Treść artykułu
- Historia ogrzewania – od promiennikowego do konwekcyjnego i … znowu do promienistego?
- Ogrzewanie w domu – rzeczywistość
- Opis systemów ogrzewania płaszczyznowego
- Na końcu
W tym artykule: Ogrzewanie promiennikowe – 10 000 lat historii; pierwsze systemy ogrzewania promiennikowego; Rosyjski piec – generator promieni podczerwonych; ciepło promieniowania ludzkiego ciała; rodzaje nowoczesnych domowych systemów ogrzewania promiennikowego; na koniec – warunki, w których ogrzewanie promiennikowe będzie bardziej opłacalne niż konwekcyjne.
Około 200 lat temu zaczęły się odradzać systemy grzewcze naszych domów, popularne od tysięcy lat piece i kominki nazwano archaizmami, zastąpiono je wodnym systemem ogrzewania dającym konwekcyjne ciepło. W ciągu stulecia na ciepło promieniowania kładziono krzyż, odpisywano go na złom, jednak badania naukowców przeprowadzone w ciągu ostatniego półwiecza pokazują coś wręcz przeciwnego – ciepło promieniowania przewyższa ciepło konwekcyjne w swoich właściwościach, a także w szeregu cech. Proponujemy zrozumieć ten problem i dowiedzieć się, dlaczego ogrzewanie promiennikowe jest lepsze niż konwekcyjne.
Historia ogrzewania – od promiennikowego do konwekcyjnego i … znowu do promienistego?
Przez tysiące lat pierwszym i jedynym źródłem ogrzewania w mieszkaniu człowieka był ogień, a samą metodą ogrzewania była wiązka konwekcyjna. Podczas palenia się ognia w prymitywnym piecu, a następnie podczas tlenia się ognia z kamiennego portalu wydobywały się promienie podczerwone, aw wyniku konwekcji ogrzewało się powietrze w pomieszczeniu. Oczywistą wadą tej metody ogrzewania jest to, że gdy płonął ogień, mieszkanie było wypełnione gazami spalinowymi, tworząc nieznośną atmosferę. Dlatego na szczycie dachów domów wykonano otwór kominowy, przez który wydobywał się gorący dym wraz z ogrzanym powietrzem, główny kołek postawiono na ogrzewaniu promiennikowym, gdyż jego intensywność nie zależała od stopnia nagrzania powietrza.
Dwa tysiące lat temu powstały nowe systemy grzewcze, oparte na kanałach pod powierzchnią kamiennych posadzek, po których przemieszczały się spaliny z roztopionych pieców, ogrzewając podłogę swoim ciepłem (hypocaust (Dr.Rzym), gloria (Hiszpania), ondol (Korea), dikan (Chiny) itp.). W międzyczasie ludność Europy korzystała z częściowo zmodyfikowanej wersji ognia – brukowanego paleniska ogrzewanego na czarno. Dopiero w XV wieku Europejczycy ulepszyli kamienne palenisko, wprowadzając do niego rurę wydechową wykonaną z drewna.
System ogrzewania hypocaust
W XVII w. „Rosyjski system” ogrzewania był popularny na zamkowych i pałacowych zespołach Rosji i Europy – wlot powietrza przebiegał blisko ściany pieca i wzdłuż niego, gdzie powietrze było ogrzewane i na skutek konwekcji wznosiło się rozgałęzionymi ceglanymi kanałami do pomieszczeń wymagających ogrzewania. Po oddaniu ciepła powietrze z lokalu wychodziło kanałami wywiewnymi na zewnątrz budynku. System grzewczy tej konstrukcji całkowicie wykluczał możliwość dostawania się spalin do pomieszczeń mieszkalnych, co było wówczas niesamowitym know-how. Ten system grzewczy, zwany „systemem ogniowo-powietrznym”, cieszył się rosnącą popularnością do połowy XIX wieku, ale pod koniec XIX wieku nie był już poszukiwany, co sprzyjało ciągłemu szumowi niskiej częstotliwości w kanałach powietrznych, nadmiernemu wysuszeniu powietrza, spalaniu kurzu z osadzaniem się sadzy na ścianach i elementach wyposażenia wnętrz..
Pod koniec XVIII wieku francuski inżynier Jean-Simon Bonneman wynalazł i zbudował pierwszy system podgrzewania wody, w którym cyrkulacja chłodziwa odbywała się w sposób naturalny. Pół wieku później w Rosji pojawił się system grzewczy z naturalną cyrkulacją chłodziwa, opracowany przez profesora Petra Grigoriewicza Sobolewskiego. Ogrzewanie konwekcyjne, parowe i ogniowo-powietrzne zyskują na popularności z roku na rok, głównie ze względu na postęp techniczny, pojawienie się i rozwój scentralizowanych źródeł ogrzewania chłodziwa oraz systemów jego dostarczania do obiektów konsumenckich. Wielkogabarytowa budowa typowych wieżowców z minimalną izolacją elewacji, niskiej jakości nakładaniem się otworów okiennych i drzwiowych na korzyść konwekcyjnego ogrzewania wody – ogrzewanie promiennikowe jest skuteczne tylko w dobrze ocieplonym budynku.
Jednak 150 lat później naukowcy odkryli, że postrzeganie ogrzewania promiennikowego jest znacznie bliższe człowiekowi niż konwekcyjne ogrzewanie powietrza. I to nie tylko dla osoby, ale także dla artykułów gospodarstwa domowego, a także materiałów używanych do dekoracji wnętrz lokali.
Ogrzewanie w domu – rzeczywistość
Czy zdarzyło Ci się przebywać zimą w nieogrzewanym lub słabo ogrzewanym pomieszczeniu – klasie szkolnej, auli instytutu lub auli w jakiejś instytucji? W odpowiedzi na niezadowolenie słuchaczy nauczyciel (wykładowca) uspokaja się – nic, oddychajmy i za pół godziny będzie ciepło. I rzeczywiście, po jakimś czasie robi się cieplej, ale przyczyna tego wcale nie jest związana z terminem „oddychać” – obecni ogrzewali atmosferę pomieszczenia promieniowaniem cieplnym wytwarzanym przez własne ciała. Promienie podczerwone emanujące z ciał obecnych na widowni nagrzewają obiekty znajdujące się w ich pobliżu, które z kolei generują własne promieniowanie, przenosząc je na sąsiednie obiekty, a ciepło ich powierzchni do powietrza..
Każdy obiekt o temperaturze powyżej zera bezwzględnego Kelvina (lub –273,15 ° C) emituje promienie podczerwone. Im wyższa temperatura obiektu, tym intensywniejsze jest promieniowanie – np. Organizm ludzki w swojej normalnej temperaturze (od 36,6 do 37 ° C) generuje promienie podczerwone o średnim zakresie długości fal o długości od 5 do 25 mikronów. Zużycie energii ludzkiej na promieniowanie podczerwone zmniejsza się, gdy wzrasta temperatura otoczenia, ale nie powietrza, ale otaczających konstrukcji (ścian, sufitu i podłogi) oraz mebli. Faktem jest, że środowisko powietrza jest przezroczyste i przepuszcza odpowiednio promienie podczerwone, zimne ściany i podłogi będą pobierać ciepło podczerwone z ludzkich ciał nawet w temperaturze pokojowej 25 stopni – jest to wymiana ciepła promienistego, wyjaśniana przez prawa Plancka i Stefana-Boltzmanna.
Pokolenia mieszczan są przyzwyczajone do warunków życia w domach murowanych i panelowych, starając się kompensować energię podczerwoną ciała, która przechodzi do ogrzewania otaczających konstrukcji za pomocą różnego rodzaju konwektorów elektrycznych. W pamięci mieszczan pojawiło się niejasne przekonanie o znaczeniu drewnianych ścian w domu, które są w stanie „oddychać”, kompensując wilgoć powietrza – wprawdzie taka umiejętność jest obecna w niemalowanych ścianach z drewna i bali, ale główną rolę w drewnianych domach odegrali nie oni, a Rosjanin. piekarnik.
Masywna konstrukcja rosyjskiego pieca zajęła znaczące miejsce w domu, doskonale utrzymywała ciepło i ogrzewała cały dom promieniowaniem podczerwonym. Żaden system ogrzewania wodnego lub powietrznego nie może porównać swoich możliwości grzewczych z rosyjskim piecem! Nawiasem mówiąc, właśnie z powodu metody ogrzewania promieniowego wypieki w rosyjskim piekarniku okazują się znacznie bardziej apetyczne i smaczniejsze niż w najnowocześniejszym piekarniku, w którym zasada gotowania opiera się na gorącym powietrzu (system ogniowo-powietrzny).
Właściwości energii promieniowania z punktu widzenia ogrzewania zostały zbadane przez laboratorium Uniwersytetu Yale, ufundowane przez Fundację Johna Bartletta Pearce’a – wyniki eksperymentu przeprowadzonego z udziałem ochotników były bardzo odkrywcze. W pierwszym etapie badani zostali umieszczeni w niewielkim pomieszczeniu ze sztucznie chłodzonymi ścianami, temperaturę powietrza w nim utrzymywano za pomocą termowentylatorów na poziomie 50 ° C – ochotnicy ubrani w lekkie ubrania po pobycie w tym pomieszczeniu skarżyli się na ekstremalne zimno. W drugim etapie temperatura powietrza została celowo obniżona do 10 ° C, a ściany ogrzewano za pomocą wbudowanych w wnętrze rur, przez które przepływała gorąca woda – badani, ubrani tak samo lekko, obficie się pocili, gdy byli w tym pomieszczeniu, było im gorąco.
Jednak każdy z nas może w każdej chwili sprawdzić i osobiście doświadczyć „wampiryzmu” zimna i „oddania” ogrzewanych ścian – wystarczy podejść i stanąć przed ścianą. Zimą poczujesz wychodzące z niego zimno, gdyż materiał tworzący ścianę będzie absorbował promieniowanie podczerwone emanujące z Ciebie, latem poczujesz ciepło, czyli Twoje ciało będzie już absorbowało promieniowanie podczerwone odbierane przez ścianę od Słońca w ciągu dnia.
Opis systemów ogrzewania płaszczyznowego
Masywny piec był i pozostaje idealnym źródłem ogrzewania promiennikowego, jednak w mieszkaniu lub biurze, a także w wielu domach prywatnych aranżacja takiego pieca jest nierealna. Weź pod uwagę nowoczesne systemy ogrzewania promiennikowego, które pozwalają obejść się bez takiego pieca – „ciepłą podłogę”, panele ścienne i sufitowe.
Systemy ogrzewania podłogowego różnią się konstrukcją i zasadą ogrzewania:
- systemy konwekcyjne obejmują dowolne układy z wodnym nośnikiem ciepła, a także kabel, kabel układany w płytach termoizolacyjnych i folii (maty grzejne to cienki kabel umieszczony w podstawie z siatki);
- ciepło promieniowania jest generowane przez folię węglową (element grzejny – paski grafitowe zgrzewane w folii poliestrowej) oraz podłogi rdzeniowe (ich elementy grzejne są również wykonane z grafitu).
Panele montowane na ścianach to modułowe bloki wykonane z rur miedzianych, w których nośnikiem ciepła jest gorąca woda. Przenikanie ciepła promieniującego z paneli ściennych z cyrkulującą gorącą wodą o temperaturze 40 ° C wynosi około 80%, pozostałe 20% to konwekcja – wynika to z dopuszczalnej wysokiej temperatury chłodziwa, przekraczającej maksymalne ustalone przez normy europejskie 30 ° C dla „ciepłej podłogi”.
Bloki modułowe miedziane montuje się na powierzchni ściany za pomocą poziomych lub pionowych wsporników prętowych, przed którymi mocowana jest warstwa izolacji z folią aluminiową na powierzchni ściany. Po zamontowaniu panele ścienne uszczelnia się warstwą tynku 350 mm, przykrywa płytą gipsowo-kartonową lub innymi twardymi okładzinami. Oprócz montażu zewnętrznego, w ścianach betonowych można montować bloki modułowe do ogrzewania promiennikowego – mocowane są do ramy wzmacniającej, a następnie zalewane betonem.
Zaletą paneli ściennych jest mniejsza bezwładność cieplna w porównaniu do „ciepłych podłóg”, co jest szczególnie wygodne w budynkach z przerywanym ogrzewaniem. Należy zauważyć, że do efektywnego ogrzewania panele ścienne wymagają wolnej przestrzeni na całym obwodzie ścian, w których są montowane – przy dużej liczbie mebli szafkowych ich użycie jest nieracjonalne.
Pierwsze modele promienników sufitowych powstały na długo przed „ciepłymi podłogami” i panelami ściennymi, zainteresowanie nimi producentów tłumaczyło się po prostu – sufit, a co za tym idzie panele sufitowe, znajdował się najdalej od gospodarstw domowych, co umożliwiało ogrzewanie paneli do wysokich temperatur bez żadnego szkody dla ludzi. Maksymalna temperatura nowoczesnych paneli sufitowych uzależniona jest od wysokości stropów – optymalna różnica między temperaturą powietrza w pomieszczeniu a temperaturą powierzchni belki wynosi 10 ° C. Nowoczesne panele sufitowe nie są wbudowane w sufity – montuje się je na powierzchni sufitu, co upraszcza ich montaż i konserwację.
Na końcu
Popularność ogrzewania konwekcyjnego wiąże się dziś tylko z tym, że większość domów ma minimalne właściwości zatrzymywania ciepła – wcześniej nie było to interesujące dla projektantów i budowniczych, ponieważ ich zadania koncentrowały się na obniżaniu kosztów projektów. Stąd domy świecące nocą w detektorach podczerwieni, kolosalne koszty ogrzewania i częste naprawy kosmetyczne. I właśnie ze względu na duże straty ciepła przez otwory okienne bezpośrednio pod nimi zamontowano grzejniki grzejne – w celu odcięcia zimnego powietrza z ulicy wpadającego przez szczeliny ościeżnic i przez ich przeszklenia.
Ogrzewanie konwekcyjne pozwala na szybkie i stosunkowo niedrogie ogrzanie nieizolowanych pomieszczeń, ale nie pozwala uniknąć wysychania powietrza, zimnego powietrza na poziomie podłogi (najcieplejsza warstwa powietrza zbiera się przy suficie), ciągłego rozwoju pleśni ścian w okresie zimowym (ze względu na osadzanie się wilgoci na ich zimnych powierzchniach) oraz konieczność częstych napraw kosmetycznych – powyższe fakty są niezaprzeczalne.
Jeżeli otaczające konstrukcje domu wykonane są z drewna, cegły lub żelbetu, izolację (płyty warstwowe, materiały termoizolacyjne, a następnie tynkowanie itp.) Wykonuje się od strony zewnętrznej (ulicy), a nowoczesne drzwi i okna montuje się w oknach i otworach drzwiowych z wystarczającą niskie współczynniki przewodności cieplnej, wówczas rozwiązanie problemu ogrzewania za pomocą systemu ogrzewania promiennikowego usprawiedliwi się. Z drugiej strony, izolując konstrukcje otaczające od wnętrza pomieszczenia, co jest wykonywane szczególnie często w wielokondygnacyjnych budynkach konstrukcji radzieckiej, nie ma sensu budować systemu grzewczego na ogrzewanie podczerwienią, ponieważ materiał, z którego wykonane są ściany, nie nagrzewa się i nie oddaje ciepła w postaci promieniowania, ponieważ powierzchnie ścian są izolowane termicznie materiałami termoizolacyjnymi.
Biorąc pod uwagę nowe wymagania dotyczące ochrony cieplnej budynków, określone w SNiP 23-02-2003, systemy ogrzewania promiennikowego mogą przejąć wiodącą rolę w ogrzewaniu konwekcyjnym. Gospodarstwa domowe w każdym wieku będą o wiele przyjemniejsze i bardziej przydatne do odbierania promieni podczerwonych o określonej długości fali niż przebywanie w powietrznym „akwarium” o stale zimnych ścianach, wypełnionym powietrzem ogrzewanym konwekcyjnie i zawieszonym pyłem.
Bądź pierwszy, który skomentuje ten wpis