Р НП «АВОК» 4.1.6-2009

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С ПОТОЛОЧНЫМИ
ПОДВЕСНЫМИ ИЗЛУЧАЮЩИМИ ПАНЕЛЯМИ

2009

Предисловие

Сведения о рекомендациях

1 РАЗРАБОТАНЫ творческим коллективом специалистов некоммерческого партнерства «Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике» (НП «АВОК»):

Ю.Я. Кувшинов, доктор техн. наук (НП «АВОК») - руководитель;

Ю.А. Табунщиков, доктор техн. наук (НП «АВОК»);

А.В. Баранов (ООО «Цендер ГмбХ»);

Н.В. Шилкин, канд. техн. наук (МАрхИ).

2 УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ приказом Президента НП «АВОК» от 28 сентября 2009 г.

3 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ.

Содержание

Введение

Отопительные панели - один из наиболее комфортных видов обогрева помещения. Панели представляют собой конструкцию из греющих элементов змеевиковой и регистровой формы, по которым движется теплоноситель. Используют панели двух типов:

- совмещенные с ограждающими конструкциями здания. В панелях этого типа греющие элементы замоноличивают в наружные стены, перекрытия, внутренние перегородки;

- подвесные, или приставные. Панели этого типа представляют собой отдельную конструкцию, жестко прикрепленную к ограждающим конструкциям здания. Греющие элементы плотно примыкают к теплоотдающей поверхности. С тыльной стороны панель покрывают теплоизоляцией.

Потолочные подвесные излучающие панели обладают следующими преимуществами перед совмещенными:

- имеют малую тепловую инерционность;

- способствуют улучшению звукоизоляции помещения;

- пространство над панелями можно использовать для размещения воздуховодов, трубопроводов и кабелей;

- ремонт и обслуживание панелей осуществляют без вскрытия конструкции.

Характеристики потолочных подвесных излучающих панелей заводского изготовления определяются их конструкцией и моделью. В настоящих рекомендациях в качестве примера рассматриваются потолочные подвесные излучающие панели фирмы Zehnder (приложения А-Е).

РЕКОМЕНДАЦИИ АВОК

Дата введения - 2009-11-02

1 Область применения

1.1 Настоящие рекомендации распространяются на проектирование и монтаж систем отопления с потолочными подвесными излучающими панелями (далее - панели) двух типов:

- из отдельных модулей стандартных ширины и длины;

- из сблокированных модулей стандартной ширины и произвольной длины.

1.2 Панели используют для отопления помещений любого типа высотой от 3 до 30 м:

- помещений для технического обслуживания судов, самолетов и автомобилей;

- производственных помещений в машиностроительной, электронной, деревообрабатывающей и керамической отраслях промышленности;

- многоэтажных хранилищ и складов;

- торговых залов и универмагов;

- выставочных центров;

- пожарных депо;

- гаражей;

- спортивных залов;

- центров отдыха и т.д.

1.3 Панели устанавливают под потолком помещения. Панели занимают минимальное пространство, и их конструкция позволяет быстро осуществлять монтаж.

1.4 Максимальное рабочее давление теплоносителя для панелей составляет до 10 бар в зависимости от производителя и модельного ряда.

1.5 Панели используют, как правило, в системах отопления с температурой теплоносителя до 95°С.

2 Нормативные ссылки

В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.1.005-88^* Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях

СНиП 2.08.02-89^* Общественные здания и сооружения

СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование

СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений

НПБ 105-2003 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности

3 Термины и определения

В настоящих рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 добавочные теплопотери: Надбавки в виде процентов к основным теплопотерям через вертикальные наружные ограждения.

3.2 комфортность тепловой обстановки: Тепловые условия в помещении, при которых человек не испытывает чувства перегрева или переохлаждения.

Примечание - Комфортность тепловой обстановки достигается определенным уровнем и соотношением лучистой, конвективной и за счет испарения влаги теплоотдачи организмом человека.

3.3 комфортные параметры микроклимата: Комплекс численных значений температуры воздуха, радиационной температуры, подвижности и влажности воздуха, обеспечивающих комфортность тепловой обстановки в помещении.

3.4 конвективная теплоотдача организма человека: Тепловой поток, передаваемый поверхностью организма человека воздуху помещения за счет естественной конвекции.

3.5 конвективная теплоотдача панели: Теплоотдача теплоотдающей поверхности в воздух помещения за счет естественной конвекции.

3.7 лучистая теплоотдача организма человека: Тепловой поток, передаваемый поверхностью организма человека в сторону окружающих поверхностей в помещении.

3.8 лучистая теплоотдача панели: Теплоотдача теплоотдающей поверхности в сторону помещения за счет излучения.

3.10 основные теплопотери: Потери теплоты через наружные ограждения за счет разности внутренней и наружной температуры.

3.11 подвижность воздуха: Средняя или локальная скорость движения воздуха в пределах обслуживаемой зоны помещения, измеренная или принятая по нормам.

3.12 потолочная подвесная излучающая панель: Отопительный прибор, устройство для передачи теплоты в помещение от циркулирующего теплоносителя.

Примечание - Панель имеет теплоотдающую поверхность, обращенную в сторону пола, жестко прикреплена к потолочной конструкции.

 

 

3.16 система панельно-лучистого отопления: Система отопления с отопительными приборами в виде панелей.

3.17 средняя температура поверхности панели: Осредненная по площади теплоотдающей поверхности панели температура, определяющая суммарную теплоотдачу панели.

3.18 средняя температура теплоносителя: Среднеарифметическая температура воды на входе и выходе из панели.

3.19 суммарная теплоотдача панели: Отдача теплоты теплоотдающей поверхности.

3.20 температура воздуха в помещении: Средняя или локальная температура воздуха в пределах обслуживаемой зоны помещения, измеренная или принятая по нормам.

3.21 температура горячей воды: Температура теплоносителя на входе в панель.

3.22 температура обратной воды: Температура теплоносителя на выходе из панели.

3.23 тепловая нагрузка на систему отопления: Сумма теплопотерь помещения, равная требуемой тепловой мощности системы отопления.

3.24 теплозащита одежды: Показатель, численно оцениваемый величиной сопротивления теплопередаче, которая в зарубежных нормах исчисляется с помощью единицы clo (1 clo = 0,155 м²·С/Вт).

3.25 теплоноситель: Вода, проводящая теплоту к панелям и циркулирующая в системе отопления.

3.26 теплоотдача панели в стандартных условиях: Измеренная величина теплоотдачи той или иной панели при определенных условиях, определяемых, например, по [1].

3.27 теплоотдающая поверхность панели: Нагреваемая теплоносителем поверхность панели, обращенная в сторону пола помещения.

3.28 теплопотери от инфильтрации: Потери теплоты на нагревание наружного воздуха, фильтрующегося в помещение через притворы окон.

3.29 шаровой термометр: Тонкостенная полая сфера, моделирующая комплексное влияние температуры воздуха, радиационной температуры и подвижности воздуха в помещении.

4 Технические особенности систем отопления с панелями

4.1 Панели существенную часть теплоты передают в помещение посредством излучения; остальная часть передается за счет конвекции.

Основным теплоносителем в системе является вода, которая передает теплоту поверхности панели. Теплоотдающая поверхность, в свою очередь, передает теплоту помещению, обогревая его.

4.2 Преимущество системы заключается в непосредственной передаче теплоты поверхностям в помещении (в том числе поверхности организма человека) без нагрева воздуха помещения. Тепловые условия помещения определяются теплообменом организма человека с окружающими поверхностями. В помещении с холодными стенами и полом лучистая теплоотдача организма человека очень высока, и результирующая температура помещения ощущается как слишком низкая. Избыточная величина теплоотдачи может быть компенсирована за счет повышения температуры воздуха или внутренних поверхностей помещения. При отоплении с помощью панелей обогрев помещения осуществляют за счет повышения температуры внутренних поверхностей.

4.3 Более высокая степень комфортности тепловой обстановки в помещении достигается за счет следующих мероприятий:

- повышения уровня радиационной температуры помещения. Это позволяет понизить температуру воздуха и, следовательно, улучшить конвективную теплоотдачу организмом человека, что при повышенной теплозащите одежды (в холодное время года) воспринимается человеком комфортно;

- равномерного распределения температуры воздуха по высоте помещения (рисунок 1) и отсутствия перегрева верхней зоны и недогрева нижней зоны помещения, что наблюдается при отоплении с помощью нагрева воздуха помещения (рисунок 2).

Рисунок 1 - Вертикальный профиль температуры в помещении, отапливаемом панелями

(à - температура на высоте 1 м от пола помещения, измеренная шаровым термометром)

Рисунок 2 - Вертикальный профиль температуры в помещении, отапливаемом воздушной системой

(à - температура на высоте 1 м от пола, измеренная шаровым термометром)

5 Конструкция панелей

5.1 Устройство отдельного модуля панели

5.1.1 Панель состоит из профилированной стальной теплоотдающей поверхности, к которой посредством точечной сварки или запрессовки, гарантирующих максимальную теплопередачу, присоединены трубы из стали. Зиговка теплоотдающей поверхности в точности повторяет форму труб, проводящих теплоноситель.

5.1.2 Коллекторы выполнены из трубы квадратного или круглого сечения. Их оснащают необходимыми для подключения патрубками и заглушками.

5.1.3 Профилирование теплоотдающей поверхности служит для увеличения жесткости панели, что позволяет располагать оси подвеса панели (стационарные или подвижные) на расстоянии до 3000 мм друг от друга без уменьшения стабильности положения панели.

5.1.4 Верхняя отбортовка теплоотдающей поверхности также увеличивает статическую жесткость панели. Кроме этого, она служит для закрепления теплоизоляции. Теплоизоляция позволяет направить вниз весь поток излучения и способствует поглощению шума. Наиболее эффективны с точки зрения защиты от шума панели с перфорированной теплоотдающей поверхностью.

5.2 Габариты и монтажные размеры панели

5.2.1 Панели имеют ряд стандартной монтажной ширины.

5.2.2 Панели составляют из отдельных модулей длиной от 2000 до 7500 мм, расположенных друг за другом. Отдельные модули соединяют посредством сварки, резьбовых или пресс-фитингов. Места соединения закрывают декоративными крышками. Общая длина одной панели составляет не более 120000 мм.

5.2.3 Максимальное расстояние между осями подвеса - 3000 мм. Максимальное расстояние между коллектором и первой осью подвеса - 500 мм. Максимальное расстояние между соединением модулей и осью подвеса - 1500 мм.

5.2.4 Панели длиной до 25000 мм с максимальной рабочей температурой 95°С и максимальной разностью температуры 20°С могут быть подключены параллельно (с одного конца). При этом расстояние до перекрытия должно обеспечивать тепловое расширение панели.

Габаритные и монтажные размеры, а также технические характеристики панелей Zehnder приведены соответственно в приложениях А, Б, В.

5.3 Поверхность панели

Поверхность панели может быть гладкой или перфорированной. В обоих случаях теплоотдающую поверхность окрашивают порошковой эмалью с последующей полимеризацией при высокой температуре. Обработку поверхности производят из расчета на работу при температуре 95°С.

5.4 Специальное исполнение панелей

5.4.1 Панели могут быть выполнены с прерывистой теплоотдающей поверхностью для беспрепятственного проникновения дневного света через фонари верхнего света.

5.4.2 Коллекторы панелей могут быть закрыты декоративной крышкой, если важна эстетика помещения.

5.4.3 В панелях предусмотрены отверстия под встраиваемое оборудование: светильники различной формы, пожарные датчики, динамики и т.п.

5.4.4 Существуют панели со срезанной под углом теплоотдающей поверхностью. Их используют для максимального соответствия архитектонике помещения.

5.4.5 В некоторых случаях из гигиенических соображений целесообразно использовать дополнительную пластину, защищающую верхнюю поверхность панели от пыли.

5.4.6 Панели, используемые в спортивных залах, могут быть оснащены с верхней стороны решеткой, которая защищает их от застревания мяча.

5.5 Теплоизоляция верхней части панелей

5.5.1 В качестве теплоизоляции используют слой теплоизоляционного материала, как правило, толщиной 40 мм, с удельной теплопроводностью приблизительно 0,04 Вт/(м·°С) и плотностью около 25 кг/м³, покрытый с верхней стороны алюминиевой фольгой.

5.5.2 Ширина теплоизоляции должна соответствовать ширине панели.

5.5.3 Все швы и соединения следует прокладывать алюминиевой фольгой.

6 Расположение панелей

6.1 При использовании панелей тепловое излучение направляется в помещение сверху вниз. Равномерность распределения теплоты в помещении зависит от размеров помещения, температуры поверхности, площади теплоотдающей поверхности и расположения панелей.

Особенности расположения панелей:

- несколько рядов панелей располагают параллельно длинным наружным стенам, по одному ряду панелей - у остальных наружных стен;

- расстояние от наружной стены до ближайшей к ней панели должно составлять менее 0,25 высоты от пола до панели;

- расстояние между центральными осями панелей должно составлять или быть менее расстояния от пола до панели;

- панели большей ширины следует располагать вдоль наружных стен, в центре помещения - панели меньшей ширины (компенсация по наружным ограждениям);

- для уменьшения инвестиционных затрат рекомендуется использовать панели большей длины.

6.2 Если в помещении имеется другой вид отопления, то с помощью панелей можно при необходимости повысить температуру в отдельной части помещения. Обогрев отдельной части помещения с соблюдением условий комфортности тепловой обстановки при отсутствии основного отопления невозможен.

7 Подключение панелей

7.1 При свободном расположении панелей рекомендуют асимметричное подключение (рисунки 3а, 4).

7.2 При установке панелей в подвесном потолке рекомендуют симметричное подключение с целью обеспечения равномерного теплового расширения панелей (рисунки 3б, 4).

7.3 Одностороннее и разностороннее подключение обычно определяют исходя из конструктивных условий и расположения подвода теплоносителя.

7.4 Число труб определяют в соответствии с необходимым для данной панели расходом теплоносителя.

8 Гидравлическая балансировка панелей

8.1 В любой разветвленной системе отопления для эффективной работы необходимо правильное распределение потока теплоносителя. Кроме того, необходимо наличие возможности раздельного заполнения, опорожнения и отключения любой панели от системы.

8.2 Для систем с использованием однотипных панелей и, соответственно, с одинаковым расходом теплоносителя на панель целесообразно применение системы с попутным движением теплоносителя (рисунок 5). При этом необходим дополнительный трубопровод.

Систему с попутным движением теплоносителя не следует применять в случае использования панелей различных типов и длин.

Рисунок 4 - Схемы соединения и подключения сблокированных панелей к теплоносителю

Рисунок 5 - Прокладка трубопровода с попутным движением теплоносителя

8.3 При расчете систем, в которых применяются панели различных типов и, следовательно, мощности, необходима гидравлическая балансировка за счет расчета трубопровода и регулировки системы. Использование регуляторов расхода (рисунок 6) для гидравлической балансировки значительно упрощает весь процесс.

Комплект для регулирования расхода состоит из регулятора потока, шаровых кранов и кранов для заполнения/опорожнения панели. Коллектор панели изготавливают с патрубками необходимого диаметра для подключения при монтаже комплекта.

Рисунок 6 - Вариант прокладки трубопровода с подключением регуляторов расхода

8.4 Регулятор настраивают на заводе на определенный расход, заданный для каждой панели. При достаточно высоких потерях давления и постоянном расходе теплоносителя регулятор позволяет выполнить гидравлическую балансировку панелей различных типов и длин.

9 Регулирование теплоотдачи панелей

9.1 Использование системы панелей возможно в помещениях с существенно изменяющейся тепловой нагрузкой. Схемы и состав регуляторов теплоотдачи панелей приведены на рисунке 7.

9.2 Результирующую температуру помещения следует измерять шаровым термометром. В качестве датчиков тепловых условий в помещении при отоплении панелями обычно используют серийные полусферические настенные датчики, измеряющие результирующую температуру помещения в зоне установки.

10 Монтаж панелей

10.1 Способы монтажа панелей

Возможные способы монтажа панелей представлены на рисунке 8.

Подвеску панелей осуществляют двумя способами: с подвижной и стационарной осями подвеса. Использование подвижных осей подвеса позволяет передвигать ось подвеса на некоторое расстояние вправо или влево по длине панели в соответствии с конструктивными особенностями помещения.

В случае использования стационарных осей подвеса точки подвеса расположены в определенных местах на панели и не могут передвигаться.

10.2 Соединение отдельных модулей

Соединение посредством сварки применяется при любой температуре теплоносителя, размерах панелей и видах подключения. Трубы панелей стыкуются точно друг напротив друга и свариваются попеременно с двух сторон в направлении от крайних труб к центральным.

Применение резьбовых и пресс-фитингов для соединения панелей имеет ряд ограничений, связанных с действием сил, возникающих при тепловом расширении панели и приводящих при длительном использовании к неплотности соединения.

11 Общие требования к проектированию систем панельно-лучистого отопления

11.1 Системы отопления должны быть рассчитаны на обеспечение в отапливаемых помещениях при расчетных параметрах наружного воздуха для соответствующих районов строительства и в течение отопительного периода температуры внутреннего воздуха в допустимых пределах, установленных в ГОСТ 30494-96 для жилых и общественных зданий и в ГОСТ 12.1.005-88^* для административно-бытовых и производственных зданий, а также с учетом требований СНиП 41-01-2003.

11.2 Температуру теплоносителя следует принимать не менее чем на 20 % ниже температуры самовоспламенения веществ, находящихся в помещении. Горячие поверхности отопительного и вентиляционного оборудования, трубопроводов и воздуховодов, размещаемых в помещениях, в которых они создают опасность воспламенения газов, паров, аэрозолей или пыли, следует изолировать, предусматривая температуру на поверхности теплоизоляционной конструкции не менее чем на 20 % ниже температуры их самовоспламенения.

Отопительное и вентиляционное оборудование, трубопроводы и воздуховоды не следует размещать в указанных помещениях, если отсутствует техническая возможность снижения температуры на поверхности изоляции до указанного уровня.

11.3 Температуру поверхности панелей для обогрева отдельных рабочих мест не следует принимать выше 60°С.

11.4 Система отопления должна быть рассчитана на постоянное рабочее давление теплоносителя, но не менее 0,4 МПа при расчетной температуре теплоносителя. Пробное давление воды превышает рабочее давление в системе отопления в 1,5 раза, но не менее 0,6 МПа при постоянной температуре воды 95°С.

Система считается выдержавшей испытание, если в течение 5 мин, когда она находится под пробным давлением, потери давления не превысят 0,02 МПа и будет отсутствовать тяга в сварных швах, трубах, резьбовых соединениях, арматуре, отопительных приборах и оборудовании.

11.5 Комфортные параметры микроклимата при использовании систем панельно-лучистого отопления следует принимать по ГОСТ 30494-96 и СНиП 41-01-2003. Результирующую температуру помещения при использовании систем панельно-лучистого отопления на постоянных рабочих местах принимают равной нормируемой температуре воздуха в обслуживаемой зоне помещения. При этом температура воздуха в обслуживаемой зоне помещения не должна быть более чем на 3°С ниже результирующей температуры помещения, а поверхностная плотность лучистого теплового потока на рабочем месте не должна превышать 35 Вт/м².

12 Требования к комфортности тепловой обстановки в помещении при отоплении панелями

12.1 Комфортность тепловой обстановки в помещении при отоплении панелями оценивают по следующим факторам:

- комфортное сочетание температуры воздуха и радиационной температуры помещения;

- максимально допустимая температура поверхности панели;

- локальная асимметрия результирующей температуры нагретых и охлажденных поверхностей помещения, окружающих человека.

12.2 Комфортное сочетание температуры воздуха t_в, °С, и радиационной температуры помещения t_R, °С, для отопления помещения панелями определяют зависимостью

где

с и d - расчетные коэффициенты; их значения приведены в таблице 1.

Температуру воздуха t_в, °С, принимают на 1-2°С ниже расчетной результирующей температуры помещения t_п, °С, которую определяют по формуле

где

t_R - то же, что в формуле (1).

Расчетная результирующая температура помещения не должна выходить за допустимый диапазон относительно расчетного значения, принимаемого по 11.5.

12.3 Максимальное и минимальное допустимые значения результирующей температуры помещения определяют по допустимому отклонению исходя из данных, представленных на рисунке 9 [2]. Эти данные можно также использовать в качестве рекомендаций по выбору комфортной результирующей температуры помещения для различной категории тяжести работы и уровней теплозащиты одежды.

Рисунок 9 - Соответствие допустимого диапазона температуры помещения оптимальным значениям температуры в нем:

PPD - ожидаемая вероятность неприятного теплоощущения, %;

met - условная единица, характеризующая теплопродукцию организма человека в зависимости от степени тяжести выполняемой им работы;

clo - показатель, характеризующий теплоизоляционные качества различных видов одежды.

Примечание - Градация теплозащиты одежды: легкая одежда - 0,5 clo; нормальная одежда - 1 clo; теплая одежда - 1,5 clo; высокая степень тяжести выполняемой работы - 175 Вт/м²; средняя степень тяжести выполняемой работы - 115 Вт/м²; состояние покоя - 60 Вт/м². 1 clo эквивалентен 0,155 м²·°С/Вт.

Подробную информацию об этом показателе см. в [3]

12.4 Максимально допустимую температуру поверхности панели определяют исходя из положения о допустимом (положительном) балансе лучистой теплоты на поверхности головы человека, который не должен превышать 12 Вт/м².

Таблица 1

Максимально допустимую температуру поверхности панели t_п.доп, °С, определяют по формуле

где

t_гч - температура поверхности головы человека, °С; t_гч = 30°С;

Ф_гп - приведенный коэффициент облученности головы человека нагретой поверхностью, учитывающий дискретное расположение панелей; определяют по формуле

где

φ_гп - коэффициент облученности головы человека нагретой поверхностью в случае расположения человека под центром поверхности, определяемый по таблице 2 в зависимости от геометрических параметров X и Y:

где

b и а - размеры помещения в плане, м;

h - высота помещения за вычетом высоты человека, м; определяют по формуле

где

Н - высота помещения, м;

F_п - площадь теплоотдающей поверхности панелей (при их дискретном расположении), м².

12.5 Проверку максимально допустимой температуры поверхности панели можно провести в упрощенном виде, пользуясь таблицей 3 (применительно к панелям фирмы Zehnder). Расчетная температура поверхности панелей не должна превышать указанные в таблице 3 максимально допустимые значения температуры для помещений различной высоты и доли покрытия потолка панелями. В помещениях, где предполагается кратковременное пребывание людей, можно ориентироваться на более высокие значения максимально допустимой температуры.

12.6 Локальная асимметрия результирующей температуры должна быть не более 2,5°С для оптимальных и не более 3,5°С для допустимых показателей.

Приведенная норма ГОСТ 30494-96 для жилых и общественных зданий относится к приборной оценке комфортности тепловой обстановки в фактических условиях помещения, не поддается расчету и не является обязательной.

Таблица 2

Таблица 3

Температура в °С

13 Теплоотдача панелей

13.1 Теплоотдачу панелей европейских производителей в стандартных условиях определяют в соответствии с нормами [1] опытным путем в специальной климатической камере. По данным испытаний, удельную (на 1 пог. м длины) суммарную теплоотдачу панели в стандартных условиях Q_н, Вт/м, определяют по формуле

где

А - константа;

∆t - разность температуры, °С; определяют по формуле

где

t_гв.ср - средняя температура теплоносителя, °С;

t_ш - температура внутри испытательного стенда, измеренная шаровым термометром, °С;

m - показатель; для панелей фирмы Zehnder приведен в приложениях Б и В.

13.2 Величина суммарной теплоотдачи панели в помещении складывается из лучистой составляющей, зависящей от температуры поверхностей ограждений в помещении, которые, в свою очередь, зависят и от лучистого потока теплоты от панели, и конвективной составляющей, определяемой температурой воздуха помещения.

Суммарную теплоотдачу панели Q_п, Вт, в помещении определяют по формуле

где

F_п - то же, что в формуле (4);

q_п - удельная суммарная теплоотдача панели, Вт/м².

Уточненный метод расчета теплоотдачи панели и тепловых условий в помещении приведен в приложении Ж. Приближенно удельную суммарную теплоотдачу панели q_п, Вт/м², определяют по формуле

где

t_п - температура поверхности панели, °С; принимают равной средней температуре теплоносителя;

t_в - то же, что в формуле (1);

k₁ - коэффициент, учитывающий ширину панели d_п, м; определяют по формуле

k₂ - коэффициент, учитывающий увеличение теплоотдачи панели при отсутствии теплоизоляции; k₂ = 1,2.

В интервале разности температуры (t_п - t_в) от 20°С до 100°С формулу (10) можно заменить приближенной упрощенной формулой с погрешностью не более 3 %:

где

t_п, k₁, k₂ - то же, что в формуле (10);

t_в - то же, что в формуле (1).

13.3 Величины суммарной теплоотдачи панели в помещении Q_п, Вт/м, для панелей фирмы Zehnder приведены в приложениях В и Г в зависимости от разности температуры ∆t, °C:

где

t_гв - температура горячей воды, °С;

t_o - температура обратной воды, °С;

t_в, t_R - то же, что в формуле (1).

13.4 Площадь теплоотдающей поверхности и среднюю температуру поверхности панели определяют исходя из равенства теплоотдачи панели Q_п требуемой тепловой нагрузки на помещение Q_пом:

Величину тепловой нагрузки на помещение Q_пом, Вт, определяют как сумму тепловых потерь через наружные ограждения:

где

k_но - коэффициенты теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м²·°С);

F_но - площади поверхности наружных ограждений, м²;

t_п - то же, что в формуле (2);

t_н - температура наружного воздуха, °С;

η - коэффициент добавочных теплопотерь;

Q_инф - расход теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха, Вт; определяют по формуле

где

G_инф - расход инфильтрационного воздуха, кг/(ч·м²);

F_ок - площадь поверхности окон, м²;

t_в - то же, что в формуле (1);

t_н - то же, что в формуле (15);

f - коэффициент рекуперации; учитывает подогрев наружного воздуха при фильтрации его через конструкцию окна.

13.5 Требуемую площадь теплоотдающей поверхности панели F_п, м², определяют по формуле

где

Q_пом - то же, что в формуле (15);

q_п - то же, что в формуле (12).

13.6 Требуемую температуру поверхности панели (среднюю температуру теплоносителя t_гв.ср, °С) t_п, °C, определяют при известной площади теплоотдающей поверхности панели F_п, м², и величине тепловой нагрузки на помещение Q_пом, Вт, по формуле

где

t_в - то же, что в формуле (1);

q_п.тр - требуемая удельная теплоотдача панели, Вт/м²;

k₁, k₂ - то же, что в формуле (10).

14 Рекомендации по гидравлическому расчету панелей

14.1 Для достижения номинального значения мощности необходимо обеспечение в трубах панелей минимального массового расхода теплоносителя, который зависит от температуры обратной воды. Если необходимое минимальное значение расхода теплоносителя в трубах не достигается, возможно снижение мощности на 15 % от номинального значения. Величину необходимого минимального расхода теплоносителя в трубах можно определить по рисункам 10 и 11.

Рисунок 10 - Минимальный расход теплоносителя для панелей с трубой диаметром 25 мм

Рисунок 11 - Минимальный расход теплоносителя для панелей с трубой диаметром 15 мм

Расход теплоносителя в системе G, кг/ч, определяют по формуле

где

Q - суммарная тепловая мощность системы отопления, Вт;

t_гв, t_о - то же, что в формуле (13).

Расход теплоносителя в одной трубе панели g, кг/ч, определяют по формуле

где

G - то же, что в формуле (19);

n - число труб в панели;

N - число включенных параллельно по теплоносителю рядов панелей.

14.2 Общие потери давления в панели складываются из потерь давления в трубах и потерь давления в коллекторных парах. Величины гидравлических потерь приведены в приложении Д.

Удельные потери давления R, Па/м, в одной трубе панели (диаметром 25 мм) допустимо определять по формуле

где

g - то же, что в формуле (20).

15 Оценка тепловых условий в помещении с панелями

15.1 Эффективность системы панельно-лучистого отопления оценивают величиной баланса лучистой теплоты в помещении. Чем больше оказывается положительный баланс, тем в большей степени радиационная температура превышает температуру воздуха в помещении.

15.2 Радиационную температуру помещения t_R, °C, определяют по формуле

где

t_но - средняя температура наружных ограждений, °С;

∆t - температурная надбавка, определяемая балансом лучистой теплоты в помещении, °С;

F_но - то же, что в формуле (15);

t_во - средняя температура внутренних ограждений, °С;

F_во - площадь поверхности внутренних ограждений, м²;

t_п - то же, что в формуле (10);

F_п - то же, что в формуле (4).

15.3 Величину баланса лучистой теплоты ∆Q, Вт, определяют по формуле

где

Q_п - то же, что в формуле (9);

Q_пом, Q_инф - то же, что в формуле (15);

η₁, η₂ - коэффициенты, показывающие долю лучистой части суммарной теплоотдачи панели Q_п, Вт, и тепловой нагрузки на помещение Q_пом, Вт; определяют по формулам

Коэффициенты β₁ и β₂ определяют по формулам

где

t_п - то же, что в формуле (10);

t_в - то же, что в формуле (1);

t₁, t₂ - осредненные значения температуры поверхности ограждений, °С; определяют по формулам

где

t_во, t_но, F_во - то же, что в формуле (22);

F_нo - то же, что в формуле (15);

t_п - то же, что в формуле (10);

F_п - то же, что в формуле (4).

15.4 Среднюю температуру наружных ограждений t_но, °C, в формулах (22), (27) и (28) определяют как средневзвешенную по площади соответствующих наружных ограждений, например наружных стен и окон, по формуле

где

t_нc, t_oк - температура соответственно наружных стен и окон, °С;

F_нс - площадь поверхности наружных стен, м²;

F_ок - то же, что в формуле (16).

15.5 Температуру наружного ограждения t, °С, определяют по формуле

где

t_п - то же, что в формуле (2);

k, t_н - то же, что в формуле (15).

15.6 Температуру внутренних ограждений t_вo, °C, в формулах (22), (28) и (29) допустимо принимать равной температуре воздуха в помещении t_в, °C.

15.7 Положительный (отрицательный) баланс лучистой теплоты определяет повышение (понижение) температуры наружных и внутренних ограждений в помещении на величину ∆t, °C, равную

где

∆Q - то же, что в формуле (23);

F_нo - то же, что в формуле (15);

F_во - то же, что в формуле (22);

t₁ - то же, что в формуле (26);

t - тоже, что в формуле (31); t = t_п, если ∆Q > 0 и t = t₂ при ∆Q < 0.

Полученные с учетом баланса лучистой теплоты значения радиационной температуры t_R, °C, по формуле (22) и соответствующей результирующей температуры помещения t_п, °C, должны удовлетворять требованиям раздела 12.

Приложение А
(справочное)

Габариты и монтажные размеры панелей Zehnder, модель ZBN

Рисунок А.1 - Габариты отдельного модуля Zehnder, модель ZBN

Таблица А.1 - Габариты

В миллиметрах

Рисунок А.2 - Монтажные размеры отдельного модуля Zehnder, модель ZBN

Таблица А.2 - Монтажные размеры

В миллиметрах

Приложение Б
(справочное)

Технические данные панелей Zehnder, модель ZBN

Таблица Б.1

Приложение В
(справочное)

Технические данные и теплоотдача панелей Zehnder, модель ZIP

Таблица В.1 - Технические данные панелей Zehnder, модель ZIP 1

Таблица В.2 - Тепловая мощность панелей Zehnder, модель ZIP (в соответствии с [1])

Приложение Г
(справочное)

Теплоотдача панелей Zehnder, модель ZBN

Таблица Г.1

Приложение Д
(справочное)

Данные по гидравлическим потерям панелей и подводящих трубопроводов панелей Zehnder

Рисунок Д.1 - Потери давления в трубах панелей Zehnder, модель ZBN

Рисунок Д.2 - Потери давления в коллекторной паре Zehnder, модель ZBN

Приложение Е
(справочное)

Пример подбора и расчета панелей

Е.1 Постановка задачи

Подобрать и рассчитать систему отопления с панелями в помещении на среднем этаже с наружными ограждениями с двух сторон. Длина каждого наружного ограждения (наружная стена и ленточное остекление) а = 36 м; ширина помещения b = 24 м; высота помещения h = 8 м.

Стены, пол и потолок помещения граничат с аналогичными соседними помещениями. Наружные стены и окна занимают половину площади поверхности наружных ограждений: F_нс = F_ок = 288 м². Коэффициенты теплопередачи наружной стены k = 0,55 Вт/(м²·°С), окна k = 2,1 Вт/(м²·°С). Средний расход инфильтрационного воздуха G_инф = 3 кг/(ч·м²). Расчетная температура наружного воздуха t_н = -28°С.

Степень тяжести выполняемой работы в помещении близка к средней (выделение явной теплоты составляет 75 Вт/м²), одежда нормальная (1 clo).

Панели фирмы Zehnder располагаются под потолком и имеют теплоизоляцию с тыльной стороны.

Е.2 Выбор тепловых условий в помещении

Для расчетных условий одежды (1 clo) и степени тяжести выполняемой работы (75 Вт/м²) по рисунку 9 определяют комфортную результирующую температуру помещения t_п, равную 20°С с допустимым отклонением 3°С. Комфортную температуру воздуха принимают равной 19°С. Комфортную радиационную температуру t_R рассчитывают по формуле (1):

t_R = 43 - 1,1·19 = 22,1°С.

Тогда результирующая температура t_п по формуле (2) составляет

t_п = 0,5·(19 + 22,1 ) = 20,55°С.

Найденная величина соответствует величине комфортной результирующей температуры (см. рисунок 9).

Е.3 Определение тепловой нагрузки на систему отопления

Расход теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха Q_инф определяют по формуле (16):

Суммарную тепловую нагрузку на помещение (систему отопления) Q_пом находят по формуле (15):

Q_пом = 288·(0,55 + 2,1)·(20,55 + 28)·1,1 + 11280 = 52000 Вт.

Е.4 Выбор расположения панелей

В соответствии с 6.2 следует принять три ряда панелей: по одному вдоль наружных стен на расстоянии 2 м от них и один в центре помещения во всю его длину.

Удельную суммарную теплоотдачу панелей q_п определяют по формуле (12):

Для панелей Zehnder, модель ZBN шириной 900, 1050 и 1200 мм суммарная площадь теплоотдающей поверхности панели F_п составляет соответственно 97,2 м²; 113,4 м² и 129,6 м²(см. приложение Б), доля площади потолка помещения, занятая панелями, будет соответственно 11,3 %; 13,1 % и 15 %.

Е.5 Определение максимально допустимой температуры поверхности панелей

Е.5.1 Для определения максимально допустимой температуры поверхности панелей t_п.доп предварительно принимают:

- параметры Х и Y по формуле (5):

- коэффициент облученности φ_гп по табл. 2: φ_гп = 0,94;

- приведенный коэффициент облученности Ф_гп для рассматриваемых панелей по формуле (4):

Таким образом, по формуле (3)

Е.5.2 Величина максимально допустимой температуры поверхности рассматриваемых панелей составляет более 141°С (см. таблицу 3).

Е.6 Определение температуры поверхности панелей

Е.6.1 Разность температуры ∆t, соответствующую определенной требуемой удельной суммарной теплоотдаче, определяют по таблице В.1 (приложение В). Для рассматриваемых панелей разность температуры при q_п.тр = 481,5 Вт/м составляет ∆t = 53°С (при 900 мм); 46°С (при 1050 мм); 42°С (1200 мм). Требуемая температура поверхности рассматриваемых панелей составляет при t_п = 20°С соответственно t_п = 73°С; 66°С и 62°С.

Требуемая удельная теплоотдача q_п.тр трех панелей Zehnder, модель ZBN шириной 900 мм панелей при t_п = 75°C и ∆t = 55°С составляет 507 Вт/м (см. таблицу Г.1, приложение Г), а суммарная теплоотдача панелей Q_п по формуле (9):

Q =3·36·507 = 54756 Вт.

Полученное значение на 5 % превышает требуемую тепловую нагрузку на помещение Q_пом, равную 52000 Вт.

Е.6.2 Требуемая температура поверхности панелей t_п шириной 900 при q_п.тр = 481,5 Вт/м (q_п.тр = 535 Вт/м²) по формуле (18) составляет 73,4°С.

Удельная суммарная теплоотдача панели q_п для панели шириной 900 мм с t_п = 75°С по формуле (10) составляет 557 Вт/м², соответственно, суммарная тепловая мощность системы отопления из трех рядов панелей длиной 36 м - Q = 54108 Вт, что на 5 % выше требуемой отопительной нагрузки помещения. Для панелей шириной 1050 и 1200 мм величина теплоотдачи намного превышает требуемую. Таким образом, необходимо принять три ряда панелей длиной 36 м и шириной 900 мм каждая.

Е.7 Определение гидравлических потерь панелей

Е.7.1 Принимают следующие параметры теплоносителя: температура горячей воды t_г = 80°С; температура обратной воды t_o = 70°С; средняя температура составляет

0,5·(80 + 70) = 75°С.

Общий расход теплоносителя в системе определяют по формуле (19):

Расход теплоносителя в одной трубе g при двухстороннем присоединении панелей с параллельным движением теплоносителя по всем трубам в панелях и в рядах панелей; ширине панели 900 мм; шести трубах в панели и трех рядах панелей составляет по формуле (20)

Полученное значение существенно больше минимально допустимой величины 85 кг/ч, полученной по рисунку 10 при t_o = 70°С.

Е.7.2 Для определения потерь давления в панелях находят потери давления в трубах и потери давления в коллекторных парах.

Потери давления в коллекторной паре при подводящем трубопроводе панелей Zehnder, модель ZBN с d = 25 мм, g = 4 472/3 = 1491 кг/ч по рисунку Д.2 (приложение Д) определяют равными 1300 Па.

Удельные потери давления R в одной трубе при g = 248 кг/ч по формуле (21) составляют

Для всего ряда труб длиной 36 м потери давления составляют 12,3·36 = 443 Па.

Таким образом, общие потери давления панелей Zehnder, модель ZBN составляют

1300 + 443 = 1743 Па.

Е.8 Оценка тепловых условий в помещении

Суммарная площадь поверхностей всех ограждений помещения составляет

F = 36·24·2 + (36 + 24)·2·8 = 2688 м²,

в том числе:

- наружных ограждений:

F_но = 36·8·2 = 576 м²;

- теплоотдающих панелей:

F_п = 36·3·0,9 = 97,2 м²;

- внутренних ограждений:

F_во = 2688 - 576 - 97,2 = 2014,8 м².

Температуру соответственно наружной стены t_нс и окна t_ок определяют по формуле (31):

t_нс =20,55 - 0,115·0,55·(20,55 + 28)=17,5°С;

t_ок = 20,55 - 0,115·2,1·(20,55 + 28) = 8,8°С.

Среднюю температуру наружных ограждений t_но находят по формуле (30):

Осредненные значения температуры поверхностей ограждений t₁ и t₂ определяют соответственно по формулам (28) и (29):

Коэффициенты β₁ и β₂ определяют соответственно по формулам (26) и (27):

Коэффициенты η₁ и η₂ определяют соответственно по формулам (24) и (25):

Величина баланса лучистой теплоты находят по формуле (23):

∆Q = 54108·0,59 - (52000 - 11280)·0,87 = -3502 Вт.

Величину ∆t при отрицательном балансе лучистой теплоты определяют по формуле (32):

Радиационную температуру помещения t_R определяют по формуле (22):

Полученное значение ниже определенного в Е.2 значения комфортной радиационной температуры помещения t_R = 22,1°С. Несмотря на то что радиационная температура выше расчетной температуры воздуха, а результирующая температура находится в допустимом диапазоне, условие комфортности в помещении выполняется неполностью. Для улучшения комфортности тепловой обстановки следует увеличить радиационную температуру за счет увеличения площади панелей и уменьшения температуры их поверхности.

Приложение Ж
(обязательное)

Уточненный метод расчета теплоотдачи панели и тепловых условий в помещении

Суммарная теплоотдача панели в помещении складывается из конвективной и лучистой составляющих.

Конвективную теплоотдачу панели Q_пк, Вт, определяют по формуле

где

F_п - то же, что в формуле (4);

 - коэффициент конвективной теплоотдачи поверхности панели, Вт/(м²·°С);

t_п - то же, что в формуле (10);

t_в - то же, что в формуле (1).

Лучистую теплоотдачу панели Q_пл, Вт, определяют по формуле

где

Q_пл.но - лучистая теплоотдача в сторону поверхности наружных ограждений, Вт; определяют по формуле

где

t_п - то же, что в формуле (10);

t_но - то же, что в формуле (22);

φ - коэффициент облученности поверхности наружных ограждений поверхностью панели;

F_п - то же, что в формуле (4);

Q_пл.во - лучистая теплоотдача в сторону поверхности внутренних (остальных) ограждений, Вт; определяют по формуле

где

t_п - то же, что в формуле (10);

t_во - то же, что в формуле (22);

φ - то же, что в формуле (Ж.3);

F_п - то же, что в формуле (4).

При расположении модулей панелей перпендикулярно наружному ограждению увеличение числа модулей принимают симметрично от оси наружного ограждения в обе стороны. При расположении модулей панелей параллельно наружному ограждению увеличение числа модулей принимают от наружного ограждения в сторону противолежащего ограждения.

Значения суммарных коэффициентов облученности φ в зависимости от числа модулей панелей и геометрии помещения приведены на рисунке Ж.1.

При расчете лучистой теплоотдачи панели рассматривается случай дискретного расположения панели П, которая имеет модельный размер по ширине и размер на глубину, совпадающий с глубиной помещения (рисунок Ж.2). При этом число модулей панелей по ширине может быть произвольным при условии соответствия требуемой суммарной поверхности нагрева.

Температуру поверхности наружных ограждений t_но, °С, определяют как среднюю по площади двух частей (F_нo.1, F_но.2), например наружной стены (t_но.1) и окна (t_но.2), по формуле

Температуру первой и второй частей ограждения (соответственно t_но.1 и t_но.2, °C) определяют по формулам

Температуру поверхности внутренних ограждений t_во, °С, определяют по формуле

Рисунок Ж.1 - Суммарные коэффициенты облученности с панели на наружное ограждение:

а - при расположении модулей панелей перпендикулярно наружному ограждению;

б - при расположении модулей панелей параллельно наружному ограждению;

число модулей панелей n_м = 1, 2, 3 и более; размеры помещения а, b, h см. на рисунке Ж.2

В приведенных формулах индекс «но.1» означает принадлежность величины к первой части наружного ограждения, индекс «но.2» означает принадлежность величины ко второй части наружного ограждения, индекс «но» означает принадлежность величины к сумме первой и второй частей наружного ограждения. Так, величина Q_пл.но.1, показывает долю лучистой теплоотдачи панели в сторону первой части наружного ограждения, а величина Q_пл.но.2 показывает долю лучистой теплоотдачи панели в сторону второй части наружного ограждения.

Рисунок Ж.2 - К определению облученности наружного ограждения греющей поверхностью

В формулах (Ж.6)-(Ж.8) принято с соответствующими индексами:

F_нo.1, F_нo.2 - то же, что в формуле (Ж.5);

q_л - плотность лучистого теплового потока, поступающего на поверхности в помещение от внутренних источников и солнечной радиации, Вт/м²; определяют по формуле

где Q_пл - то же, что в формуле (Ж.2);

F_п - то же, что в формуле (4);

F_но - то же, что в формуле (15);

F_во - то же, что в формуле (22);

k_но - частичный коэффициент теплопередачи всего наружного ограждения за вычетом теплообмена на внутренней поверхности, Вт/(м²·°С); определяют по формуле

где

F_но.1, F_но.2 - то же, что в формуле (Ж.5);

t_н - то же, что в формуле (15);

Q_пл.но - лучистая теплоотдача панели в сторону поверхности наружных ограждений, Вт;

К_л.но - коэффициент, Вт/°С; определяют по формуле

где

F_нo - то же, что в формуле (15);

К - коэффициент, Вт/°С; определяют по формуле

где

F - площадь поверхности ограждения, м²;

α_л и α_к - коэффициенты лучистого и конвективного теплообмена на поверхностях, Вт/(м²·°С); определяют по формулам

где

b - корректирующий коэффициент, для принятого диапазона температуры в помещении; определяют по формуле

где

t_п - то же, что в формуле (10);

t_но - то же, что в формуле (22);

F_п - то же, что в формуле (4);

F_но - то же, что в формуле (15);

φ - то же, что в формуле (Ж.3);

А_i - коэффициент, зависящий от положения поверхности: для нагретого пола - 2,16; для стен - 1,66; для нагретого потолка - 1,16;

t_в - то же, что в формуле (1);

t - температура поверхности, °С;

Q_к - конвективный тепловой поток, поступающий в помещение от внутренних источников (в расчетных условиях - расход теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха), Вт;

Q_пк - то же, что в формуле (Ж.1).

Радиационную температуру помещения t_R, °C, используемую для оценки комфортности тепловой обстановки, определяют как среднюю по площади температуру поверхностей

где

F_п - то же, что в формуле (4);

t_п - то же, что в формуле (10);

F_во, t_во, t_но - то же, что в формуле (22);

F_но - то же, что в формуле (15).

Решение системы в виде (Ж.6)-(Ж.8) неоднозначно, т.к. формулы включают значения величин Q_п, представляющих собой функцию результата - температуры t_но и t_во. Поэтому решение осуществляется с помощью итерации. Начальные значения величин в формулах принимают без учета особенностей лучистого теплообмена.

Библиография

Ключевые слова: панели лучистого отопления, комфортность тепловой обстановки в помещении, теплоотдача панели, потери давления теплоносителя