CC BY
9А.А. Коваленко
ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ В ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ
В данной статье рассматривается лучистое отопление, виды отопительных приборов, применяемых для отопления помещений. Производится анализ отопительных приборов, приводятся их достоинства и недостатки.
Ключевые слова: лучистое отопление, отопительные приборы, интенсивность, длина волны, пленочные нагреватели.
Лучистое отопление - это вид отопления, основанный на принципе теплового излучения. Тепловое излучение - это излучение нагретых тел, чем выше температура тела, тем быстрее движутся в нем атомы [1]. Другие излучения, возбуждаемые не нагреванием, а каким-либо другим способом (электрическим разрядом, химической реакцией или же рентгеновскими лучами) не являются тепловым излучением. Металлические стержни, нагретые в плавильной печи, светятся ярким светом, что и является тепловым излучением. Любое тело, которое имеет температуру выше абсолютного нуля является источником этого излучения.
В зависимости от длины волны инфракрасное излучение разделяют на три категории: коротковолновые с длиной волны от 0,74 до 2,5 мкм; средневолновые с длиной волны от 2,5 до 50 мкм; длинноволновые с длиной волны от 50 до 2000 мкм.
Коротковолновые характеризуются температурой нагрева свыше 300°С, поэтому обычно используются на крупных производственных объектах.
Средневолновые применяются с температурой нагрева от 300 до 750°.
Длинноволновые - более «мягкие», обеспечивают комфортную температуру в жилых помещениях без вреда здоровью окружающих. Температура нагрева от 45 до 300°.
При лучистом отоплении помещение обогревается за счет теплообмена между отопительными приборами, излучающими тепловую энергию, и поверхностью ограждений, принимающими тепловую энергию.
Область применения лучистого отопления достаточно обширна. Данные системы отопления можно увидеть: на дачах, в частных домах, квартирах, балконах; в гаражах, теплицах, птичниках, на верандах и террасах; в ресторанах и кафе, гостиницах, торговых павильонах; в цехах и мастерских, на складах и в ангарах; в офисах, магазинах, школах и детских садах.
Лучистыми системами отопления также могут быть оборудованы медицинские центры, клиники, больницы, санитарно-курортные комплексы.
Требования к системам лучистого отопления.
Анализ результатов исследований показал, что допустимым для длительного пребывания людей в помещении считается значение максимальной мощности потока теплового излучения в диапазоне от 36 до 130 Вт/м2 [5].
По действующим нормативам [3] интенсивность облучения 140 Вт/м2 и менее не налагает при избыточном тепловом потоке дополнительных требований к вентиляции, следовательно, 140 Вт/м2 можно принять за допустимый предел облучения. Стандарт АВОК [4] (со ссылкой на [2]) рекомендует максимально допустимую интенсивность инфракрасного облучения «поверхности туловища, рук и ног» 150 Вт/м2.
Лучистые нагреватели бывают пленочными (ПЛЭН), панельными, а также панели из гипсокартона.
По способу размещения излучателей отопительные системы подразделяют на потолочные, настенные и напольные. В некоторых случаях выбирают комбинированные варианты.
Пленочные нагреватели работают только от электричества, а панельные, в свою очередь, более универсальны, так как могут работать как от электроэнергии, так и от воды или газа.
Гипсокартонные системы могут работать как от электричества и газа, так и от дизельного топлива.
© А.А. Коваленко, 2022.
Научный руководитель: Куриленко Николай Ильич - кандидат физико-математических наук, доцент, Тюменский индустриальный университет, Россия.
В данной статье рассмотрим пленочные нагревательные приборы.
Низкотемпературное потолочное ПЛЭН отопление позиционируется как энергоэффективное. Источником инфракрасного изучения в них служат карбоновые термоэлементы. Греющую пленку можно использовать для напольного, настенного и потолочного инфракрасного отопления.
В системе теплого пола пленку разрешается монтировать под любое декоративное покрытие, не опасаясь перегрева.
Рис. 1. Греющая пленка в комбинации с разными видами напольных покрытий
При монтаже инфракрасного пленочного отопления ПЛЭНы монтируют непосредственно на гип-сокартон, на крепежные направляющие над ним или на черновой потолок, если расстояние между ним и отделкой составляет менее 5 см. Последний вариант крепления также выбирают для натяжных потолков.
Рис. 2. Монтаж пленки на потолок
Работа инфракрасного излучения в пленочном нагревателе. Электрический ток нагревает резисторы до температуры в диапазоне от 35 до 55°С, и они испускают инфракрасные волны в диапазоне 9-15 мкм. Мощность варьируется в диапазоне от 120 до 160 Вт/м2. Рабочая температура нагревательного прибора 40-45°.
ПЛЭН нагревает предметы в радиусе действия волны, а они, накопив тепло, излучают тепло сами, тем самым прогревая воздух. В свою очередь привычное нам конвекционное отопление наоборот - греет воздух, который в последствии нагревает предметы.
Наиболее естественным для человека является инфракрасное излучение с длиной волны 9,6 мкм, однако любое твердое тело излучает в определенном диапазоне волн, а не на одной длине волны.
В процессах теплообмена организма с внешней средой большое значение имеет лучистый (радиационный) теплообмен. Лучистое тепло и тепло воздушных масс (конвекционное тепло) вызывают одно и то же ощущение тепла, но механизм воздействия их на организм различен. Конвекционное тепло воздействует на поверхность тела человека, лучистое - глубоко проникающее.
Изменения в организме под воздействием инфракрасного излучения зависят от его интенсивности, спектрального состава, площади облучаемой поверхности и других факторов.
Короткие инфракрасные лучи (до 1,4 мкм) обладают более выраженным общим действием за счет большей глубины проникновения в ткани (до нескольких сантиметров), способны проникать через кости черепа и воздействовать на мозговые оболочки, мозговую ткань. Солнечный удар возникает в результате интенсивного прямого облучения головы инфракрасным излучением коротковолнового диапазона (1-1,4 мкм).
Длинные инфракрасные лучи (1,4-10 мкм) вызывают местную реакцию, поглощаются верхним слоем кожи (2 мм). Особенно сильно поглощаются лучи с длиной волны 6-10 мкм, вызывая «калящий эффект».
Лучистое тепло оказывает более благоприятное действие на организм человека, так как потеря тепла за счет излучения (от теплового тела человека к холодной поверхности стен - это явление отрицательной радиации) создает наиболее неприятные тепловые ощущения. При лучистом отоплении увеличивается площадь нагретой поверхности, следовательно, потери тепла излучением уменьшаются. Лучистое отопление предупреждает неравномерное охлаждение с разных сторон поверхности тела человека и уменьшается возможность охлаждения при проветривании. Ощущение теплового комфорта у человека возникает при температуре окружающего воздуха 17° (при использовании радиаторов и конвекторов температура воздуха должна быть 20°).
Наиболее благоприятные физиологические реакции и теплоощущения у людей наблюдаются при температуре стенных панелей 40 - 45°, потолка 28 -30°, пола 25 - 27° — это предупреждает возникновение теплового дискомфорта, связанного с высокой температурой ограждающих конструкций. При этом температура воздуха в помещении может быть снижена до 17,5°.
Достоинства ПЛЭН: универсальность, так как поверх обогревающего слоя возможна укладка практически любого напольного покрытия, а также можно утеплить стены и потолок; простота укладки; регулировка температуры нагрева; компактность системы; низкая инерционность; равномерность прогрева; поддержание здорового микроклимата.
Недостатки ПЛЭН: электростатичность нагреваемых поверхностей повышается, предметы начинают больше притягивать пыль; после выключения системы обогрева помещение быстро остывает; может произойти перегрев системы при неправильной расстановке мебели.
В качестве вывода можно сказать, что система ПЛЭН - практичный и весьма эффективный способ отопления. Использование инфракрасных пленок даст возможность получить очень простое в монтаже, безопасное, эффективное и экономичное отопление, а также позволит сэкономить на эксплуатации и обслуживании системы. Возможно, сейчас пленочное отопление непривычно, но за ним, несомненно, будущее.
Библиографический список:
1.Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М. : Просвещение, 2010. — 399 с.
2.СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/573697256
3.Шиванов, В. В. Энергосберегающие технологии на основе газового лучистого отопления [Текст] / В. В. Шиванов //Сантехника, отопление и кондиционирование. - 2007 - № 1 - С. 36
4.Стандарт СТО НП АВОК 4.1.5 - 2006. Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями [Текст]: введ. 2007-01-01. - Москва: ООО ИИП «АВОК-ПРЕСС», 2007. - 17 с.
5.Системы лучистого отопления на базе газовых инфракрасных излучателей: монография / Н.И. Куриленко [и др.]. - Тюмень: ТИУ, 2019. - 161 с.
КОВАЛЕНКО АНТОН АНДРЕЕВИЧ - магистрант, Тюменский индустриальный университет, Россия.
