История лучистого отопления
Определить точное происхождение какой-либо системы всегда затруднительно. Например, излучение использовалось людьми ещё до конвекции. Ведь когда мы разводим костер на открытом воздухе, большая часть тепла от огня не передаётся через конвекцию. Ведь нагретый воздух просто уносится вместе с дымом. Мы можем согреться у костра, только находясь рядом с ним и чувствуя излучаемое им тепло. То же самое происходит в помещении с открытым камином. Хотя можно искусственно нагреть воздух конвекцией у стен камина, главным источником тепла здесь всё равно остаётся излучение. Это и объясняет, почему тепло ощущается по-разному в зависимости от того, насколько мы близко к камину. Англичане, например, всегда предпочитали тепло от огня, будь то дрова или газ. Возможно, поэтому многие считают, что именно в Англии зародилось лучистое отопление.
В начале 20-го века профессору Баркеру пришла идея использовать лучистое отопление, заделывая нагревательные трубы в бетонный слой потолка помещения. Но вначале этот метод не нашёл широкого применения. Люди боялись, что трубы могут протечь, и были неуверенны в их долговечности. Хотя из опыта работы с железобетоном было известно, что некоторые виды цемента не вредят стали, особенно когда температуры стали и бетона одинаковы, и что коэффициенты линейного расширения у бетона и стали почти идентичны, было сложно сразу же сделать вывод, что нагревательные трубы не повредят бетонную плиту и будут долговечны. Это был новый шаг в строительстве, и для его осуществления требовалось преодолеть ряд сомнений и технических сложностей.
За несколько лет до 1930 года метод лучистого отопления начал набирать популярность во Франции. По мере накопления опыта стало ясно, что трубы, вмонтированные в бетон подходящего состава, могут прекрасно сохраняться до 25 лет. Несмотря на это, во Франции к новому методу относились с определённой осторожностью из-за боязни протечек труб. Архитекторы были не совсем уверены в решении о заливке нагревательных труб в основные конструкции зданий. Существовали опасения, что в случае утечки придётся проводить серьёзный и затратный ремонт. Поэтому, несмотря на обнадёживающие результаты, подход к внедрению этой технологии был весьма осмотрительным.
Некоторые ошибки при устройстве лучистого отопления, особенно на ранних этапах его развития, были использованы его критиками для дискредитации всей системы. Однако интересный поворот произошёл во время второй мировой войны, в частности, в Великобритании. Разрушения, произошедшие в результате войны, показали удивительный факт: трубы, которые были вмонтированы в бетон на протяжении примерно 40 лет, сохранились гораздо лучше, чем открытые трубы в тех же зданиях. Это было своего рода открытием, подтверждающим долговечность и надёжность лучистого отопления даже в самых экстремальных условиях. Именно это обстоятельство стало важным аргументом в пользу долгосрочной стабильности и эффективности такого типа отопления.
Наблюдения за тем, как трубы, заделанные в бетон на протяжении почти сорока лет, сохранились лучше, чем открытые трубы в тех же зданиях, развеяли сомнения многих строителей и архитекторов. Несмотря на это, инциденты, зачастую вызванные неправильным составом бетона или недостаточной толщиной слоя, который закрывал трубы, служили поводом для критики со стороны производителей радиаторов. Эти производители с тревогой наблюдали за развитием лучистых систем отопления, где использовались исключительно трубы, опасаясь потери собственного рынка.
Система лучистого отопления, несмотря на все сомнения и противодействия, начиная с 1945 года, стала широко распространяться по всему миру. Даже американцы, которые долгое время были к ней равнодушны, в итоге также начали активно её использовать, осознавая её преимущества и эффективность.
Не все претензии к системе лучистого отопления были связаны с её устройством, некоторые жалобы касались физиологического комфорта. Например, при потолочном отоплении пользователи иногда жаловались на слишком высокую температуру в районе головы и одновременно на низкую — у пола. В случае же отопления с обогревом пола, проблемой становилось чувство излишнего тепла в области стоп и ног, если пол перегревался.
Исследования, как теплотехнические, так и физиологические, проведенные за период с 1945 по 1955 гг., позволили разработать удовлетворительную теорию этой системы отопления, являющейся в настоящее время вполне рациональной, если она правильно осуществлена.
Проблема теплового восприятия и определение результирующей температуры
Одной из основных проблем на ранних этапах применения лучистого отопления было определение тепловых ощущений. Обычные термометры, реагирующие только на температуру воздуха, не позволяли точно оценить разницу в ощущениях от излучения потолка в разных зонах, например, в районе головы и у ног. Это усложняло задачу точной настройки системы для создания комфортных условий во всём пространстве помещения.
До 1930-х годов не существовало даже базового устройства, которое могло бы измерять среднюю радиационную температуру вокруг определенной точки. Этот недостаток был исправлен в 1933 году, когда появились два аппарата, разработанные независимо друг от друга. Один из них, изобретенный в Англии, назывался «шаровым термометром». Это устройство состояло из полого черного шара диаметром 15 см, внутри которого, ближе к центру, размещался обычный термометр.
Сравнив показания шарового термометра с данными обычного термометра, находящегося рядом и омываемого воздухом, можно было простым расчетом определить уровень теплового излучения, которое воспринимал шаровой термометр. Этот метод давал возможность точно измерять воздействие излучения на окружающую среду и на человека.
Второй прибор, известный как «результирующий сухой термометр», был разработан во Франции. Он может быть изготовлен либо в виде полого шара диаметром 9 см, либо в форме цилиндра диаметром 7 см и высотой 20 см. Оба варианта окрашены в черный цвет или покрыты тканью с ворсом. Внутрь каждой из этих оболочек вставлен обычный термометр. Так же, как и шаровой термометр, этот аппарат позволяет, путем сравнения его показаний с показаниями свободно омываемого воздухом термометра, определить среднюю радиационную температуру в данной точке. Размеры результирующего сухого термометра подобраны таким образом, чтобы его показания точно соответствовали определенному математическому выражению.
Прибор непосредственно измеряет результирующую сухую температуру, которая определяет тепловые ощущения людей, находящихся в состоянии покоя в неподвижной среде.
Цилиндрический результирующий сухой термометр позволяет учитывать положение тела человека, изменяя направление его оси. Положение тела может быть стоячим или лежачим.
Эти приборы не только измеряют, но и регулируют результирующую сухую температуру в помещении, отапливаемом излучением. Для этого необходимо заменить находящийся внутри них термометр термостатом.
Эти приборы не только измеряют, но и регулируют результирующую сухую температуру в помещении, отапливаемом излучением. Для этого необходимо заменить находящийся внутри них термометр термостатом.
В первое время применения лучистого отопления одной из трудностей было измерение температуры ограждений. При непосредственном касании поверхности обогреваемого ограждения измерительным прибором нарушалась теплоотдача, и замеренная величина оказывалась неточной. Однако с помощью термометра, шарик которого погружен в небольшой сосуд, наполненный жидкостью, например маслом, можно было измерять температуру плоской поверхности с точностью до половины или до одного градуса.
В настоящее время данная проблема решена применением тепловизоров. Тепловизор позволяет измерять температуру поверхности без прямого контакта с ней, что обеспечивает высокую точность измерений.
В целом, лучистое отопление является перспективной системой отопления, которая имеет ряд преимуществ перед традиционными системами. Оно обеспечивает высокую эффективность, комфорт и равномерное распределение тепла в помещении. И все проблемы, которые мы рассматривали были в конечном итоге решены.
