В последнее время, с появлением современных стеклопакетов имеющих высокий уровень сопротивления теплопередачи, появилась возможность убрать отопительные приборы из-под оконных проёмов, возросли требования к энергосбережению и микроклимату помещения. В связи с этим и на мировом рынке внутренних инженерных сетей всё большую популярность обретают системы лучистого отопления и охлаждения.
системы лучистого отопления и охлаждения
Излучающие/охлаждающие потолки, стены и полы – все это не только современная альтернатива традиционным системам отопления и охлаждения, но и оборудование, имеющее в своей основе иной принцип обеспечения комфорта в помещении, когда нагрев или охлаждение воздуха происходит за счет не только конвекции, но и излучения.
Технология проста, она основана на использовании полиэтиленовых (РЕ-Ха) труб, уложенных по определённой схеме укладки (на монтажных шинах, матах или в специально сконструированных панелях). По трубкам циркулирует вода с заданной температурой. Теплопередача осуществляется за счёт разницы температуры помещения и температуры воды в трубках.
Достаточно распространенные в странах Северной Европы системы лучистого отопления и охлаждения обозначили отход от традиционных водяных и воздушных систем и сегодня представляют собой оригинальную европейскую методику. Они обеспечивают комфорт, в большей степени соответствующий характеру теплообмена человека.
Теплоноситель (как правило, вода), используемый в таких системах, имеет умеренную температуру, как для отопления, так и для охлаждения, отсюда оптимальные условия для работы конденсационных котлов, тепловых насосов и солнечных коллекторов, высокий уровень энергетической эффективности и экологической безопасности.
Равные условия комфорта в помещении можно обеспечить при более низкой температуре воздуха, сократив расход тепла на его подогрев.
Основное отличие между традиционным и лучистым отоплением как раз и состоит в температуре воздуха. В жилом помещении с лучистым отоплением она всегда ниже в среднем на 2 °C (понижение температуры всего на 1 °C позволяет снизить потребление энергоресурсов в среднем до 7 %). При этом величина экономии растет пропорционально отапливаемым объемам (чем большая площадь – тем выше эффект). Если системы лучистого отопления использовать в комбинации с альтернативными источниками возобновляемой энергии, результаты по параметрам сезонной производительности просто потрясающие.
Потолочные панели создают тепловой эффект подобный тому, который Земля получает от Солнца. Они посылают инфракрасные тепловые лучи, поглощаемые поверхностями стен, пола, предметов мебели, а те, в свою очередь, отдают это тепло окружающему воздуху.
Яркий этому пример – прямые солнечные лучи, которые позволяют человеку чувствовать тепло, несмотря на холод окружающего воздуха.
Данную систему также можно успешно использовать для охлаждения. Для достижения максимального эффекта, рекомендуется использовать готовые потолочные панели со встроенным змеевиком из труб. Когда температура теплоносителя на подаче равна 16-19 °С, доля лучистого теплообмена, по сравнению с отоплением уменьшается, и данные системы, в большей степени, работают по принципу «умеренной конвекции» (тёплый воздух поднимается вверх, где после контакта с охлаждённой поверхностью потолочных элементов, отдаёт им свое своё тепло, и уже охладившись – плавно опускается вниз, равномерно распределяясь внутри помещения. Нагретый хладагент по сетям трубопроводов поступает в холодильный агрегат, где отдает приобретенное тепло и затем по замкнутому контуру циркуляции снова возвращается в трубки охлаждающих панелей.
Несмотря на относительно низкую температуру теплоносителя (30-36 °С в режиме отопления), данные системы обеспечивают высокий уровень теплового комфорта. Секрет кроется непосредственно в самом принципе их работы, который базируется на инфракрасном излучении.
 Нагрев воздуха |
 Нагрев поверхностей |
Экономия дорогостоящей энергии достигается за счет того, что инфракрасные лучи не нагревают воздух, а проходят сквозь него, попадают на поверхность элементов интерьера и поглощаясь — нагревают их. Прогрев воздуха происходит вследствие теплопередачи от тёплых поверхностей этих элементов. В результате человек, находящийся в помещении, чувствует тепло, отраженное окружающими его предметами. Таким образом, достигается температурный комфорт, который близок к идеальному. Важным положительным моментом лучистого отопления является отсутствие движения воздушных масс, что, препятствует циркуляции пыли и прочих микроорганизмов, которые вредны для здоровья человека.
Вообще любое нагретое тело излучает «инфракрасное тепло», и убедится в этом можно с помощью обычного тепловизора.
Но для достижения максимально комфортного микроклимата главную роль играет правильное распределение отопительных/охлаждающих элементов, их форма и даже структура.
При использовании систем лучистого отопления средняя температура в помещении выше, чем температура воздуха, т. к. передача тепла осуществляется нагретыми поверхностями пола, потолка, стен большой площади либо их сочетанием. Поэтому система панельного отопления соответственно называется потолочной, напольной или стеновой. Местоположение панели выбирается на основании технологических, гигиенических и технико-экономических соображений.
Передача тепла только излучением возможна лишь в безвоздушном пространстве. В помещении лучистый теплообмен всегда сопровождается конвективным.
Отопление теплыми полами
Отопление теплым полом обеспечивает практически идеальное для человека распределение температуры, при этом к ногам поступает тепла чуть больше, чем к голове.
Основным параметром при проектировании систем с теплым полом является температура его поверхности: известно, что при превышении определенных значений вероятно возникновение проблем физиологического характера, касающихся кровообращения нижних конечностей. По этой причине международными стандартами установлена максимальная температура теплого пола 29 °C при температуре внутреннего воздуха 20 °C. Для участков пола, где нахождение людей маловероятно, допускается максимальная температура поверхности пола 35 °C, в туалетных и ванных комнатах эта температура не может превышать 33 °C при температуре внутреннего воздуха 24 °C.
Сегодня в результате улучшения теплозащиты зданий, оптимизации геометрической раскладки труб и практически повсеместного наличия теплоизоляции под цементной стяжкой обогревающие полы могут давать очень неплохие результаты по обеспечению регулирования температуры воздуха, вполне сопоставимые с параметрами других систем отопления.
Для организации эффективного регулирования обогревающих полов необходим грамотный расчет циркуляционных колец, при котором в каждую излучающую панель (циркуляционное кольцо) должен поступать расчетный расход теплоносителя. Как правило, регулирование температуры теплого пола состоит в регулировании температуры воды на подаче в контур в зависимости от температуры наружного воздуха.
Вертикальное распределение температуры от теплого пола близко к идеальному
Излучающие панели в стенах
Излучающие панели в стенах применяются, как правило, дополнительно к другим системам отопления, но могут использоваться и в качестве самостоятельной системы.
Поскольку пользователи не имеют непосредственного контакта с нагретой поверхностью панели, действующие европейские нормативы допускают температуру поверхности более 30 °C. Теплоотдача панелей выше, чем у обогревающих полов.
Модульные блоки змеевика панелей монтируются обычным крепежом, непосредственно на стену, после чего их покрывают слоем штукатурки, толщиной около 3,5 см. или закрывают гипсокартонном, либо иной жесткой облицовкой.
Блоки змеевика крепятся посредством вертикальных либо горизонтальных осевых опорных штанг. Также, на сегодняшний день, есть готовые решения для монтажа тёплых стен – стеновые панели.
Температурная динамика в помещениях, оборудованных обогревающими панелями в стенах, достаточно плавная. Установлено, что при средней температуре 40 °C подаваемой в змеевик воды и температуре воздуха в помещении в пределах 19–20 °C.
Есть одна немаловажная особенность – в жилых помещениях, обставленных мебелью, эффективность обогревающих панелей в стенах существенно снижается.
Модульная панель, выполненная из трубы Uponor PE-Xa, для установки под штукатурку. Система практична и монтируется в кратчайшие сроки
Потолочные излучающие панели
Первые излучающие панели, которые появились на рынке отопительных систем, были потолочными.
В силу отсутствия прямого контакта излучающих панелей с человеком, для них (как и для обогревающих панелей в стенах) допустимы более высокие значения температуры поверхности, нежели для теплых полов, что позволяет обеспечить достаточно высокую теплоотдачу, не создавая особого дискомфорта для пользователей.
Допустимые максимальные значения температуры поверхности для потолочных панелей, в значительной степени, обусловлены высотой потолков. Для жилых помещений со стандартной высотой потолков рекомендованный перепад между температурой поверхности панели и температурой воздуха в помещении составляет 10 °C.
Подвесные излучающие потолки модульного типа отличаются низкой тепловой инерцией, простотой установки и чрезвычайной легкостью и безопасностью доступа для обслуживания.
Системы такого рода представляют собой добротный функциональный компромисс между летним охлаждением и зимним отоплением, предоставляя возможность интеграции других типов систем (освещения, противопожарной системы, датчиков движения и т.п.) без изменения внешнего вида и нарушения функциональности установленных панелей.
Большую часть тепла потолочные инфракрасные панели отдают посредством излучения (70-75%). За счёт конвекции передается остальная часть. Как уже упоминалось, теплоносителем в системе потолочных инфракрасных панелей является вода, она отдает тепло излучающему экрану. Через него в свою очередь, идет излучение тепловыми волнами и помещение нагревается. Главным преимуществом системы является то, что тепло непосредственно передается твердым предметам, без нагревания воздуха (промежуточного теплоносителя).
Греющая панель в полу активизирует теплоперенос конвекцией, и на долю теплообмена излучением приходится всего 30—40%. Вертикальная панель в стене в зависимости от высоты передает излучением 30—60% всего тепла, причем доля теплообмена излучением возрастает с увеличением высоты панели.
По большому счёту лишь потолочное панельное отопление, во всех случаях передающее в помещение излучением более 50% тепла, может быть названо лучистым.
Тепловой комфорт и энергетический баланс человека
Самочувствие и работоспособность человека зависят от состояния физиологической системы терморегуляции организма, которая нормально функционирует при температуре около 36,6 °C. Для поддержания постоянной температуры организм человека непрерывно вырабатывает тепло, которое отдается окружающей среде. В зависимости от физиологического и эмоционального состояния человека, его одежды, возраста, вида выполняемой работы и индивидуальных особенностей организма количество тепла, выделяемого в окружающую среду, может быть различным.
Основным способом передачи тепла является теплообмен между кожными покровами человека и окружающей средой посредством теплопроводности, конвекции, излучения и потоотделения (поскольку впоследствии пот испаряется).
Человек ощущает не температуру воздуха, а «температуру помещения» (совокупность температуры воздуха с радиационной температурой помещения).
Прямая задача системы обогрева/охлаждения в помещении – создать благоприятные условия микроклимата, позволяющие в равной степени компенсировать теплопотери человека.
Идеальная кривая |
Тёплый пол |
Теплые стены |
Потолочные панели |
Заключение
Низкотемпературные системы лучистого отопления/охлаждения обладают целым рядом преимуществ:
— Одна система, как для отопления, так и для охлаждения помещения;
— Уровень oтoплeния и oхлaждeния cooтвeтcтвyeт евpoпeйcким cтaндapтaм;
— Лучшее качество воздуха (циркуляция пыли и микроорганизмов сведена к минимуму);
— Экономия энергоресурсов и эксплуатационных затрат;
— Возможность интеграции с другими системами;
— Продукт надёжен, долговечен и не нуждается в техобслуживании;
— Отличное решение для любого интерьера.
То обстоятельство, что монтаж таких систем осуществляется, как правило, специализированными организациями, гарантирует функциональные проектные параметры.
Данные панели используют также для обогревания помещений вокзалов, аэропортов, ангаров, высоких сборочных цехов, применяют в производственных помещениях с особыми требованиями к чистоте (производство пищевых продуктов, сборка точных приборов и т. п.).