Различие между конвективным и лучистым (инфракрасным) отоплением

Основное различие между лучистым и конвективным отоплением заключается в способе передачи тепла в рассматриваемое пространство. Лучистый нагрев сначала нагревает облучаемые поверхности и только после этого вторичный воздух нагревается за счет конвекции от поверхностей. Этот принцип позволяет поддерживать более низкие температуры воздуха, но, с другой стороны, обеспечивает более высокую среднюю лучистую температуру (результирующую температуру) обслуживаемого помещения. Конвективное отопление работает иначе. Воздух нагревается в теплообменниках и подается в пространство. Температура воздуха выше, но результирующая температура ниже. Из-за того, что более теплый воздух из-за его меньшей плотности поднимается в более высокие части помещения, конвективный обогрев не подходит для более высоких помещений (выше примерно 6–7 м). В случае с более низким помещениями ситуация иная. Инфракрасные системы могут столкнуться с другой проблемой – локальным перегревом из-за высокой температуры поверхности. Поверхности с более высокой температурой вблизи людей могут вызывать локальный дискомфорт.

Однако в некоторых промышленных помещениях, даже с высокими потолками, при больших кратностях вентиляции или по другим причинам целесообразно применение воздушного отопления.

Оценка эффективности инфракрасного отопления

Очень часто в проектах отопления зданий используется температура воздуха в качестве основного эталонного параметра. Это невозможно, если мы применяем инфракрасное лучистое отопление — здесь нам необходимо знать рабочее распределение температуры во всем помещении, в котором описывается одновременное действие радиационного и конвективного режимов теплообмена. Рабочая температура – это параметр, который обычно используют для оценки теплового комфорта. Несколько инструментов, используемых для оценки качества лучистого отопления помещений, основаны на расчете интенсивности излучения. Эти инструменты моделирования позволяют сделать проект безопасным, но не оптимальным. Оптимальный проект может быть основан на модели, которая способна описывать качество внутренней среды и оценивать тепловой комфорт на основе рабочей (результирующей) температуры. Проблема состоит в том, чтобы сбалансировать детализацию математической модели с возможной точностью входных данных (описание граничных условий) и требуемой точностью выходных данных.

Температурным комфортом в рабочей зоне в соответствии с действующими санитарными нормами считается такой температурный режим рабочего места, при котором достигается тепловое равновесие без потоотделения человека при оптимальном распределении температуры в пространстве и времени. Тепловой баланс в среде обитания человека зависит главным образом от температуры окружающего воздуха и поверхности ограждающих конструкций здания. Эти две температуры на практике заменяются одной величиной — результирующей температурой (температурой сферической колбы). Для достижения теплового комфорта важно и соотношение тепла, получаемого человеком от окружающего воздуха (конвекция - обтекание человека воздухом) и от излучения (излучение между поверхностью человека и окружающими стенами), которое должно быть около значения 1, что соответствует большинству систем водяного отопления. При лучистом нагреве поверхность приборов может достигать температуры до 1000°С, а соотношение между лучистой и конвективной составляющей может быть в большом дисбалансе. Поэтому для систем лучистого отопления решаются вопросы не только теплового равновесия, но и соотношения между составляющими теплового потока. На практике это означает, что при оценке площади необходимо знать не только конечную температуру сферической колбы, но и температуру и скорость воздуха. На основе физиологических показателей, отражающих активность человека и его одежды, гигиенических норм, устанавливается необходимый диапазон значений физических показателей, объективно отражающих результат отапливаемой площади. Таким образом, при проектировании системы отопления исходят из требований достижения таких физических величин, чтобы большинство пользователей находились в зоне теплового комфорта.

Однако многие проектировщики пренебрегают описанными расчетами, а для расчета результирующей температуры отечественной методики просто не существуют.