Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Отопительные приборы со змеевиком, расположенным в слое бетона

Лучистый отопительный прибор с трубами, находящимися в слое бетона, может быть расположен в потолке, в наружной или внутренней стене и в полу. Основной частью прибора являются трубы или электрическая линия, проходящие в слое бетона и подающие теплоноситель. Если последний — вода или пар, то применяют стальные трубы, а при использовании электрического тока в качестве теплоисточника — изолированную металлическую проволоку.

Прокладка змеевика в бетоне возможна прежде всего благодаря тому, что коэффициенты теплового расширения стали и бетона мало отличаются друг от друга, а также тому, что коэффициент теплопроводности бетона достаточно высок. Коэффициент теплового расширения бетона рь= 1,15-10-5 м/(м-°С), а мягкой стали ро = 1,0-10-5 м/(м-°С); коэффициент же теплопроводности бетона Кь= 1,2—1,4 Вт/(м°С). Разница между коэффициентами теплового расширения этих материалов компенсируется тем, что температура стали с меньшим коэффициентом теплового расширения выше, чем температура бетона. В бетоне, естественно, возникают напряжения, поскольку распределение температуры неравномерно, однако возникающие напряжения ослабляются постоянством температурного распределения.

Если бетонный слой служит только составной частю отопительного прибора, то рекомендуется следующий состав бетона: 4 вес. ч. мелкого гравия (крупность зерна менее 0,005 м), 2 вес. ч. речного песка, 1 вес. ч. портландцемента. Если слой бетона предназначен также для обеспечения прочности, то это учитывается при назначении его состава. Минимальную толщину бетонного слоя подбирают таким образом, чтобы отопительные трубы с обеих сторон были покрыты слоем бетона толщиной не менее 15—20 мм. Приборы, которые имеют отопительные трубы, расположенные в бетоне, обладают следующими преимуществами:

степень использования стали достаточно высокая — 1 кг забетонированной стали в зависимости от температуры теплоносителя может обеспечить тепловой поток 60 — 100 Вт;

полезное пространство помещения не сокращается; очистка поверхности не создает особых проблем, поскольку ее можно мыть при соответствующем окрашивании.

Однако эти приборы имеют и ряд недостатков: при большой толщине бетонного слоя возможна значительная тепловая инерция, что отражается на быстроте регулирования;

если монтаж системы отопления производится в основном на месте, то требуется очень тщательное выполнение работ. Однако в последнее время чаще применяется заводское изготовление отопительных приборов;

при необходимости нельзя изменить размеры отопительных приборов.


Варианты конструкции обычного лучистого отопительного прибора, размещенного в потолке. Различные решения отопительного прибора определяются конструкцией потолка и толщиной бетонного слоя. Последняя влияет и на способ расчета.

На рис. 6.1 показана система отопительных труб, расположенных в несущем слое бетона. Если снять верхнюю изоляцию и в бетонный слой поместить только охватывающую прокладку и покрытие, то получится комбинированное отопление, размещенное в потолке и полу. На рис. 6.2. изображен железобетонный потолок, снабженный сверху ребрами жесткости. Его тепловая инерция меньше, чем у потолочного отопительного прибора, показанного на рис. 6.1. Лучистый отопительный прибор, расположенный в бетонном слое, который совмещен с перекрытием из пустотелых блоков, представлен на рис. 6.3. Его усовершенствованием является решение, показанное на рис. 6.4, где бетонный слой, воспринимающий весовую нагрузку трубы, подвешен под несущим перекрытием. Преимуществом здесь является уменьшение тепловых напряжений. Кроме показанных на рис. 6.1 — 6.4 конструкций, расположенных в потолке и полу, известно и множество других решений, основанных на тех же принципах.

В Венгрии при расчете прочности потолка не допускается рассматривать трубы как конструктивные элементы. Напротив, при теплотехнических расчетах принимается во внимание арматура, способствующая распространению теплоты в направлении отапливаемого помещения. Действующие в Венгрии строительные правила запрещают при потолочном отоплении использовать воду со средней температурой выше 50°С. Отклонения допускаются только в исключительных случаях. Поскольку возможность применения забетонированных змеевиков зависит прежде всего от температуры теплоносителя и прямо пропорциональна ей, потолочное отопление экономично главным образом там, где имеются источники теплоты с более низкой температурой, поэтому в настоящее время использование таких решений ограничено. Оно целесообразно в первую очередь в лечебных учреждениях, поскольку увеличение постоянной времени здания обусловливает возможность подачи большего количества свежего воздуха.


Напольное отопление. Конструктивное устройство системы отопления, расположенной в полу, в принципе не отличается от устройства потолочного отопления. Для уменьшения тепловой инерции отопительную трубу помещают в бетонный слой толщиной 6—7 см и, если требуется отапливать только помещение, находящееся над полом, то под ним размещают изоляционный слой. Монтаж системы отопления облегчается тем, что греющий слой укладывают на готовую конструкцию пола (рис. 6.5). На рис. 6.6. показано в разрезе другое возможное решение.

В помещениях, предназначенных для длительного пребывания людей, максимальная средняя температура на поверхности пола по санитарным соображениям не должна превышать 26° С.

Вмонтированные трубы вследствие низкой температуры теплоносителя передают небольшое количество теплоты. Если температуру теплоносителя повысить, распределение температуры на поверхности будет неблагоприятным. Существенно исправить это размещением теплоизоляционного листа поверх труб невозможно. Такое решение изображено на рис. 6.7. Аналогичен принцип, использованный для решения, показанного на рис. 6.8, но здесь отопительная труба расположена в слое шлака, благодаря чему в качестве теплоносителя можно применять пар. В некоторых местах следует обеспечить отвод водяных паров из шлака. Система отопления, размещенная в полу, может быть более экономичной при использовании теплоотдачи с двух сторон перекрытия (рис. 6.9).

Стеновое отопление. Использование стен для отопления помещения в принципе экономично. Эксперименты в этой области проводили во многих странах, в том числе и в Венгрии. Успешному применению такого решения часто препятствует установка мебели вдоль стен (шкафы, кровати и т. д.), в то же время коэффициент облученности пола отопительными приборами, расположенными вдоль верхних краев стен, весьма мал и поэтому прогрев, т. е. облучение пола, не всегда соответствует нормам. Применение встроенных в стену труб выгодно благодаря возможности использования двухсторонней теплоотдачи, температура теплоносителя при этом может быть выше, чем при потолочном отоплении. Значительное преимущество системы отопления, расположенной в наружной стене, заключается в том, что в направлении помещения следует подавать лишь столько теплоты, сколько уходит через окно, поэтому при данном способе отопления расход труб минимален. Особенно при наличии сборных навесных стен температуру теплоносителя на тепловом вводе в здание можно повышать до 100°С. Теоретически можно рассчитать, что теплопотребность при этом не больше, чем при радиаторном отоплении, экспериментальное же подтверждение этого положения ожидается в будущем.

На рис. 6.10 изображен лучистый отопительный прибор, размещенный в.перегородке в пределах квартиры. Схема трубчатого отопительного прибора, расположенного в сборной наружной стеновой панели, а также разрез этой панели показаны на рис. 6.11. Преимуществом этой конструкции является то, что арматура внутреннего слоя в большой мере способствует желательному распределению температуры.


Изготовление и монтаж змеевика. В Венгрии змеевики обычно изготавливают из бесшовных труб диаметром дюйма (венгерский государственный стандарт MSZ 120). Протяженность участка резьбы обычно составляет 10—40 см с переходами по 5 см.

Перед изготовлением трубы проверяют путем продува и визуально. Части змеевика соединяются сваркой. Для этого применяют сварочные кольца, помещаемые в расширенные концы труб (рис. 6.12), но трубы можно соединять и с помощью сварных муфт. Через готовые трубы диаметром /г дюйма прогоняют стальной шар диаметром 11 —12 мм при соответствующем уклоне труб, реже очистку труб осуществляют с помощью сжатого воздуха.

При изготовлении змеевиков нужно принимать во внимание местные условия и желательность простого размещения. По возможности следует избегать применения разводки или пересечений в потолке. Некоторые типы змеевиков показаны на рис. 6.13. Во всех случаях ответвления расположены на стояке в легкодоступном месте.


Особое внимание следует обращать на то, чтобы плоскость змеевиков была точно горизонтальна, а участки соединения надо укладывать с небольшим подъемом в направлении потока. Некоторые змеевики соединяются со стояком в пазу, при этом место пересечения ответвлений может быть расположено в пазу в стене (рис. 6.14).

Общий недостаток змеевиков, изображенных на рис. 6.13, состоит в том, что температура греющей поверхности распределена не совсем равномерно, поскольку в начале змеевика температура теплоносителя больше, чем в конце. Это может быть устранено при использовании змеевиков, изображенных на рис. 6.15.


Суть их устройства заключается в том, что змеевики изготовляют из двух труб, средняя температура которых всегда одинакова. Данные типы змеевиков приемлемы для устройства систем отопления в потолке и полу. Для панельного же отопления (в стенах) применимы змеевики, показанные на рис. 6.10 и 6.11.

Трубы гнут в холодном состоянии, без заполнения, вручную или с помощью механического устройства. Части змеевика, изготовленные из отдельных нитей, соединяют между собой сваркой (рис. 6.16). Перед этим концы труб в горячем состоянии расширяют с помощью бородка настолько, чтобы в соединяемые трубы можно было поместить без сужения их поперечного сечения двойное кольцо, изготовленное из стандартной газовой трубы (рис. 6.12). В большинстве случаев поперечное сечение трубы в месте соединения расширяют после нагрева сварочной горелкой; это можно сделать и путем сверления.

При монтаже и сварке змеевиков необходимо особенно следить за тем, чтобы концы труб не оставались открытыми, так как мусор, попадающий в трубы, вызывает засор. Для закрывания труб на длительное время применяют колпаки или приваривают заглушки.

Для лучшего распространения теплоты в бетонном слое на стороне змеевика, являющейся первичной греющей поверхностью, помещают стальную арматуру и проволочную сетку. Диаметр арматуры может составлять 6—9 мм, ее располагают перпендикулярно змеевику. Сетка может быть изготовлена из проволоки диаметром 1 мм. Для обеспечения точек соприкосновения сетку к отопительной трубе надо прикрепить мягкой стальной проволокой. Подводки к отопительному прибору можно расположить так, чтобы они стали частью прибора. Греющая поверхность, образованная при размещении отопительных труб в бетонном слое, увеличивается благодаря занимаемой змеевиком площади, возросшей за счет длины подводок.

Полностью смонтированный змеевик после изготовления или перед бетонированием следует подвергнуть испытанию давлением. Испытательное давление составляет 3 МПа (30 атмосфер), продолжительность воздействия 1 ч. За это время особенно тщательно нужно проверить места сварки. Испытание сети давлением нельзя откладывать из-за холодной погоды, при этом к воде для заполнения примешивают вещество, снижающее температуру замерзания, например, поваренную соль или хлористый кальций. Удаление воды можно ускорить с помощью сжатого воздуха.

Бетонирование змеевика. В связи с массовым строительством в Венгрии наблюдается тенденция к сокращению выполнения производственных операций на месте строительства, иными словами, к индустриализации производства. При монтаже систем отопления в наружных стенах, например, иные решения невозможны. Сборную технологию используют и для нагревания внутренних стен. При потолочном отоплении до сих пор не удавалось успешно применять сборную технологию, поскольку в этом случае нужно принимать во внимание множество различных требований и ограничений, которые при изготовлении не всегда можно учесть заранее.

Змеевик размещают на дощатой опалубке или уже подготовленном для этого бетонном слое (при отоплении, монтируемом в полу) таким образом, чтобы бетон хорошо охватывал трубы и снизу. Для этого на опалубке через каждый 1 м располагают деревянные планки толщиной 2 см, а к ним с помощью захватов крепят трубы. Перед укладкой труб на опалубке расстилают сетку из черной мягкой стальной проволоки, а также укладывают арматуру, необходимую для обеспечения прочности и равномерного распределения температуры. После схватывания бетона планки удаляют и их место заполняют бетонной смесью аналогичного состава.

При монтаже змеевика в стене можно применять два метода изготовления на месте: бетонный слой, содержащий нагревательный элемент, укладывают до или после возведения ограждающей конструкции. Хотя это и влияет на условия возведения конструкций, в любом случае в ходе опалубочных работ можно уложить слой бетона, содержащий отопительную трубу.

Перед оштукатуриванием бетонный слой, в котором заключен змеевик, промывают струей воды, затем наносят слой толщиной 5—7 мм из штукатурного раствора следующего состава: 1 м3 речного песка с крупностью зерен 1—4 мм, 280—300 кг портландцемента и 60 —70 кг гидроксида кальция. После выдерживания в течение 24 ч поверх этого слоя укладывают выравнивающий слой штукатурного раствора, имеющего следующий состав: 1 м3 песка с крупностью зерен 0,5 мм, 200 кг цемента и 400 кг гидроксида кальция.

При изготовлении панелей на домостроительном комбинате наружный бетонный слой укладывают после размещения арматуры, затем сверху укладывают изоляционный слой, который закрывают гидроизоляцией для защиты от увлажнения. Змеевик, арматуру панели и проволочную сетку скрепляют мягкой стальной проволокой, в результате чего обеспечивается равномерное распределение температуры. После этого заливают внутренний слой, в котором размещен змеевик. Следует заметить, что на подобный способ заводского изготовления в Венгрии еще не разработаны технологические предписания, хотя первые панели уже находятся в эксплуатации.

Мачкаши А., Банхиди Л. Лучистое отопление/ Пер. с венг. В. М. Беляева; Под ред. В. Н. Богословского и Л. М. Махова. — М.: Стройиздат, 1985.

Экспертиза

на главную