Conținutul articolului
- Istoria încălzirii – de la radiant la convectiv și … din nou la radiant?
- Încălzirea acasă – realitate
- Descrierea sistemelor de încălzire radiante
- La sfarsit
În acest articol: Încălzire radiantă – 10.000 de ani de istorie; primele sisteme de incalzire radiante; Soba rusa – generator de raze infrarosii; radiația termică a corpului uman; tipuri de sisteme moderne de încălzire cu raze menajere; la sfârșit – condițiile în care încălzirea radiantă va fi mai profitabilă decât convectivă.
În urmă cu aproximativ 200 de ani, sistemele de încălzire ale caselor noastre au început să renaște, sobele și șemineele, populare de mii de ani, au fost numite arhaisme, au fost înlocuite cu un sistem de încălzire cu apă care dă căldură convectivă. De-a lungul unui secol, o cruce a fost pusă pe căldura radiantă, a fost eliminată pentru resturi, cu toate acestea, studiile oamenilor de știință efectuate în ultima jumătate de secol arată exact opusul – căldura radiantă depășește căldura convectivă în caracteristicile sale și într-o serie de caracteristici. Ne propunem să înțelegem această problemă și să aflăm de ce încălzirea radiantă este mai bună decât convectiva.
Istoria încălzirii – de la radiant la convectiv și … din nou la radiant?
Timp de mii de ani, prima și singura sursă de încălzire într-o locuință umană a fost un foc, iar metoda de încălzire în sine a fost fasciculul convectiv. În timpul arderii unui foc într-o sobă primitivă și, după aceea, când focul era încins, radiații infraroșii emanau de pe portalul de piatră, iar ca urmare a convecției, aerul din încăpere era încălzit. Dezavantajul evident al acestei metode de încălzire este că atunci când ardea un incendiu, locuința era umplută cu gaze arse, creând o atmosferă insuportabilă. Prin urmare, în vârful acoperișurilor caselor, s-a făcut o gaură cu coșul de fum prin care a scăpat fum fierbinte împreună cu aerul încălzit, miza principală a fost realizată pe încălzirea radiantă, întrucât intensitatea sa nu depindea de gradul de încălzire a aerului.
Acum două mii de ani, au fost create noi sisteme de încălzire, bazate pe canale sub suprafața podelelor de piatră, de-a lungul cărora s-au deplasat gazele de ardere din sobele topite, încălzind podelele cu căldura lor (hipocaust (Dr. Roma), gloria (Spania), ondol (Coreea), dikan (China) etc.). Între timp, populația Europei a folosit o versiune parțial modificată a focului – o vatră pietruită încălzită în negru. Numai până în secolul al XV-lea, europenii au îmbunătățit vatra de piatră aducând o țeavă de evacuare din lemn.
Sistem de încălzire ipocaust
În secolul al XVII-lea, „sistemul rusesc” de încălzire era popular în complexele castelului și palatului din Rusia și Europa – arborele de admisie a aerului se apropia de peretele cuptorului și de-a lungul acestuia, unde aerul era încălzit și, din cauza convecției, se ridica prin canale de cărămidă ramificate până la spațiile care trebuiau încălzite. După ce a scos căldura, aerul din incintă a ieșit prin conductele de evacuare din afara clădirii. Un sistem de încălzire din acest proiect a exclus complet posibilitatea ca gazele de ardere să pătrundă în camerele de locuit, ceea ce era un uimitor know-how la acea vreme. Acest sistem de încălzire, numit „sistem de aer-foc”, s-a bucurat de o popularitate crescândă până la mijlocul secolului al XIX-lea, dar până la sfârșitul acestuia nu mai era la cerere, ceea ce a fost facilitat de zumzetul constant de joasă frecvență în conductele de aer, aerul uscat excesiv, arderea de praf cu depunerea de funingine de praf pe pereți și obiecte interioare.
La sfârșitul secolului al XVIII-lea, inginerul francez Jean-Simon Bonneman a inventat și a construit primul sistem de încălzire a apei calde, în care circulația lichidului de răcire se desfășura în mod natural. O jumătate de secol mai târziu, în Rusia a apărut un sistem de încălzire cu circulație naturală a lichidului de răcire, dezvoltat de profesorul Petr Grigorievici Sobolevsky. Tipurile de încălzire cu apă de aburi, aburi și aer-foc au câștigat popularitate de la an la an, în mare parte datorită progresului tehnic, apariției și dezvoltării surselor centralizate de încălzire a lichidului de răcire și a sistemelor pentru livrarea sa către obiecte de consum. Construcția pe scară largă a clădirilor tipice înalte, cu izolare minimă a fațadelor, suprapunere de calitate scăzută a deschiderilor de ferestre și uși jucate în favoarea încălzirii convective cu apă – încălzirea radiantă este eficientă doar într-o clădire bine izolată.
Cu toate acestea, 150 de ani mai târziu, oamenii de știință au descoperit că percepția încălzirii radiante este mult mai apropiată de om decât încălzirea prin convecție a aerului. Și nu numai pentru o persoană, ci și pentru obiecte de uz casnic, precum și materiale utilizate în decorarea interioară a spațiilor.
Încălzirea acasă – realitate
Ai fost vreodată într-o cameră neîncălzită sau slab încălzită în timpul iernii – o sală de școală, o sală de conferințe a institutului sau o sală de adunări la o instituție? Ca răspuns la nemulțumirea publicului, profesorul (lectorul) se calmează – nimic, hai să respirăm și peste o jumătate de oră va fi cald. Și, într-adevăr, după un timp devine mai cald, dar motivul pentru aceasta nu este deloc legat de termenul „respir” – cei prezenți au încălzit atmosfera camerei cu radiații termice generate de propriile corpuri. Razele infraroșii emanate de corpurile celor prezenți în audiență încălzesc obiectele amplasate în apropierea lor, care, la rândul lor, generează propria lor radiație, transferand-o către obiectele vecine și căldura suprafețelor lor în aer..
Orice obiect cu o temperatură peste zero absolut Kelvin (sau -273,15 ° C) emite raze infraroșii. Cu cât temperatura obiectului este mai ridicată, cu atât radiația este mai intensă – de exemplu, corpul uman la temperatura sa normală (de la 36,6 la 37 ° C) generează raze infraroșii cu o lungime de undă medie, cu o lungime de undă de 5 până la 25 microni. Consumul de energie umană pentru radiații infraroșii este redus dacă temperatura mediului înconjurător crește, dar nu și aerul, ci structurile închizătoare (pereți, tavan și podea) și mobilier. Cert este că mediul de aer este transparent și permeabil la razele infraroșii, respectiv pereții și pardoselile reci vor atrage căldura infraroșie din corpurile umane chiar și la temperatura camerei de 25 de grade – acesta este un schimb de căldură radiant, explicate de legile lui Planck și Stefan-Boltzmann.
Generațiile de orășeni sunt obișnuiți cu condițiile de trai în cărămidă și case de panou, încercând să compenseze energia infraroșie a corpului, care se îndreaptă către încălzirea structurilor închizătoare, cu ajutorul diferitelor tipuri de convectoare electrice. În memoria orășenilor a existat o convingere vagă despre importanța zidurilor de lemn în casă, care sunt capabile să „respire”, compensând umiditatea aerului – într-adevăr, o astfel de abilitate este prezentă în cherestea și zidurile nevopsite, dar rolul principal în casele din lemn l-au jucat nu ei, ci rușii. cuptor.
Construcția masivă a sobei ruse a primit un loc semnificativ în casă, a menținut perfect căldura și a încălzit întreaga casă cu radiații infraroșii. Nici un sistem de încălzire a apei sau a aerului nu poate compara capacitățile sale de încălzire cu o sobă rusă! Apropo, tocmai datorită metodei de încălzire radială, produsele de coacere dintr-un cuptor rusesc se dovedesc a fi mult mai apetisante și mai gustoase decât în cel mai modern cuptor, principiul de gătit bazat pe aerul cald (sistemul de foc-aer).
Proprietățile energiei radiante din punctul de vedere al încălzirii au fost cercetate de un laborator de la Universitatea Yale, finanțat de Fundația John Bartlett Pearce – rezultatele unui experiment realizat cu participarea voluntarilor au fost foarte revelatoare. La prima etapă, subiecții au fost plasați într-o cameră mică, cu pereți răciți artificial, temperatura aerului din ea a fost menținută cu ajutorul unor încălzitoare ventilatoare la un nivel de 50 ° C – voluntarii îmbrăcați în haine ușoare, după ce au stat în această cameră, s-au plâns de frig extrem. În cea de-a doua etapă, temperatura aerului a fost scăzută în mod deliberat la 10 ° C, iar pereții au fost încălziți cu ajutorul țevilor construite în interior, prin care circula apa caldă – subiecții, îmbrăcați la fel de ușor, transpirau profus atunci când se aflau în această cameră, erau fierbinți.
Cu toate acestea, fiecare dintre noi poate verifica și experimenta personal „vampirismul” frigului și „donarea” pereților încălziți în orice moment – trebuie doar să te ridici și să stai în fața peretelui. Iarna, veți simți frigul care vine din el, deoarece materialul care formează peretele va absorbi razele infraroșii care emană de la dvs., vara veți simți căldura, adică corpul dvs. va absorbi deja radiația infraroșie primită de peretele de la Soare în timpul zilei..
Descrierea sistemelor de încălzire radiante
O sobă masivă a fost și rămâne o sursă ideală de încălzire radiantă, cu toate acestea, într-un apartament sau birou, iar în multe case private, nu este realist să amenajăm un astfel de sobă. Luați în considerare sistemele moderne de încălzire radiante care fac posibilă realizarea fără o astfel de sobă – „podea caldă”, panouri radiante pentru pereți și tavan.
Sistemele de încălzire în pardoseală diferă în ceea ce privește designul și principiul încălzirii:
- sistemele convective includ orice sisteme cu purtător de căldură pentru apă, precum și cablu, așezare de cablu în plăci termoizolante și film (covorașele de încălzire sunt un cablu subțire plasat într-o bază de plasă);
- radiația de căldură este generată de pelicule de carbon (element de încălzire – benzi de grafit sigilate într-o peliculă de poliester) și pardoseli de bază (elementele lor de încălzire sunt, de asemenea, din grafit).
Panourile instalate pe pereți sunt blocuri modulare realizate din țevi de cupru, purtătorul de căldură din ele este apă caldă. Transferul de căldură al căldurii radiante din panourile de perete cu apă caldă care circulă la o temperatură de 40 ° C este de aproximativ 80%, restul de 20% se datorează convecției – aceasta se datorează temperaturii admisibil ridicate a lichidului de răcire, care depășește valoarea maximă stabilită de standardele europene de 30 ° C pentru un „podea caldă”.
Blocurile modulare de cupru sunt instalate pe suprafața peretelui folosind suporturi tije orizontale sau verticale, înainte ca un strat de izolație cu folie de aluminiu să fie montat pe suprafața peretelui. După instalare, panourile de perete sunt sigilate cu un strat de ipsos de 350 mm, acoperite cu plăci de gips-carton sau alte acoperiri dure. Pe lângă instalarea externă, blocuri modulare pentru încălzirea radiantă pot fi instalate în pereții de beton – sunt atașate la un cadru de armare cu turnare ulterioară cu beton.
Avantajul panourilor de perete este o inerție termică mai mică, în comparație cu „podelele calde”, care este deosebit de convenabil pentru clădirile cu încălzire intermitentă. Trebuie remarcat faptul că pentru o încălzire eficientă, panourile de perete au nevoie de spațiu liber în jurul perimetrului pereților în care sunt instalate – cu un număr mare de mobilier pentru dulapuri, este irațional să le folosești.
Primele modele de panouri de plafon radiante au fost create cu mult înainte de „pardoselile calde” și panourile de perete, interesul producătorilor față de acestea a fost explicat simplu – plafonul și, prin urmare, panourile de tavan, au fost situate mai departe de gospodării, ceea ce a făcut posibilă încălzirea panourilor la temperaturi ridicate fără niciun fel pagube aduse oamenilor. Temperatura maximă a panourilor moderne de tavan depinde de înălțimea plafoanelor – diferența optimă între temperatura aerului din cameră și temperatura de suprafață a panoului de grindă este de 10 ° C. Panourile moderne pentru tavan nu sunt încorporate în tavane – sunt instalate pe suprafața tavanului, ceea ce simplifică instalarea și întreținerea lor.
La sfarsit
Popularitatea încălzirii prin convecție azi este legată doar de faptul că majoritatea caselor au caracteristici minime de păstrare a căldurii – anterior nu a fost interes pentru proiectanți și constructori, deoarece sarcinile lor erau axate pe reducerea costurilor proiectelor. Prin urmare, găzduiește noaptea strălucitoare în detectoare cu infraroșu, costuri colosale de încălzire și reparații cosmetice frecvente. Și tocmai din cauza pierderilor mari de căldură prin deschizăturile ferestrelor, caloriferele de încălzire au fost instalate direct sub ele – pentru a tăia aerul rece de pe stradă care vine prin fante ale ramelor ferestrelor și prin geamurile lor.
Încălzirea convectivă vă permite să încălziți rapid și relativ ieftin încăperile neizolate, dar nu vă permite să evitați uscarea aerului, aerul rece la nivelul podelei (cel mai cald strat de aer se colectează la tavan), formarea constantă a mucegaiului pereților în sezonul rece (datorită depunerii de umiditate pe suprafețele lor reci) și necesitatea unor reparații cosmetice frecvente – faptele de mai sus sunt incontestabile.
Dacă structurile de închidere ale casei sunt realizate din lemn, cărămidă sau beton armat, izolarea (panouri sandwich, materiale de izolare termică urmată de tencuială etc.) se realizează pe partea exterioară (stradă), iar ușile și ferestrele moderne sunt instalate în deschiderea ferestrei și a ușilor cu suficient viteze mici de conductivitate termică, apoi rezolvarea problemei de încălzire cu ajutorul unui sistem de încălzire radiant se va justifica. Pe de altă parte, atunci când izolăm structurile de închidere din interiorul încăperii, care se realizează mai ales deseori în clădiri cu mai multe etaje ale construcției sovietice, nu are sens să construim un sistem de încălzire pe încălzire cu infraroșu, deoarece materialul din care sunt construiți pereții nu se va încălzi și nu va produce căldură sub formă de radiație, deoarece suprafețele pereților sunt izolate termic cu materiale de izolare termică.
Ținând cont de noile cerințe pentru protecția termică a clădirilor, prevăzute în SNiP 23-02-2003, sistemele de încălzire radiantă pot prelua funcția de lider în încălzirea convectivă. Va fi mult mai plăcut și mai util pentru gospodăriile de orice vârstă să perceapă raze infraroșii de o anumită lungime de undă decât să se afle într-un „acvariu” de aer cu pereți constant reci, umplut cu aer încălzit ca urmare a convecției și a prafului suspendat..
Ce presupune exact încălzirea radiantă pentru locuințe și de ce considerăm că este un concept care a fost neglijat în ultimul timp? Care sunt avantajele și dezavantajele acestui sistem de încălzire în comparație cu metodele tradiționale? Există anumite restricții sau lucruri de care trebuie să ținem cont atunci când optăm pentru acest tip de încălzire? Aștept răspunsurile și experiențele voastre în acest domeniu în comentarii!
Cum funcționează exact încălzirea radiantă și de ce a devenit o opțiune mai puțin populară în locuințele moderne?
Ce reprezintă exact încălzirea radiantă pentru locuințe și de ce este considerată o opțiune neglijată în ziua de astăzi? De ce credem că această tehnologie ar putea fi o soluție eficientă și avantajoasă pentru încălzirea locuințelor?
Ce este exact încălzirea radiantă pentru locuințe și de ce este considerată „un bătrân bine uitat”? Sunt curios să aflu cum funcționează și care sunt avantajele sau dezavantajele acestei metode de încălzire. Mai este folosită în prezent sau a fost înlocuită complet de alte sisteme de încălzire mai moderne?