Logo
Logo
Logo
Logo
Rus Ukr Dt Dt
Услуги арх.мастерской Готовые и строящиеся объекты Типовые проекты Зеленое строительство Пассивный экодом Архитектура для детей Полезное
СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ / ОХЛАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ

Излучение или конвекция?

На сегодняшний день существует огромное количество различных приборов для обогрева и охлаждения помещений: от обычных чугунных радиаторов, конвекторов или модных инфракрасных обогревателей UFO, до излучающих поверхностей стен и пола, фанкойлов или заполонивших весь отечественный рынок кондиционеров. При этом, большинство из распространенных систем отопления и охлаждения, к сожалению, исполняют свое задание с помощью нагрева / охлаждения именно воздуха в помещении. А потом уже воздух (кстати вещество с самой низкой теплопроводностью!) должен обогреть все предметы в доме, стены и самого человека. Результаты часто оказываются плачевными, как для конструкции здания, так и для здоровья и хорошего самочувствия его жителей.

Но, все по порядку.

Способы передачи тепла

Как всем известно, тепло определяется хаотическим колебательным движением микрочастиц. Тепло свойственно всем материальным телам, а движение тепла от более теплых к более холодным всегда происходит тремя способами:

  • кондукцией (или теплопроводностью)
  • конвекцией (или движением воздуха)
  • излучением (или лучеиспусканием, радиацией)
  • При этом надо заметить, что перенос тепла излучением принципиально отличается от первых двух. Разница заключается в том, что перенос энергии излучением не зависит ни от температурного градиента, ни вообще от температуры среды, через которую этот перенос происходит. Важной величиной, влияющей на поток энергии, который переносится излучением, является только температура излучателя (так, например, солнечное излучение беспрепятственно проходит через безвоздушное пространство космоса с температурой – 270 °C и почти без потерь — через большую толщину воздушной оболочки нашей планеты, нагревая массив Земли).

    Сухой воздух, кислород, азот, водород и почти все другие двухатомные газы являются практически диатермическими — они не поглощают и не излучают энергию тепла и являются для нее просто «прозрачными». Только достаточная относительная влажность в воздухе является преградой для прямого прохождения через нее излучающего тепла. Таким образом — сухой воздух, который не движется и не передает тепло с помощью конвекции — действительно является идеальным теплоизолятором. Но только для одного способа передачи тепла — для теплопроводности. Для излучения же он — прозрачен. Для конвекции — он может работать с целью теплопередачи, но только при наличии соответствующего движения воздушных масс.

    В большинстве тепловых процессов участвуют все три способа передачи тепла. Точно так же и в процессе отопления (или охлаждения) здания важным является не только конвекционное тепло (то-есть температура именно ВОЗДУХА в помещении), а прежде всего — излучающее. Ведь человек — это теплокровное существо и его тело постоянно излучает в окружающее пространство тепловую энергию. При этом, человек своим телом ощущает не только температуру воздуха вокруг себя, но он ощущает и температуру твердых тел своего окружения.

    Так в помещении — человек ощущает температуру всех ограждающих его поверхностей — стен, потолка, пола, мебели, других больших твердых предметов. При этом температура воздуха в помещении меньше ощущается человеком, чем температура твердых тел, так как именно эти тела поглощают тепло, излучаемое человеком, если они значительно холоднее его собственного. Холодные тела на расстоянии ощущаются человеком как сквозняк или неприятный «сосущий» холод, они вызывают дискомфорт и физические заболевания.

    Исследования в многочисленных НИИ Германии показали, что при холодных ограждающих поверхностях для более менее-комфортного ощущения человеку необходимо подогреть воздух в помещении до температуры от + 25 °C и до + 27 °C. Но часто и при таком перегреве воздуха — человеку все еще не комфортно и ощущение сквозняка не покидает его (бабушки, привыкшие жить в доме с печкой (излучающее тепло) часто говорят, что бетонные стены «высасывают из них жизненное тепло», в чем они вообщем-то правы, достаточно точно описывая происходящий физический процесс). Таким образом, отапливая помещения с помощью радиаторов или конвекторов, мы пытаемся обогреть его конвекционно, то-есть именно с помощью наилучшего теплоизолятора: теплого воздуха, который должен переместится по всей комнате — и прогреть ее.

    Отопление

    Те же исследования доказали, что при хорошо утепленных ограждающих конструкциях, уже при температуре воздуха в + 18 °C, человек чувствует себя совершенно комфортно если окружающие его твердые тела (стены) излучают тепло, то-есть имеют температуру выше температуры воздуха (+ 22 °C + 26 °C). Таким образом, обогревая дом с помощью излучающих тепло стен, мы можем не только экономить на энергопотреблении (ведь температура в помещении может опускаться до + 18 °C без ущерба для человека), но также можем сделать проживание более здоровым и комфортным для человека (ведь вдыхать в легкие человека воздух выше + 18,3 °C врачи считают вредным).

    Конвекционное отопление / кондиционирование

    Всем нам «привычная» принятая «принятая» температура воздуха в помещении на уровне от + 22 °C до + 25 °C (при нормальной влажности) — это всего лишь дань нашей неправильной системе отопления, основанной на конвекции. Кстати, ученые установили, что когда температура воздуха в помещении поднимается выше + 19 °C, человек начинает испытывать холодовой дискомфорт, который прекращается только при температуре воздуха около + 30 °C. Объясняют это тем, что при температуре воздуха выше + 18,3 °C происходит пересыхание предметов и стен, что приводит к увеличению испарений влаги с кожи и легких человека и, соответственно, увеличением теплопотерь его тела — соответственно — ощущению прохлады.

    То-есть, конвекционный обогрев помещений (с помощью радиаторов и конвекторов) является более энергозатратным и нерациональным. В процессе такого обогрева перегревается и пересушивается так необходимый для жизнедеятельности человека воздух (что является причиной частых заболеваний дыхательных путей). На обогревательных приборах (от высокой температуры теплоносителя) сжигается и перегорает пыль, поднимаясь в воздух и загрязняя его.

    Негативные последствия присутствуют не только при конвекционном отоплении, но и при охлаждении (кондиционировании) зданий. Система охлаждения воздухом более энергозатратна, так как требует более сильного охлаждения. Кроме того — охлажденный воздух очень легко улетучивается через открытую дверь или окно (в то время как холодный массив твердых тел надолго сохраняет холод, даже при открытых окнах и частой смене воздуха).

    Во влажной среде кондиционеров со временем образуется рассадник вредной микрофлоры вплоть до туберкулезной палочки. Многие до сих пор ошибочно ассоциируют холодный воздух (выдуваемый кондиционером в помещение) со свежим воздухом, наивно полагая, что кондиционеры исполняют роль проветривания... Это не так. Замкнутый объём воздуха, обработанный кондиционером, вреден для здоровья человека, вынужденного им дышать. В фильтрах накапливаются бактерии и микробы, которые постепенно раздуваются и успешно распространяются по всему помещению. Холодные потоки из кондиционеров могут вызывать неприятные ощущения у людей. Большой перепад температуры воздуха (от + 38 °C снаружи до + 24 °C внутри) очень негативно сказывается на здоровье человека и приводит к простудам и другим заболеваниям.

    Под итожим. Конвекционные системы отопления и кондиционирования зданий являются наиболее распространенными в нашей стране и имеют существенные недостатки, а именно:

    • При конвекционной системе отопления внешние стены должны нагреться с помощью вещества с наименьшей теплопроводностью (воздуха) и они всегда имеют температуру ниже воздуха в помещении. Это приводит к недостаточному прогреву внешних стен, смещению точки росы к их внутренней стороне, постоянному выпадению конденсата и сырости.
    • Пыль на радиаторах сгорает и поднимается в воздух, оседая в виде грязи на стенах и на легких человека.
    • Воздух все время движется в помещении вызывая ощущение сквозняка: возле отопительных приборов резко нагретый воздух поднимается вверх, постепенно заполняет помещение под потолком (перегревая верхнюю часть, где находится голова) и охлаждаясь опускается вниз (где мерзнут ноги).
    • При конвекционной системе отопления воздух в помещении перегревается и пересушивается, что приводит к учащению появления заболеваний дыхательных путей у жителей.
    • Конвекционное отопление характеризуется значительными энергозатратами, вследствие необходимости поддержания в помещениях завышенной температуры воздуха, по причине наличия недостаточного теплового излучения от стен и искусственной циркуляции воздуха (которая дает охлаждающий эффект). Уменьшение температуры воздуха в помещении во время отопительного сезона всего на 1 °C обеспечивает экономию средств на отопление до 10 %.
    • Кроме того теплый или холодный воздух легко и быстро улетучивается через открытую дверь или окно, унося с собой и нагретый (охлажденный) воздух, то-есть вентиляция при конвекционном отоплении и охлаждении работает «против» системы отопления.
    • Охлаждение (кондиционирование) здания конвекционно (с помощью кондиционеров или фэнкойлов (fancoil)) способствует накоплению и распространению в помещении бактерий
    • Конвекционное охлаждение вредно для здоровья человека, так как эффект охлаждения, при охлаждении холодным воздухом, достигается с помощью нездоровой для человека дельты температур воздуха (разница между температурой воздуха внешнего и внутреннего миров не должна превышать 6-8 градусов!).

    Отопление

    На сегодняшний день в нашей стране, к сожалению, имеет место очень сильное недооценивание значения теплового излучения окружающих человека твердых тел для его здоровья и комфортности ощущений. Человеческий организм способен принимать больше 99 % теплового излучения, попадающего на кожу. Тепловое излучение (в отличии от конвекции) — является физиологическим и эргономическим для человека. Ведь с давних времен он был подвержен прежде всего именно солнечному излучению.

    Тепло от печи, солнца или излучающей поверхности стены воспринимается верхним слоем кожи человека. При наличии теплового излучения в помещении комфортное ощущение тепла возникает у человека при гораздо более низких температурах воздуха (все знают, как приятно выйти весной на прохладный воздух (+ 14 °C + 16 °C), когда солнышко своими лучиками напрямую согревает щечку — поднимая настроение и создавая ощущение комфорта).

    Излучающие плоскости стен

    Системы отопления и охлаждения излучающими плоскостями более экологические, они комфортнее и полезнее для здоровья человека и являются более энерговыгодными. Они требуют большей плоскости поверхности, но менее высокой температуры теплоносителя. По-этому теплопотери на пути теплоносителя от источника к отопительному прибору значительно уменьшаются. При этом следует отдавать предпочтение именно излучающим поверхностям стен, а не пола, так как человек больше времени находится именно в вертикальном положении (сидит, стоит или ходит) и большая поверхность его тела может принять тепловое излучение от стен, чем от пола. Опыт показал, что после 5 лет жизни в доме с теплыми полами у людей замечаются проблемы с циркуляцией крови, у них постоянно мерзнут ноги и ухудшается иммунитет. Ведь испокон веков человек ходил по прохладным поверхностям (влажная земля), а тепло получал сверху и сбоку (излучение солнца).

    Излучающие отопительные системы являются более комфортными и здоровыми для человека. Они позволяют летом не перегревать, а зимой не переохлаждать воздух. Избавляют человека от неприятных для него движений воздушных потоков. Они не приводят к пересушиванию воздуха, не сжигают пыль. С помощью системы отопления теплыми стенами, экономится энергия и создается здоровое внутреннее пространство в помещении с комфортной атмосферой, близкой к 50% влажностью и полезной для легких человека температурой воздуха до + 18 °C во время отопительного периода, и дельтой не превышающей 6-8 градусов — во время охлаждения летом.

    Излучающие плоскости стен могут использоваться как зимой для здорового обогрева, так и летом для здорового охлаждения здания. Ведь просто снизив температуру теплоносителя, который двигается по трубам в толще стены, систему отопления можно превратить в систему кондиционирования. При этом тепло из человека будет напрямую «высасываться» холодными поверхностями стен, а воздух в помещении будет близок по своей температуре к наружному, обеспечивая тем самым здоровую для человека дельту температур. Охлажденный теплоноситель просто «снимает» излишки тепла с твердых поверхностей стен, охлаждая тем самым и весь дом, и его жителей, но оставляя при этом минимальную разницу температуры воздуха между внутренней и внешней. Так при температуре наружного воздуха + 38 °C и наличии «холодных» стен с температурой + 22 °C — уже при температуре воздуха в помещениях + 30 °C человек чувствует себя совершенно комфортно (и эта дельта воздушных температур до 8 градусов не сказывается негативно на его здоровье, при пересечении «границы — внутри-снаружи», так как «излишки» тепла из тела человека излучаются напрямую в «холодные» стены, а температура воздуха вокруг человека не является принципиальной в ощущении комфорта). Эксперименты показали, что при таком положении дел, человек субъективно уверен, что окружающий его воздух имеет температуру около + 26 °C, при этом все подопытные отмечают приятность атмосферы, легкость дыхания и отсутствие сквозняков.

    Использование принципа излучения в системах отопления и охлаждения менее энергозатратно, позитивно влияет на здоровье человека и помогает избежать негативных последствий повышенной влажности в помещении, а именно:

    • Отопление излучением обеспечивает ощущение теплового комфорта в помещении при более низких температурах воздуха.
    • Во время отопительного сезона человек может дышать наиболее полезной для него температурой воздуха до + 18 °C, то-есть уменьшается нагрузка на дыхательные пути, а тем самым — и количество заболеваний.
    • Воздух меньше загрязняется, пыль не перегорает, не поднимается в воздух, не оседает грязью на стенах и легких человека.
    • Экономится энергия: ведь более низкая температура теплоносителя в системе означает меньшие теплопотери на пути от источника энергии до отопительного прибора.
    • При более низкой температуре воздуха уменьшается и давление нагретого воздуха, значит уменьшаются и теплопотери всего здания.
    • Вследствие отсутствия постоянного движения воздуха в помещении (как при конвекционном отоплении) уменьшается неприятный эффект охлаждения тела человека.
    • Конденсат не образовывается на внешних стенах (так как они теплые), то-есть исключается образование грибков и плесени, с последующим негативным влиянием на здоровье человека, риском для аллергиков и астматиков
    • Тепловая энергия накапливается в (хорошо утепленном снаружи) массиве стены, пригодном для ее аккумулирования (а не в воздухе, наихудшем теплопроводнике). Это позволяет качественно проветривать помещения почти без потери тепла в нем.
    • Нагретая зимой (или охлажденная летом) массивная излучающая поверхность стен обеспечивает стабилизацию микроклимата в помещении, создавая тем самым здоровую и комфортную атмосферу.
    • Охлаждение за счет собирающих тепло (холодных) поверхностей, основывается не на охлаждении воздуха, а на охлаждении твердых тел (в том числе и человека) напрямую, с помощью поглощения излученного тепла. Таким образом возможно сохранить здоровую дельту температуры воздуха внутреннего и внешнего пространства, убрав перегрев здания.


    Использование материалов сайта возможно только с разрешения администратора и только со ссылкой на этот сайт!