Indholdet af artiklen
- Opvarmningens historie – fra strålende til konvektiv og … igen til strålende?
- Opvarmning derhjemme – virkelighed
- Beskrivelse af strålevarmesystemer
- I slutningen
I denne artikel: Strålevarme – 10.000 års historie; de første strålevarmesystemer; Russisk komfur – generator af infrarøde stråler; strålevarme fra den menneskelige krop; typer af moderne husholdningsstrålevarmesystemer; i slutningen – de forhold, under hvilke stråleopvarmning vil være mere rentabel end konvektiv.
For cirka 200 år siden begyndte vi at genfødes opvarmningssystemer i vores huse, komfurer og pejse, der var populære i tusinder af år, blev kaldt arkæmer, de blev erstattet af et vandvarmesystem, der giver konvektiv varme. I løbet af et århundrede blev der lagt et kors på den strålevarme, det blev afskrevet til skrot, men undersøgelserne af videnskabsfolk, der er foretaget i det sidste halve århundrede, viser det modsatte – strålevarme overgår konvektiv varme i dens egenskaber og i en række egenskaber. Vi foreslår at forstå dette problem og finde ud af, hvorfor strålevarme er bedre end konvektiv.
Opvarmningens historie – fra strålende til konvektiv og … igen til strålende?
I tusinder af år var den første og eneste opvarmningskilde i en menneskelig bolig en brand, og selve metoden til opvarmning var konvektiv bjælke. Under afbrænding af en ild i en primitiv komfur, og efter det, da ilden blev ulmende, strålede infrarøde stråler fra stenportalen, og som et resultat af konvektion blev luften i rummet opvarmet. Den åbenlyse ulempe ved denne opvarmningsmetode er, at når en brand brændte, blev huset fyldt med røggasser, hvilket skabte en uudholdelig atmosfære. Derfor blev der på toppen af hustagene lavet et skorstenhul, hvorigennem varm røg slap ud sammen med opvarmet luft, den største indsats blev skabt ved strålevarme, da dens intensitet ikke afhængig af graden af luftopvarmning.
For to tusinde år siden blev nye varmesystemer oprettet, baseret på kanaler under overfladen af stengulve, gennem hvilke røggasser fra smeltede ovne bevægede sig, opvarmning af gulve med deres varme (hyp Holocaust (Dr. Rome), gloria (Spanien), ondol (Korea), dikan (Kina) osv.). Europas befolkning brugte i mellemtiden en delvist modificeret version af ilden – en pejs dækket med brosten, opvarmet i sort. Først i det 15. århundrede forbedrede europæerne stenharden ved at bringe et udstødningsrør lavet af træ til det.
Varmeanlæg hyp Holocaust
I det 17. århundrede var det “russiske opvarmningssystem” populært i borgens og paladskomplekserne i Rusland og Europa – luftindtagskaftet løb tæt på ovnvæggen og langs det, hvor luften blev opvarmet og på grund af konvektion steg gennem forgrenede mursten til de lokaler, der skulle opvarmes. Efter at have afgivet varmen, gik luften fra lokalerne ud gennem udstødningskanalerne uden for bygningen. Et varmesystem af dette design udelukkede fuldstændigt muligheden for, at røggasser trænger ind i boligkvarteret, hvilket var en fantastisk know-how på det tidspunkt. Dette opvarmningssystem, kaldet “ildluftsystemet”, nød stigende popularitet indtil midten af det 19. århundrede, men i slutningen var det ikke længere efterspurgt, hvilket blev lettet af den konstante lavfrekvente brum i luftkanalerne, overdreven tør luft, forbrænding af støv med deponering af støv sot på vægge og indvendige genstande.
I slutningen af 1700-tallet opfandt og byggede den franske ingeniør Jean-Simon Bonneman det første vandopvarmningssystem, hvor kølemidlets cirkulation blev udført på en naturlig måde. Et halvt århundrede senere dukkede et opvarmningssystem med naturlig cirkulation af kølevæsken, udviklet af professor Petr Grigorievich Sobolevsky, ud i Rusland. Konvektionsvand, damp og brandluftopvarmningstyper har været stigende fra år til år, stort set på grund af tekniske fremskridt, fremkomsten og udviklingen af centraliserede kilder til opvarmning af kølevæsken og systemer til levering til forbrugerobjekter. Konvektiv opvarmning af varmt vand blev foretrukket af den store konstruktion af typiske højhuse med minimal isolering af facader, overlapning af vindues- og døråbninger i lav kvalitet – stråleopvarmning er kun effektiv i en velisoleret bygning.
150 år senere har forskere imidlertid fundet, at opfattelsen af stråleopvarmning er meget tættere på mennesker end konvektionsopvarmning af luft. Og ikke kun for en person, men også til husholdningsartikler, såvel som materialer, der bruges til indretning af lokaler.
Opvarmning derhjemme – virkelighed
Har du nogensinde været i et uopvarmet eller dårligt opvarmet rum om vinteren – et skoleklasserum, et institutforedragssal eller et forsamlingshus på en institution? Som svar på publikums utilfredshed beroliger læreren (forelæseren) sig – intet, vi trækker vejret og om en halv time vil det være varmt. Og faktisk, efter et stykke tid bliver det varmere, men grunden til dette er slet ikke forbundet med udtrykket “åndedrættet” – de tilstedeværende opvarmede atmosfæren i rummet med termisk stråling genereret af deres egne kroppe. Infrarøde stråler, der udspringer fra legeme af de tilstedeværende i publikum, opvarmer objekterne, der er placeret i nærheden af dem, som igen genererer deres egen stråling, overfører dem til tilstødende objekter, og varmen fra deres overflader – til luften.
Ethvert objekt med en temperatur over absolut nul Kelvin (eller –273,15 ° C) udsender infrarøde stråler. Jo højere temperaturen på objektet er, desto mere intens er strålingen – for eksempel den menneskelige krop ved sin normale temperatur (fra 36,6 til 37 ° C) genererer infrarøde stråler i det medium bølgelængdeområde med en bølgelængde på 5 til 25 mikron. Forbruget af menneskelig energi til infrarød stråling reduceres, hvis omgivelsestemperaturen stiger, men ikke luften, men de lukkede strukturer (vægge, loft og gulv) og møbler. Faktum er, at luftmediet er gennemsigtigt og gennemsigtigt for henholdsvis infrarøde stråler, kolde vægge og gulve vil trække infrarød varme fra menneskelige kroppe, selv ved stuetemperatur på 25 grader – dette er strålende varmeudveksling, forklaret af lovene fra Planck og Stephen-Boltzmann.
Generationer af byfolk er vant til levevilkår i mursten og panelhuse og forsøger at kompensere for den infrarøde energi i kroppen, der går til opvarmning af de lukkede strukturer ved hjælp af forskellige typer elektriske konvektorer. I byfolkets minde var der en vag overbevisning om betydningen af trævægge i huset, som er i stand til at “trække vejret” og kompensere for luftens fugtighed – en sådan evne er faktisk til stede i umalet træ og bjælkevægge, men hovedrollen i træhuse blev ikke spillet af dem, men af den russiske ovn.
Den massive konstruktion af den russiske komfur fik en betydelig plads i huset, den holdt varmen perfekt og opvarmede hele huset med infrarød stråling. Intet vand- eller luftvarmesystem kan sammenligne sine varmefunktioner med en russisk komfur! For øvrig er det netop på grund af den radiale opvarmningsmetode, at bagevarer i den russiske ovn viser sig at være meget mere appetitvækkende og velsmagende end i den mest moderne ovn, hvor tilberedningsprincippet er baseret på varm luft (ildluftsystem).
Egenskaberne med strålende energi set fra opvarmningspunktet blev undersøgt af et laboratorium ved Yale University, finansieret af John Bartlett Pearce Foundation – resultaterne af et eksperiment, der blev udført med deltagelse af frivillige, var meget afslørende. I det første trin blev forsøgspersonerne anbragt i et lille rum med kunstigt afkølede vægge, lufttemperaturen i det blev opretholdt ved hjælp af ventilatorvarmere ved 50 ° C – frivillige klædt i let tøj, efter at have opholdt sig i dette rum, klagede over ekstrem kulde. I det andet trin blev lufttemperaturen bevidst sænket til 10 ° C, og væggene blev opvarmet ved hjælp af rør indbygget i det indre, hvorigennem varmt vand cirkulerede – emnerne, stadig klædte som let, svedede voldsomt, mens de var varme i dette rum.
Imidlertid kan hver af os kontrollere og personligt opleve “vampirismen” af kulde og “donation” af opvarmede vægge til enhver tid – du skal bare komme op og stå foran muren. Om vinteren vil du mærke, at kulden kommer derfra, da materialet, der danner væggen, vil absorbere de infrarøde stråler, der udspringer fra dig, om sommeren vil du føle varmen, det vil sige, din krop vil allerede absorbere den infrarøde stråling, der er modtaget af væggen fra solen i løbet af dagen.
Beskrivelse af strålevarmesystemer
En massiv komfur var og er stadig en ideel kilde til strålevarme, dog i en lejlighed eller kontor, og i mange private huse er det urealistisk at arrangere en sådan komfur. Overvej moderne strålevarmesystemer, der gør det muligt at undvære sådan en komfur – “varmt gulv”, væg og loft strålepaneler.
Gulvvarmesystemer er forskellige i design og opvarmningsprincip:
- konvektionssystemer inkluderer systemer med vandvarmebærer samt kabel, kabel med anbringelse i varmeisolerende plader og film (varmemåtter – et tyndt kabel anbragt i en mesh-base);
- Strålingsvarme genereres af kulfilm (varmeelement – grafitstrimler forseglet i en polyesterfilm) og kernegulve (deres varmeelementer er også lavet af grafit).
Panelerne monteret på væggene er modulære blokke lavet af kobberrør, varmt vand fungerer som en varmebærer i dem. Varmeoverførsel af strålevarme fra vægpaneler med cirkulerende varmt vand ved en temperatur på 40 ° C er ca. 80%, de resterende 20% er beregnet ved konvektion – dette skyldes den tilladte høje temperatur på kølevæsken, som overstiger det maksimale, der er fastsat af europæiske standarder på 30 ° C for et “varmt gulv”.
Kobbermodulære blokke installeres på vægoverfladen ved hjælp af vandrette eller lodrette stangstøtter, før der monteres et lag isolering med aluminiumsfolie på vægoverfladen. Efter installationen forsegles vægpanelerne med et 350 mm lag gips, dækket med gipsplader eller andre hårde belægninger. Foruden ekstern installation kan modulære blokke til strålevarme installeres inde i betonvægge – de er fastgjort til en armeringsramme med efterfølgende hældning med beton.
Fordelen ved vægpaneler er lavere termisk inerti sammenlignet med “varme gulve”, hvilket er især praktisk til bygninger med periodisk opvarmning. Det skal bemærkes, at vægpaneler til effektiv opvarmning har brug for fri plads omkring omkredsen af væggene, hvori de er installeret – med et stort antal skabsmøbler er det irrationelt at bruge dem.
De første modeller af strålende loftspaneler blev oprettet længe før de “varme gulve” og vægpaneler, fabrikantenes interesse i dem blev forklaret ganske enkelt – loftet, og derfor loftpanelerne, var placeret længst fra husholdningerne, hvilket gjorde det muligt at opvarme panelerne til høje temperaturer uden nogen skade på mennesker. Den maksimale temperatur på moderne loftspaneler afhænger af loftshøjden – den optimale forskel mellem lufttemperaturen i rummet og overfladetemperaturen på bjælkepanelet er 10 ° C. Moderne loftsplader er ikke indbygget i lofter – de er installeret på loftoverfladen, hvilket forenkler installation og vedligeholdelse.
I slutningen
Konvektionsopvarmningens popularitet i dag hænger kun sammen med det faktum, at de fleste huse har minimale varmebibeholdende egenskaber – tidligere interesserede dette ikke designere og bygherrer, da deres opgaver var fokuseret på at reducere omkostningerne ved projekter. Derfor lyser huse om natten i infrarøde detektorer, omkostninger til kolossale opvarmning og hyppige kosmetiske reparationer. Og netop på grund af det høje varmetab gennem vindueåbningerne blev der installeret varme radiatorer direkte under dem – for at afskære den kolde luft fra gaden, der kom gennem åbningerne i vinduesrammerne og gennem deres ruder..
Konvektiv opvarmning giver dig mulighed for hurtigt og relativt billigt at opvarme ikke-isolerede rum, men det tillader dig ikke at undgå udtørring af luften, kold luft på gulvniveau (det varmeste lag luft samles i loftet), konstant formvækst af væggene i den kolde sæson (på grund af fugtudfældning på deres kolde overflader) og behovet for hyppige kosmetiske reparationer – ovenstående kendsgerninger er ubestridelige.
Hvis husets lukkede strukturer er lavet af træ, mursten eller armeret beton, udføres isolering (sandwichpaneler, varmeisolerende materialer efterfulgt af pudsning osv.) På ydersiden (gade), og moderne døre og vinduer installeres i vindue og døråbninger med tilstrækkelige lave termiske ledningsevner og derefter løse problemet med opvarmning ved hjælp af et strålevarmesystem vil retfærdiggøre sig selv. På den anden side, når man isolerer de lukkede strukturer fra indersiden af rummet, der udføres især ofte i flere-etagers bygninger med sovjetisk konstruktion, giver det ingen mening at bygge et varmesystem på infrarød opvarmning, da det materiale, som væggene er lavet af, ikke vil varme op og afgive varme i form af stråling, fordi vægoverflader er termisk isoleret med isoleringsmaterialer.
Under hensyntagen til de nye krav til termisk beskyttelse af bygninger, der er beskrevet i SNiP 23-02-2003, kan strålevarmesystemer meget vel overtage ledelsen inden for konvektiv opvarmning. Husholdninger i enhver alder vil synes det er meget mere behageligt og nyttigt at opfatte infrarøde stråler med et vist bølgelængdeområde end at være i et luftakvarium med konstant kolde vægge, fyldt med luft opvarmet som et resultat af konvektion og ophængt støv.
Hvordan kan jeg implementere en strålende opvarmning i mit hjem? Er der nogen specifikke materialer eller systemer, jeg skal kende til? Jeg er interesseret i at opgradere min nuværende varmesystem for at optimere effektiviteten og komforten i mit hjem. Alle råd og erfaringer er velkomne!