Панельно-лучистые системы отопления

Остановимся на вопросе использования в жилище панельно-лучистых систем отопления, обладающих высокими гигиеническими показателями и вместе с тем, вызывающих определенные дискуссии в отношении своей экономичности. Одним из основных путей повышения индустриализации строительства, как известно, является применение конструкций с повышенной степенью заводской готовности. Эффективное повышение индустриальности систем отопления достигается за счет замоноличивания трубчатых нагревательных элементов в строительные конструкции. Такие системы отопления называются панельными.

Замена традиционных радиаторных систем отопления панельными системами позволяет: сократить монтажные трудозатраты на 25-40% и общую трудоемкость сантехработ на 10-15% при одновременном уменьшении сметной стоимости систем на 15-25%; улучшить санитарно-гигиенические и эстетические показатели отапливаемых помещений.

Начало использования излучения нагретых поверхностей для отопления в помещении в нашей стране было положено военным инженером М. Фроловым, по проекту которого в 1874 г. была сооружена система отопления жилых помещений крепостных сооружений. В 90-х гг. в Кронштадском госпитале, а затем в морской казарме на Охте и в Крюковской казарме впервые было устроено центральное паропесочное панельное отопление с температурой поверхности панели в 60°.

1900-1903 гг. были периодом широкой изобретательской деятельности в области панельного отопления. Активное участие в этой работе принимали виднейшие специалисты отопительной техники нашей страны - В. М. Чаплин, В. Г. Залесский, Б. К. Правдин, В. Л. Максимович и др.

Большим вкладом в дело развития панельного отопления явилась разработанная и предложенная в 1905 г. инженером В. А. Яхимовичем "паро-и водобетонная" система отопления. Впоследствии по этой системе (1905- 1914 гг.) было смонтировано более 70 установок отопления в Саратове, Казани, Самаре, Нижнем Новгороде, Ленинграде, Москве, Киеве, Ростове и других городах.

Таким образом, система лучистого отопления в нашей стране была разработана и начала применяться задолго до того, как она получила свое развитие за рубежом (1910-1914 гг.), хотя в английской и американской литературе открытие этой системы приписывают Артуру Беркеру.

В наши дни из многочисленных видов панельного отопления определенное распространение получили системы с заделкой трубчатых нагревательных элементов в наружные стены; наряду с этим, в жилищном строительстве находят применение панельно-потолочные системы с развитой поверхностью обогрева, контурные напольно-потолочные системы с поверхностью обогрева, проходящей по контуру помещения, ригельные, перегородочные, с расположением нагревательных элементов в межкомнатных перегородках.

Проблема широкого применения лучистого отопления в практике строительства выдвинула актуальную задачу детального гигиенического его изучения и оценки эффективности этой системы отопления.

Гигиеническое значение отопления помещений излучающими поверхностями подчеркивалось отечественными гигиенистами и виднейшими деятелями отопительной техники в нашей стране уже давно. Ф. Ф. Эрисман еще в 1887 г. указывал, что системы отопления с санитарной точки зрения имеют разные достоинства в зависимости от способа передачи ими тепла. Наиболее благоприятные условия для организма, считал он, могут быть созданы при уменьшении теплопотерь излучением, что достигается лишь в таком случае, если кроме воздуха, в надлежащей степени нагревается находящаяся в комнате мебель, и в особенности стены.

С. Ф. Бубнов и А. П. Доброславин также считали для обеспечения комфортных условий важным лучистый обогрев мест помещений, которые больше всего охлаждаются. Горячими поборниками широкого применения лучистого отопления в жилых и школьных зданиях были В. А. Левицкий и А. В. Мольков. Дальнейшие исследования советских ученых (Н. Ф. Галанин, А. А. Летавет, А. Е. Малышева, М. Е. Маршак, Л. К. Хоцянов и др.) значительно расширили наши представления о воздействии лучистого тепла на организм.

Гигиенисты экспериментально показали, что радиационный компонент в теплообмене человека с окружающей средой играет весьма существенную, а в некоторых случаях и главенствующую роль.

К достоинствам систем лучистого отопления относят следующее:

1) низкую температуру поверхности нагревательных приборов и отсутствие вследствие этого пригорания пыли;

2) большие возможности вентилирования помещений в холодное время года;

3) возможность охлаждения помещения летом;

4) равномерное распределение температуры воздуха по помещению;

5) экономию на металле;

6) отсутствие загромождающих помещение нагревательных приборов и в связи с этим лучшее его использование.

Заделка труб в бетонный массив при панельно-лучистом отоплении кроме определенных архитектурных достоинств дает заметный теплотехнический эффект, так как при этом температура теплоотдающей поверхности панели оказывается значительно ниже температуры теплоносителя.

Одним из основных недостатков системы панельно-лучистого отопления является перегрев помещений в переходные периоды года из-за их большой инерционности, когда наблюдаются значительные колебания наружного воздуха. Вместе с тем панельно-лучистая система при относительно небольшой стоимости (70- 80% стоимости водяной системы отопления с радиаторами) позволяет создать в помещениях достаточно комфортные условия.

В последнее время начинают внедряться системы электрического лучистого отопления жилых зданий, для чего используются потолочные и стеновые панели. Основное преимущество этих приборов и панелей - равномерное распределение тепла по большой поверхности. Регулирование теплоотдачи панелей и конвекторов осуществляется с помощью терморегуляторов. Удельная теплоотдача панелей составляет от 40 до 125 Вт/м2, температура нагрева их поверхности не превышает 40° С даже при значительной величине теплоотдачи.

При размещении нагревательных приборов лучистого отопления в жилище необходимо учитывать особенности лучистого теплообмена разных участков тела человека. При подводе тепла посредством инфракрасного излучения необходимо учитывать то обстоятельство, что тело человека обладает неравномерной чувствительностью к лучистой энергии. Особенно чувствительная к инфракрасным лучам голова: при неправильном режиме облучения вместо теплового комфорта могут возникать явления дискомфорта.

Математический анализ показывает, что наиболее эффективным способом увеличения средней радиационной температуры в помещении является повышение температуры пола, затем - температуры потолка и, наконец, температуры стен (Я. Д. Пекер, 1970). Однако физиолого-гигиенические исследования относительных достоинств разных видов панельно-лучистого отопления как раз свидетельствуют о необходимости особенно осторожного отношения именно к потолочному и напольному панельно-лучистому отоплению, так как при определенной температуре пола наблюдается нежелательный эффект - чрезмерное расширение сосудов ног, а перегрев потолка опасен для функции головного мозга.

Сторонники чисто физического подхода к обеспечению теплового комфорта человека полагают, что для приятного самочувствия (комфорта) достаточно обеспечения равновесия между теплопродукцией человека и отводом тепла в окружающую среду. Однако данные показывают, что этого условия оказывается недостаточно: наряду с количественной стороной учета теплопотерь необходимо также учитывать и качественную, связанную с биологическими особенностями теплообмена разных участков тела, поскольку инфракрасное излучение оказывает наиболее сильное воздействие на не защищенные одеждой участки кожи человека: лицо, голову, руки. Таким образом, при применении для отопления лучистого тепла важное значение приобретает определение местных тепловых нагрузок, в особенности на поверхность головы человека, поскольку чрезмерное облучение может быть причиной головной боли, понижения работоспособности, нарушения сна.

Поскольку, чем больше поверхность, тем меньшая интенсивность радиации нужна на единицу поверхности для создания того же теплового эффекта, то крайне важное значение приобретает расположение излучающей поверхности и положение тела человека. Учитывая большую поверхность тела человека, излучающую и воспринимающую тепло (1,5 м 2 - 1,8 м 2), достаточно уже небольшой разницы в радиационном режиме, чтобы ощутить дискомфорт.

Кроме того, при проектировании систем отопления необходимо учитывать, что в закрытом помещении имеются поверхности с разными температурами. Поэтому в разных местах такой комнаты человек будет излучать в разные стороны различное количество тепла.

С гигиенических позиций рассредоточенное размещение панелей представляется оптимальным решением, позволяющим обеспечить равномерность и оптимальную интенсивность облучения. Однако при относительно низких температурах нагревательных панелей необходимо увеличивать поверхность нагрева, что связано со значительным расходом труб. Необходимо, однако, отметить, что переход от прогрева всей плиты перекрытия к прогреву только одной ее части является вынужденным решением, связанным с необходимостью экономить металл и не может приветствоваться гигиенистами. Таким образом, очевидно, что если исключить фактор большего расхода металла, предпочтение должно быть отдано варианту лучистого отопления с рассредоточением поверхности нагрева по всей плоскости перекрытия.