Исследование равномерности распределения температуры на поверхности потолка при использовании системы водяного капиллярного отопления

В последнее время становятся популярными потолочные лучистые системы отопления, которые работают по принципу теплового излучения. Одной из таких технологий потолочного отопления являются системы из тонких капиллярных трубок, которые монтируются на потолок под тонкий слой штукатурки [1, с. 88-92; 2]. В такой системе обеспечивается требуемая плотность теплового потока, в том числе при работе в низкотемпературном режиме. Это не только экономит ресурсы, но и обеспечивает оптимальные параметры микроклимата в помещении [3]. Для стабильной работы системы крайне важно, чтобы поверхность потолка прогревалась равномерно. Именно отсутствие «холодных зон» определяет, насколько эффективной будет теплоотдача и насколько комфортно будут чувствовать себя люди в помещении.

Для исследования данного вопроса рассматривается межэтажное перекрытие с системой из капиллярных трубок. Решение выполнено в среде Ansys с использованием встроенного вычислительного инструмента Steady-State Thermal.

Межэтажное перекрытие состоит из железобетонной плиты, снизу к которой крепятся полипропиленовые капиллярные маты и покрываются слоем цементно-песчаной штукатурки. На железобетонной плите уложены тепловая изоляция, гидроизоляция, цементно-песчаная стяжка и паркет.

Рассмотрены два варианта укладки трубок: с шагом 20 мм и 30 мм. В каждом случае рассматривался коврик, состоящий из 16 трубок, внешний диаметр которых 3,35 мм, внутренний – 2,35 мм. Разрезы рассматриваемых вариантов межэтажных перекрытий представлены на рисунках 1 и 2.

В системах потолочного отопления с капиллярными матами, монтируемыми в слой штукатурки, рекомендуется использовать низкотемпературный теплоноситель с температурой 27÷37°C с предельным значением 45°C, чтобы избежать повреждения штукатурного слоя и обеспечить комфортную температуру поверхности потолка [2].

Рис. 1. Разрез межэтажного перекрытия при укладке капиллярных трубок с шагом 30 мм

Рис. 2. Разрез межэтажного перекрытия при укладке капиллярных трубок с шагом 20 мм

Для расчёта температура теплоносителя была принята равной 30°C; температура воздуха в помещении – 20°C.

Допустимое изменение температуры по поверхности потолка в системах лучистого отопления следует ограничивать в пределах локальной асимметрии результирующей температуры: не более 2,5°C для оптимальных и 3,5°C для допустимых показателей теплового комфорта [3].

Для оценки перепада температур результаты построены графики распределения температур на поверхности потолка (рис. 3 и 4).

По результатам расчёта установлено:

• при шаге трубок 30 мм:
• максимальная температура на поверхности – ;
• минимальная температура на поверхности – ;
• максимальный перепад температур – 0,592°C.
• при шаге трубок 20 мм:
• максимальная температура на поверхности – ;
• минимальная температура на поверхности – ;
• максимальный перепад температур – 0,221°C.

Рис. 3. График распределения температуры на поверхности потолка при шаге трубок 30 мм

Рис. 4. График распределения температуры на поверхности потолка при шаге трубок 20 мм

Величины перепадов температур в обоих случаях значительно меньше предельно допустимых значений. Также, стоит отметить, что уменьшение шага капиллярных трубок заметно выравнивает температурное поле на поверхности потолка. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о тепловой однородности потолочной поверхности.

Использование системы потолочного лучистого отопления с капиллярными матами является эффективным и комфортным техническим решением, обеспечивающим равномерное температурное поле на поверхности потолка и высокий уровень теплового комфорта.