Лучистое отопление дома — хорошо забытое старое

Лучистое отопление дома — хорошо забытое старое

Лучистое отопление дома — хорошо забытое старое

В этой статье: лучистое отопление — 10 000 лет истории; первые системы лучистого отопления; русская печь — генератор инфракрасных лучей; лучевое тепло человеческого тела; виды современных бытовых систем лучевого отопления; в завершении — условия, при которых лучевое отопление будет выгоднее конвективного.

Примерно 200 лет назад системы отопления наших домов стали перерождаться, популярные тысячелетиями печи и камины были названы архаизмами, их заменила система водяного отопления, дающая конвективное тепло.

На лучевом тепле в течение века был поставлен крест, его списали в утиль, однако исследования учёных, проведённые за последние полвека, показывают совершенно обратное — лучевое тепло по своим характеристикам превосходит конвективное, причём по целому ряду характеристик.

Предлагаем разобраться в этом вопросе и выяснить, чем же лучистое отопление лучше конвективного.

История отопления — от лучевого к конвективному и… опять к лучевому?

На протяжении тысячелетий первым и единственным источником отопления в человеческом жилище был костёр, а сам способ отопления — конвективно-лучевой. Во время горения костра в примитивной печи-каменке и после этого, при тлении кострища, от каменного портала исходили инфракрасные лучи, а вследствие конвекции нагревался воздух в помещении.

Очевидный недостаток такого способа отопления — при горении костра жилище наполняли дымовые газы, создавая невыносимую атмосферу. Поэтому в верхней точке кровли домов выполнялось отверстие дымохода, через которое улетучивался горячий дым вместе с нагретым воздухом, основная ставка делалась на лучевое отопление, т. к.

его интенсивность не зависела от степени нагрева воздуха.

Две тысячи лет назад были созданы новые системы отопления, основанные на каналах под поверхностью каменных полов, по которым двигались дымовые газы от растопленных печей, нагревая полы своим теплом (гипокауст (Др.

Рим), глория (Испания), ондоль (Корея), дикан (Китай) и др.). Население Европы между тем использовало частично модифицированный вариант костра — обложенный булыжниками очаг, топящийся по-чёрному.

Только к XV веку европейцы усовершенствовали каменный очаг, подведя к нему вытяжную трубу, сколоченную из дерева.

Отопительна система гипокауст

В XVII веке в замковых и дворцовых комплексах России и Европы была популярна «русская система» отопления — воздухозаборная шахта проходила вплотную к стенке печи и вдоль неё, где воздух нагревался и вследствие конвекции поднимался по разветвлённым кирпичным каналам к помещениям, которые необходимо было отапливать. Отдав тепло, воздух из помещений уходил по вытяжным каналам за пределы здания. Отопительная система такой конструкции полностью исключала возможность проникновения дымовых газов в жилые помещения, что было по тем временам удивительным ноу-хау. Данная система отопления, получившая название «огневоздушная система», пользовалась нарастающей популярностью до середины XIX века, однако к его концу перестала пользоваться спросом, чему способствовали постоянный низкочастотный гул в воздуховодах, чрезмерная сухость воздуха, пригорание пыли с отложением пылевой сажи на стенах и предметах интерьера.

В конце XVIII века французский инженер Жан-Симон Боннеман изобрёл и построил первую систему водяного отопления, циркуляция теплоносителя в которой осуществлялась естественным путём.

Спустя полвека в России появилась система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, разработанная профессором Петром Григорьевичем Соболевским.

Конвекционные водяное, паровое и огневоздушное виды отопления набирали популярность год от года, во многом благодаря техническому прогрессу, появлению и развитию централизованных источников нагрева теплоносителя и систем для его доставки к объектам потребления.

В пользу конвективного водяного отопления сыграло масштабное строительство типовых многоэтажек с минимальным утеплением фасадов, низкокачественным перекрытием оконных и дверных проёмов — лучевое отопление эффективно только в хорошо утеплённом здании.

Однако спустя 150 лет учёными было установлено, что восприятие лучевого отопления гораздо ближе человеку, чем конвекционный нагрев воздуха. Причём не только человеку, но и предметам быта, а также материалам, использованным при внутренней отделке помещений.

Отопление в быту — реалии

Приходилось ли вам зимой находиться в неотапливаемом или плохо отапливаемом помещении — школьном классе, аудитории института или в актовом зале при каком-то учреждении? В ответ на недовольство собравшихся преподаватель (лектор) успокаивает — ничего, надышим и через полчасика тепло будет.

И действительно, через некоторое время становиться теплее, но причина этого вовсе не связана с термином «надышали» — присутствующие согрели атмосферу помещения тепловым излучением, генерируемым собственными телами.

Исходящие от тел присутствующих в аудитории инфракрасные лучи нагревают расположенные вблизи них предметы, те, в свою очередь, генерируют собственное излучение, передавая его соседним предметам, а тепло своих поверхностей — воздуху.

Каждый и любой объект, имеющий температуру более абсолютного ноля по Кельвину (или –273,15 °С), излучает инфракрасные лучи.

Излучение тем интенсивнее, чем выше температура объекта — к примеру, человеческое тело при его нормальной температуре (от 36,6 до 37 °С) генерирует инфракрасные лучи средневолнового диапазона, с длиной волны от 5 до 25 мкм.

Расход человеческой энергии на инфракрасное свечение сокращается при условии повышения температуры окружающей среды, но не воздуха, а ограждающих конструкций (стен, потолка и пола) и предметов мебели.

Дело в том, что воздушная среда прозрачна и проницаема для инфракрасных лучей, соответственно, холодные стены и пол будут тянуть инфракрасное тепло из человеческих тел даже при 25-ти градусной температуре воздуха в помещении — это лучистый теплообмен, объясняемый законами Планка и Стефана-Больцмана.

Поколения горожан привыкли к условиям жизни в кирпичных и панельных домах, пытаясь компенсировать расходы инфракрасной энергии тела, уходящей на обогрев ограждающих конструкций, с помощью электроконвекторов разного рода.

В памяти горожан отложилась смутная убеждённость о значимости деревянных стен в доме, которые способны «дышать», компенсируя влажность воздуха — действительно, такая способность у ничем не окрашенных брусовых и бревенчатых стен имеется, однако главную роль в деревянных домах играли вовсе не они, а русская печь.

Массивной конструкции русской печи отводилось значительное место в доме, она отлично держала тепло и обогревала весь дом именно инфракрасным излучением.

Никакая водяная или воздушная система отопления не сравнится по своим отопительным возможностям с русской печью! К слову, именно из-за лучевого способа прогрева выпечка в русской печи получается гораздо аппетитнее и вкуснее, чем в самой современной духовке, принцип приготовления в которой основан на раскалённом воздухе (огневоздушная система).

Свойства лучистой энергии с позиции отопления исследовались лабораторией при Йельском университете, финансируемой фондом Джона Бартлетта Пирса — результаты эксперимента, проведённого с участием добровольцев, оказались весьма показательными.

На первом этапе испытуемых помещали в небольшую комнату с искусственно охлаждёнными стенами, температура воздуха в ней поддерживалась при помощи тепловентиляторов на уровне 50 °С — добровольцы, одетые в лёгкую одежду, после пребывания в этом помещении жаловались на сильный холод.

Во время второго этапа температуру воздуха намеренно понизили до 10 °С, а стены нагрели при помощи встроенных внутрь труб, по которым циркулировала горячая вода — испытуемые, одетые всё так же легко, при нахождении в этом помещении обильно потели, им было жарко.

Впрочем, проверить и лично испытать на себе «вампиризм» холодных и «донорство» нагретых стен каждый из нас может в любое время — нужно всего лишь подойти и встать перед стеной.

Зимой вы почувствуете исходящий от неё холод, т. к. образующий стену материал будет поглощать исходящие от вас инфракрасные лучи, летом — ощутите тепло, т. е.

уже ваше тело будет впитывать инфракрасное излучение, полученное стеной от Солнца в течение дня.

Описание систем лучистого отопления

Идеальным источником лучистого обогрева была и остаётся массивная печь, однако в условиях квартиры или офиса, да и во многих частных домах устроить такую печь нереально. Рассмотрим современные системы лучистого отопления, позволяющие обойтись без такой печи — «тёплый пол», стеновые и потолочные излучающие панели.

Системы «тёплых полов» различаются по конструкции и принципу отопления:

  • к конвективным относятся любые системы с водяным теплоносителем, а также кабельные, кабельные с укладкой в теплоизоляционные плиты и плёночные (греющие маты — тонкий кабель, размещённый в сетчатой основе);
  • лучевое тепло вырабатывают углеродные плёночные (греющий элемент — полосы графита, запаянные в плёнку из полиэстера) и стержневые полы (их греющие элементы также выполнены из графита).

Панели, устанавливаемые на стены, представляют собой модульные блоки из медной трубы, теплоносителем в них выступает горячая вода.

Теплопередача лучевого тепла у стеновых панелей с циркулирующей горячей водой при температуре 40 °С составляет порядка 80%, остальные 20% приходятся на конвекцию — это связано с допустимо высокой температурой теплоносителя, превышающей предельно установленные европейскими стандартами 30 °С для «тёплого пола».

Медные модульные блоки устанавливаются на поверхность стены при помощи горизонтальных или вертикальных штанговых опор, перед этим на поверхность стены монтируется слой утеплителя с алюминиевой фольгой.

После установки стеновые панели заделываются 350 мм слоем штукатурки, закрываются гипсокартоном или другими жёсткими покрытиями.

Помимо внешней установки модульные блоки для лучевого отопления могут устраиваться внутрь бетонных стен — крепятся к армирующей раме с последующей заливкой бетоном.

К достоинству стеновых панелей относится более низкая тепловая инерция, по сравнению с «тёплыми полами», что особенно удобно для зданий с периодическим режимом отопления. Следует заметить, что для эффективного отопления стеновым панелям необходимо свободное пространство по периметру стен, в которых они установлены — при большом количестве корпусной мебели использовать их нерационально.

Первые модели потолочных излучающих панелей были созданы задолго до «тёплых полов» и стеновых панелей, интерес производителей к ним объяснялся просто — потолок, а значит, и потолочные панели, располагался дальше всего от домочадцев, что позволяло разогреть панели до высоких температур без какого-то ущерба для человека.

Максимальная температура современных потолочных панелей зависит от высоты потолков — оптимальный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой поверхности лучевой панели находится на уровне 10 °С.

Современные потолочные панели не встраиваются в перекрытия — устанавливаются на поверхности потолка, что позволяет упростить их монтаж и обслуживание.

В завершении

Популярность конвекционного отопления сегодня связана лишь с тем, что большинство домов обладают минимальными теплоудерживающими характеристиками — раньше это не интересовало проектировщиков и строителей, т. к. их задачи были ориентированы на удешевление проектов.

Отсюда светящиеся по ночам в инфракрасных детекторах дома, колоссальные затраты на тепловое обеспечение и частый косметический ремонт.

И именно по причине высоких потерь тепла через оконные проёмы радиаторы отопления устанавливались непосредственно под ними — чтобы отсечь поступающий через щели оконных рам и через их остекление холодный воздух с улицы.

Конвективное отопление позволяет быстро и относительно недорого обогреть неутепленные помещения, однако не позволяет избежать иссушения воздуха, холодного воздуха на уровне пола (наиболее тёплый слой воздуха собирается у потолка), постоянного заплесневения стен в холодный сезон (по причине отложения влаги на их холодных поверхностях) и потребности в частом косметическом ремонте — приведённые факты неоспоримы.

Если ограждающие конструкции дома выполнены из древесины, кирпича или железобетона, с внешней (уличной) стороны выполнено утепление (сэндвич-панелями, теплоизоляционными материалами с последующим оштукатуриванием и т. д.

), а в оконных и дверных проёмах установлены современные двери и окна с достаточно низкими показателями по теплопроводности, то решение проблемы отопления при помощи лучевой системы обогрева вполне себя оправдает.

С другой стороны, при утеплении ограждающих конструкций изнутри помещения, выполняемом особенно часто в многоэтажных домах советской постройки, строить отопительную систему на инфракрасном обогреве бессмысленно, т. к.

материал, из которого выполнены стены, нагреваться и отдавать тепло в виде излучения не будет, ведь поверхности стен теплоизолированы утеплительными материалами.

С учётом новых требований по теплозащите зданий, изложенных в СНиП 23-02-2003, системы лучистого отопления вполне могут перехватить первенство у конвективного отопления.

Домочадцам любого возраста будет гораздо приятнее и полезнее воспринимать инфракрасные лучи определённого волнового диапазона, чем находиться в воздушном «аквариуме» с постоянно холодными стенами, заполненном нагретым в результате конвекции воздухом и взвешенной пылью.

рмнт.ру

10.09.18

RMNT.RU

Источник: http://www.xn--80ajaudsfwe.xn--p1ai/stroitelstvo/luchistoe-otoplenie-doma-xorosho-zabytoe-staroe/

Отопление дома — для жильцов!

Лучистое отопление дома — хорошо забытое старое

Ранее, в разделе “Коттедж” и подразделе “Инженерные системы” мы затрагивали статью “Системы отопления для коттеджа”, где вкратце коснулись темы организации отопления в доме. Сегодня, в статье “Отопление дома — для жильцов!” расширим и углубим тему. 

Отопление дома — для жильцов! Что имеется в виду? А то, что когда вы планируете устроить у себя новую систему отопления (или заменить старую), то лучше всего ориентироваться на то, что нужно именно вам. Для того, чтобы не оказаться гордым владельцем неэффективной системы отопления, нужно учитывать, что при подборе для себя необходимо учесть ряд её интересных характеристик:

  1. Отопление дома должно быть более надёжным в смысле эксплуатации и, как следствие этого, более долговечным – в смысле срока службы. Долговечность весьма актуальна, поскольку система отопления являет собой сложную разветвлённую сеть труб, интегрированных в тело здания, является его составной и неотъемлемой частью. Применительно к системе отопления надёжность заключается в её безаварийности в смысле уменьшения вероятности поломок и протечек, и высокой ремонтопригодности. Ремонт системы отопления весьма болезненная процедура, а полная замена труб по степени бедствия равнозначна пожару.
  2. Система отопления должна обладать стабильными гидравлическими характеристиками и тепловой устойчивостью (возможностью управления и предсказуемостью потоков теплоносителя в трубах). То есть, чтобы тёплая вода не стала вдруг “застаиваться” где не надо, и не доходить туда, куда нужно.
  3. Она должна быть более теплоёмкой и, как следствие этого, более теплоинерционной. То есть нужно располагать возможно большим запасом горячего теплоносителя (энергии) для того, чтобы в случае аварии или сбоя в системе отопления дом как можно дольше оставался тёплым. Это актуально в первую очередь для дома из кирпича.
  4. Система должна иметь низкое гидросопротивление. Чем оно ниже, тем система лучше. Для этого путь теплоносителя должен быть по возможности свободен от препятствий, таких как изгибы, сужения, углы, изменения направления потока. На пути должно быть поменьше разного рода приборов, создающих препятствия – вентилей, регуляторов и так далее. В идеальном случае гидросопротивление может быть настолько низким, что теплоноситель (вода) циркулирует в системе отопления сам под действием законов физики, согласно которым более тёплые массы поднимаются наверх, а холодные опускаются вниз, замещая их. Именно так действуют системы отопления с естественной циркуляцией.
  5. Лучше всего системе быть электронезависимой – с целью обеспечения жизнестойкости дома. Это актуально, когда люди не проявляют беспечности и, кроме газового или солярного котла, устанавливают котёл на твёрдом топливе и имеют запас дров на зиму. Кстати, русское слово беспечный, как раз и говорит о людях беззаботных настолько, что они даже не имеют печи. 
  6. Система должна по возможности продуцировать тепло более высокого качества.

Что такое “тепло более высокого качества”? Как вообще у тепла может быть качество? Ну, дело вот в чём. Тепло — это не что иное, как скорость движений молекул. Чем быстрее двигаются молекулы, тем более нагрето тело. Чем холоднее тело, тем медленнее двигаются молекулы. Соответственно, абсолютный ноль — это когда ни одна молекула не двигается. 

Соответственно, существует несколько способов передачи тепла, то есть, ускорения движения молекул. 

  1. Первый способ — это теплопроводность. Характерна в первую очередь для твёрдых тел. В источнике тепла молекулы двигаются быстро, они соприкасаются с менее быстро двигающимся слоем и начинают его “колбасить” — то есть, разогревать. Соответственно, нагретый следующий слой непосредственно контактирует с третьим слоем, ускоряет движения молекул уже в нём — и так далее. 
  2. Второй способ — это конвекция. Характерна для жидкостей и газов. Принцип: источник тепла нагревает (то есть, ускоряет движение молекул) порцию жидкости (газа), она меняет свои свойства, становится легче и “всплывает” вверх. На её место приходит не-нагретый холодный воздух (или вода), где молекулы двигаются медленнее, и так далее, получается круговорот тёплых и холодных масс.
  3. Третий способ передачи тепла — это тепловое излучение. В данном случае нагретое тело излучает электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне. Эти электромагнитные волны “летят” до окружающих предметов, и дистанционно, без непосредственного контакта с источником тепла, заставляют молекулы этих предметов двигаться быстрее. Соответственно, предметы, окружающие источник, нагреваются. Примеры: костёр, печка.  

Предполагается, что обычное, наиболее часто встречающееся в случае с системой отопления тепло — конвекционное — имеет низкое качество. То есть, батарея (или тепловой вентилятор) греет воздух, а воздух уже греет человека.

Чем плох нагрев воздуха? Дело в том, что когда нагрет воздух, а окружающие предметы — стены, потолок, пол, мебель и т.д. холодные, то в таком помещении некомфортно находиться.

Возникает ощущение “нежилого помещения”, временного жилья и отсутствует уют. 

Естественно, со временем температура воздуха поднимается настолько, что стены, потолок, пол и мебель нагреваются, то они начинают излучать тепло самостоятельно.

И если вдруг охладится воздух, то в комнате некоторое время будет нормальная температура за счёт того, что остывают стены и делятся своим теплом.

В данном случае тепло передаётся в первую очередь не конвекционно, через нагретый воздух, а путём теплового излучения. 

Почему лучевая передача тепла — более хороший вариант, чем конвекция?

Потому что тёплый человек, находящийся в помещении с прогретым воздухом, но холодными стенами, играет роль энергетического донора – он постоянно обогревает их своим инфракрасным (лучистым) теплом, так же как костер обогревает сидящих вокруг него людей. Ведь человек имеет температуру тела 36 градусов Цельсия, а каменные стены, например, обычного панельного дома нагреваются в лучшем случае до температуры 20 градусов, при температуре воздуха в помещении 24 градусов Цельсия. 

Соответственно, интересной становится закономерность: чтобы компенсировать постоянные потери инфракрасного (лучевого) тепла человек вынужден больше питаться, есть более калорийную (жирную) пищу, пить более крепкие спиртные напитки, иметь больший жировой слой. 

Таким образом, если обобщить, то можно сказать, что

  • более высокое качество у тепла тогда, когда оно передаётся лучистым путём, путём излучения инфракрасных волн,
  • тогда как передача тепла с помощью диффузии тёплого воздуха, конвекционно — менее качественный тип. 

Естественно, на вкус и цвет товарища нет — однако личные наблюдения в данной области позволят вам вынести своё собственное суждение на высокое или низкое качество тепла. Мы же идём дальше. 

Сравним с точки зрения конвекции и инфракрасного излучения современные пластинчатые радиаторы и древние чугунные радиаторы. Какие из них какой способ передачи тепла преимущественно используют? 

Современные пластинчатые радиаторы — это по своей сути конвекторы. Они отдают более 70% своего тепла уже конвективным путём, имеют минимальный объём теплоносителя, легки и элегантны.

 Мы поставим вам тонкие трубы, небольшие, компактные, но тёплые (раскалённые докрасна) элегантные конвекторы.

Чтобы всё это заработало, мы установим мощный насос (насосы) и прокачаем эти несколько канистр теплоносителя – рано, или поздно, или никогда… Сэкономив на материалах – радиаторах и сечении труб однажды, хозяин такого «богатства» обрекает себя на постоянные мучения.

С другой стороны, чугунные радиаторы передают тепло преимущественно в виде излучения.

Чугунный радиатор надёжен, долговечен и неприхотлив, имеет низкое гидросопротивление и поэтому прекрасно ведет себя в любых системах отопления, в том числе с естественной циркуляцией теплоносителя.

К тому же чугунный радиатор теплоинерционен — имеет большой объём теплоносителя, а толстые стенки делают его больше излучающим прибором, чем конвекционным. 

То есть, передача тепла при отоплении дома в виде теплового излучения реальна. 

Учтём ещё несколько нюансов. Так, по законам физики правильно красить радиаторы не в белый, а в чёрный цвет. Чем чернее прибор – тем больше он излучает (и поглощает) тепла.

Художники не зря разделяют краски на тёплые и холодные, такое свойство цвета люди чувствуют интуитивно. В жарких странах носят белые одежды, предпочитают белые автомобили и белят дома – чтобы поменьше нагревались.

Лучевая теплоотдача белого радиатора при перекрашивании его в чёрный матовый цвет увеличивается примерно на 20%. Вот пример чёрной батареи в интерьере: 

Ещё одна интересная деталь. Радиаторы (и конвекционные, и чугунные) делают ребристыми, чтобы увеличить площадь отдачи тепла. То есть, если брать в теории, то чем больше рёбер, тем лучше, тем больше теплового излучения передаётся от радиатора.

На практике этого не происходит потому, что рёбра “смотрят” друг на друга и облучают тепловым излучением не жильцов, а друг друга. Повысить лучевое излучение от радиаторов можно, если устанавливать не 10 секций подряд, а то же количество — но на некотором расстоянии друг от друга. А ещё лучше — отделить их друг от друга и от стенки фольгой.

Фольга отражает тепловое излучение и в большей степени передаёт его не радиатору, а обитателям дома. 

Также интересный способ повысить лучистое КПД от радиаторов — утеплить их “сзади”, и обложить кирпичом спереди.

Радиаторы будут греть кирпич, не будут отдавать тепло наружу из-за утепления, а уже нагретый кирпич будет отдавать лучистое тепло людям в комнате.

На самом деле такое решение довольно давно известно, и применялось в первую очередь в детских садах — это одновременно защищало детей от горячих батарей. 

Важно учитывать, что отопление дома за счёт теплового излучения действительно актуально только тогда, когда дом действительно ХОРОШО утеплён, иначе теплопотери будут намного большими, чем если для отопления используется конвекционный способ.

Также важно, что источниками лучистого тепла должны быть в первую очередь пол и потолок, тогда как стены (для уменьшения теплопотерь) должны нагреваться минимально, только чтобы не вызывать дискомфорт (примерно до 22-24 градусов Цельсия).

 

Вывод: отопление дома должно создаваться для жильцов, и лучше использовать для отопления в первую очередь тепловое излучение. 

По материалам http://жива-хата.рф/info/page/239

Отопление дома — для жильцов!

Источник: http://interesko.info/otoplenie-doma-dlya-zhilcov/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.