Системы воздушного отопления

Итак, мы рассмотрели основные инженерные системы отопления. Каково же соотношение конвективной, лучистой и кондуктивной составляющей при разных системах кондиционирования микроклимата?

Интенсивность конвективного теплообмена прибора зависит от его высоты. Нижняя часть прибора омывается холодным воздухом и отдает больше тепла, чем верхняя, которая омывается более теплым воздухом. Чем выше прибор, тем меньше в среднем по его поверхности отдача конвективного тепла. В этом отношении наилучшими являются низкие приборы, например, в виде горизонтально расположенных в один ряд гладких или оребренных труб.

Лучистый теплообмен приборов зависит от их конструкции. Особенность лучистого теплообмена для таких приборов, как радиаторы, с рядом близрасположенных, а следовательно, взаимно закрывающих друг друга колонок, состоит в том, что большая часть излучения с их поверхности не попадает в помещение. Только 20- 30% излучаемого тепла передается помещению. Для приборов с сильно оребренными поверхностями (типа конвекторов без кожуха) доля излучения со всей их внешней поверхности, попадающая в помещение, составляет всего 5-10% общей теплоотдачи. Если прибор закрыт экранирующим устройством (конвектор с кожухом) или его загораживает мебель, то теплоотдача еще более уменьшается.

В названии различных систем лучистого обогрева имеет место определенное разночтение, что, по-видимому, отражает разницу в выходе разных видов тепла при разных модификациях систем, при разном размещении теплоотдающих поверхностей (в горизонтальной или вертикальной плоскости помещения). Системы отопления с теплоотдающими поверхностями, расположенными в горизонтальной плоскости помещения (в конструкции пола и потолка), называются лучистыми, а системы отопления, расположенные в вертикальной плоскости помещения, панельными (В. Н. Богословский, 1970). Системы отопления с греющим потолком или полом, в которых средняя температура теплоотдающих поверхностей 26-35°, относятся к лучистым, так как средневзвешенная температура ограждений в помещении выше температуры воздуха помещений. Системы отопления с отопительными приборами, устанавливаемыми в вертикальной плоскости (под окнами, в массиве конструкций наружных стен или в стеновых перегородках), в которых температура поверхностей выше 70-75°, а теплоотдача излучением достигает 50%, относятся к конвективным, так как средневзвешенная температура ограждений в помещениях ниже температуры воздуха помещений.

В зарубежной технической литературе, где не делалось строгого различия между отдельными видами панельного отопления и все системы этого вида назывались лучистыми, вводится различие в наименованиях систем отопления греющим полом, потолком и стеновыми панелями.

Исследования И. Ф. Ливчака по лучистой и конвективной составляющей различных типов отопительных приборов показали, что панели передают тепло конвекцией в пределах от 40 до 50% и лучеиспусканием от 60 до 50%. В конвекторах и сильно оребренных приборах типа ребристых труб, плинтусных конвекторах без кожуха, но с оребрением, доля тепла, отдаваемая конвекцией, составляет 90- 95%, а лучеиспусканием - 5-10%.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом (отношение количества отдаваемого прибором тепла для создания в помещении заданных тепловых условий к расчетным потерям тепла) обладают панельно-лучистые приборы, установленные в верхней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. По данным Мачкаши, у таких приборов отопительный эффект равен 0,9-0,95, т. е. теплоотдача потолочных панелей-излучателей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помещения, без ухудшения комфортности внутренних условий. У нагретой поверхности пола отопительный эффект равен около 1,0.

Наиболее распространенные приборы-радиаторы обычно устанавливают в нишах или около поверхности наружной стены. Поверхность за радиатором сильно перегревается и тепло бесполезно теряется через эту часть наружной стены. Отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04-1,06. Лучше радиаторов оказываются конвекторы, располагаемые вдоль наружной стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора примерно равен 1,03. Подоконная панель, встроенная в конструкцию наружной стены, имеет заметные бесполезные потери тепла и ее отопительный эффект приблизительно равен 1,1.

Передача тепла путем проведения (кондукцией) имеет место в помещении в случаях, когда какая-либо часть поверхности тела входит в непосредственный контакт с другим твердым телом: пол и подошва для человека, находящегося в положении стоя, седалище и сиденье для сидящего человека, почти все тело и постель при положении человека лежа.

Перемещение теплового потока проведением совершается через тело, которое считают гомогенным и изотропным и которое имеет определенную поверхность и определенную толщину.

В физиологическом плане перенос тепла путем проведения необходимо учитывать лишь в случае, когда он совершается между поверхностью тела и другим твердым телом. Из известной формулы Фурье вытекает, что физиологическими средствами изменить поток тепла, переносимого путем проведения, можно изменением поверхности контакта между кожей и твердым телом или изменением температуры контактирующей поверхности тела человека. Из этой же формулы следует, что техническими средствами изменения потока тепла, переносимого путем проведения, являются: а) изменение величины поверхности контакта между кожей и твердым телом; б) изменение толщины и теплопроводности этого твердого тела; в) изменение температуры данного твердого тела.

Передача тепла путем проведения заслуживает особого внимания с позиций гигиены, в основном, лишь при изучении вопроса об оптимальной и допустимой температуре пола в помещении.

Средние величины потерь тепла телом человека

Необходимо подчеркнуть, что при разрешении различных практических задач по обогреванию помещений приходится иметь дело не с конвекцией, радиацией и кондукцией в чистом виде, а с процессом т. н. сложного теплообмена, при котором тепловое излучение всегда сопровождается конвекцией и наоборот.

Однако, учет удельного веса конвективной, кондуктивной и лучистой составляющей позволяет сориентироваться в определении ведущего фактора при какой-либо конкретной системе. Поэтому такой учет необходим при гигиенической оценке различных инженерных систем обеспечения микроклимата помещений.