горячие газы и электроэнергия. Температура поверхности при этом достигает очень высоких показателей – до 800-850 градусов. Монтаж отопления проводится с учетом высокотемпературного порога. В противном случае приборы деформируются, отчего сократится период эксплуатации сети в целом.

 

Ко второму относится поддержание комфортного тепла при помощи водного, парового и воздушного теплоносителей. Также может применяться инфракрасное излучение. При этом температура нагревательных поверхностей  (панелей) имеет сравнительно невысокий показатель – обычно до 100 градусов. Установка отопления в данном случае не несет эксплуатационных рисков из-за меньшего температурного режима.

 

Характеристики лучисто-панельного отопления

 

Подобное отопление загородного дома или иного жилья строится на лучистом теплообмене между поверхностью ограждений и греющей панелью. Исходящее от нее тепло попадает на окружающие предметы и частично поглощается ими, а частично – отражается. Такой эффект носит название «вторичного излучения». Постепенно данное тепло тоже поглощается ограждениями и присутствующими предметами.

 

Уровень интенсивности облучения различных ограждений отопительной панелью отличается характеристиками, которые были получены при измерении освещенности облучаемых предметов и иных поверхностей. Так, выяснилось, что лучистый теплообмен по сравнению с конвективным, увеличивает температуру внутренних поверхностей всех ограждений. А она, в свою очередь, превосходит температурный режим воздушных масс в помещении, что делает, к примеру, лучисто-панельное отопление дачи намного выгодней.

 

Размещение отопительных панелей

 

Монтаж системы отопления частного дома, независимо от его расположения, имеет некоторые нюансы. Дело в том, что обогревательная панель может быть установлена на полу, потолке, наружных или внутренних стенах здания. Это отражается на названии системы в целом:

 

• напольная;
• потолочная;
• стеновая.

 

Место размещения определяется с учетом технико-экономических, гигиенических, технологических и иных показателей. Например, доказано, что теплоизлучение неравномерно распределяется по поверхности ограждения. В итоге из-за разницы температур отмечается передвижение воздуха в комнате и нарушается тепловой комфорт. Данный фактор всегда учитывает проектирование и монтаж отопления панельно-лучистого типа.

 

Установка отопительной панели на потолке делает конвективный теплоперенос проблематичным. А вот процесс передачи излучением прогретых воздушных масс становится очень оптимальным и достигает 70-75 процентов от общего объема теплого воздуха.

 

Монтаж греющей панели на уровне пола активизирует перенос тепла методом конвекции, тогда как лучистая передача составляет 30-40 процентов.

 

Панели, расположенные вертикально, передают излучением около 30-60 процентов тепла, в зависимости от высоты стен. Следовательно, расчет отопления и установка отопления зависят не только от удобства, но и экономической целесообразности.

 

Вывод очевиден:

 

• панельный потолочный обогрев при любом раскладе отдает в помещение свыше 50 процентов лучистого тепла;
• панельный стеновой и напольный обогрев делают преобладающим конвективную передачу прогретых масс.

 

В то время как сам метод отопления (лучистый или конвективный) зависит от температурной обстановки в помещении, а не от доминирующего метода подачи тепла. Данный фактор и решает, монтаж отопления какого типа будет выгоднее всего.

Источник: raywarm.ru