Физические процессы происходящие в отопительной панели

От понимания устройства и принципов расчетов отопительных панелей зависит правильность принятых технических решений, даже на стадии предварительной оценки объекта. 

  В конструкциях систем водяной теплый пол происходит распределение и передача тепловой энергии, которые зависят от тепловой нагрузки, геометрических и теплофизических параметров греющей панели, материала и диаметра труб контуров водяного теплого пола, материала чистового покрытия и т.п. (рис. 1). 
 

Рис. 1 Разрез отопительной панели системы водяной теплый пол бетонного типа. 

где: 
T воздуха[°С] – требуемая температура воздуха в помещении. Диапазон регламентируется по СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и по техническому заданию в зависимости от назначения помещения. 
T пола[°С] – температура поверхности пола. Регламентируется в СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» в зависимости от назначения помещения. 
S[м²] – площадь, занимаемая напольной отопительной панелью. 
[Вт/м*°С] – теплопроводность материалов участвующих в процессе теплопередачи. Зависит от типа материала, его толщины и его физико-технических свойств. Часть данных имеется в СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» и/или указывается производителем материалов. Частично данные приведены в таблице ниже. 
[м] – толщина материалов участвующих в процессе теплопередачи. 
Ci[м] – расстояние между трубами контуров системы водяной теплый пол (шаг укладки). Выбирается? исходя из требуемой тепловой нагрузки на систему, а также назначения помещения. 
 

  Распределение тепловой энергии происходит за счет движения нагретого теплоносителя по трубам (контурам системы водяной теплый пол), встроенным внутрь греющей панели. Одна из основных задач при расчете и проектировании системы водяной теплый пол – достичь равномерного распределения температуры по поверхности греющей панели, зависящего от расстояния Ci между трубами контуров отопительной панели. Результат решения этой задачи – выбор оптимального шага укладки труб контуров системы водяной теплый пол. 

  Передача тепловой энергии (теплообмен) в рассматриваемой нами отопительной системе происходит тремя способами: теплопроводность (кондукция), конвекция и излучение. 

  Теплопроводность (кондукция). Передача тепла в твердых телах происходит от теплого к холодному. В нашем случае, передача тепла происходит непосредственно в самой отопительной панели от труб контуров системы водяной теплый пол к бетону, от бетона к чистовому покрытию. Эффективность процесса зависит от температуры теплоносителя, расхода теплоносителя  через греющий контур, а также 
 суммарного термического сопротивления материалов, участвующих в процессе теплопередачи. 

  Конвекция. Теплопередача в жидких и газообразных средах происходит за счет движения сред от теплого к холодному. В нашем случае - теплопередача происходит от греющей панели воздуху в нагреваемом помещении. Главная показатель эффективности процесса – 
[Вт/м²*°С] – коэффициент теплопередачи при теплообмене конвекцией. 

  Излучение. Излучение тепла происходит между двумя и более телами, разделенными, хотя бы частично, прозрачной средой, и зависит от температур и свойств поверхностей тел, а также от оптических свойств среды. В случае с системой водяной теплый пол излучение тепла происходит от греющей панели к окружающим предметам (мебель, стены и т.п.). Главная характеристика процесса – 
[Вт/м²*°С] – коэффициент теплопередачи при теплообмене излучением. 

  В общем теплообмене в помещении участвуют все его поверхности, воздушные струи (потоки) и воздух помещения. Этот процесс можно описать только системой большого числа уравнений, что затрудняет «повседневное» решение задачи. Сначала система была приведена к виду А.М.Листовым и М.И.Киссиным для решения системы из двух уравнений общего теплообмена в помещении. Решение системы из двух уравнений, так же как и полной системе, неудобно в инженерной практике, поэтому пошли по пути дальнейшего упрощения расчетной схемы. Теоретическая проработка этого вопроса Шориным С.Н. и решение уравнений на электрической аналоговой модели позволили сделать следующий вывод: 
Полное количество тепла , отдаваемое панелью, равно сумме ее лучистой  и конвективной  составляющих: 

 

где: 
Тн.о. температура нагретых ограждающих конструкций. 

  В соответствии со вторым условием комфортности, на основании гигиенических исследований А.Е. Малышевой, Ф. Кренко, Ф. Миссенара, Е.А. Насонова и Д.И. Исмаиловой, коэффициенты определены по графикам, полученным И.Шаркаускасом методом светового моделирования: 

  Таким образом, примерно, половина тепла передается за счет теплообмена конвекцией и половина за счет излучения. А если быть точными, то 45% и 55% соответственно.