3. Введение.
Для лучистой теплопередачи не требуется посредник, то есть лучистая энергия также может передаваться в вакууме, что не свойственно традиционной системе отопления, которая использует конвективное движение воздушных масс.
3.1 Конвективные и лучистые системы отопления для больших помещений
Традиционной системой, используемой для обогрева производственных, общественных и жилых, является воздушное отопление. Воздушное отопление является конвекционным: все потери тепла в здании покрываются за счет циркуляции горячего воздуха. При использовании этой системы горячий воздух, из-за его низкой плотности, поднимается и возникает послойная градация температур по высотам помещения. Для достижения установленных значений температур в рабочей зоне, температура под крышей оказывается значительно выше, что приводит к увеличению потерь тепла в здании. Другой характеристикой является недостаток или обратное направление излучающего компонента теплообмена между человеком и окружающей его средой, что особенно заметно в плохо изолированных зданиях с низкотемпературными поверхностями, и требует увеличения затрат энергии для достижения теплового комфорта.
Система, которая решает проблему, это нагрев инфракрасными излучателями. С помощью большей составляющей лучевого теплообмена достигается тепловой комфорт (результирующая температура) при достаточно низких температурах воздуха, что уменьшает потери тепла зданием. Нагреватели излучают инфракрасную энергию, которая, не только частично поглощается воздухом (около 15%, зависит от запыленности и содержания иных взвешенных частиц), но и непосредственно влияет на человека, движущегося вдоль проекционной площади, и на напольное покрытие. Благодаря большой площади поверхности тела человека и пола, достигается поглощение большей часть излучения. Вследствие чего пол выступает в роли вторичного источника тепла из-за более высокой температуры, чем у стен, тем самым нагревая воздух конвекцией. Отопление инфракрасными нагревателями особенно подходит для больших помещений. Инфракрасные системы отопления являются разумной и потенциально энергоэффективной альтернативой конвекционным системам отопления в больших закрытых помещениях. При идеализированном варианте система лучистого отопления концентрирует тепловую энергию на человеке и только косвенно нагревает остальную часть отапливаемого помещения.
3.2. Оценка эффективности инфракрасного отопления
В классических системах теплоснабжения помещений температура воздуха используется, как основной параметр оценки эффективности работы системы. Но, если использовать инфракрасные излучающие панели, то ключевым фактором будет являться распределение температур по всем поверхностям и объему воздушных масс, а также описание одновременного действия лучистого и конвективного режимов теплообмена, что позволит сделать объективную оценку теплового комфорта. Одним из способов оценки качества отопления помещений, основанный на расчете интенсивности излучения. Данный способ расчета дает хорошие показания комфорта и делает систему безопасной для эксплуатации, но он не является оптимальным. Оптимальный расчет может быть основан на систему, которая способна описать качество внутренней среды и оценить тепловой комфорт как функцию (результирующей) рабочей температуры. Решение основано на балансе математической модели с максимальным приближением к реальным значениям входных (описание граничных условий) и выходных данных.
Рисунок 1 – обогрев инфракрасными обогревателями
Температура на рабочем месте, согласно существующими стандартами, достигается без потоотделения человека, с оптимальным распределением температур в пространстве и времени. Температурный баланс рабочей зоны, по существу, зависит от окружающих температур поверхностей и воздуха, на рисунке 1 представлено распределение температур по поверхностям при инфракрасном обогреве. Температуры этих зон, по расчетам, в конечном итоге приводят к одному значению – мощность нагревателя и как следствие его результирующую температуру. Для достижения термического комфорта необходим баланс тепла, получаемый человеком от воздуха (конвекция) и от излучения (излучение между человеком и окружающими поверхностями), у основной массы классических систем отопления эти параметры равны, то есть их отношение равняется единице. Это же соотношение в лучистой системе отопления имеет дисбаланс. Таким образом, для систем радиационного отопления нужно решать не только температурный баланс, но и отношение составляющих потока. В итоге, когда система отопления проектируется, она основывается на требованиях к физическим величинам большинства пользователей в зоне теплового комфорта.