Системы лучистого отопления могут быть использованы для отопления и для охлаждения воздуха в помещении.
С этой точки зрения, потолочные панели наиболее рациональны, поскольку они отдают холод излучением, а опускающийся книзу холодный воздух интенсивно перемешивает благодаря конвекции воздух в помещении. В общем это явление противоположно явлению, происходящему три лучистом отоплении с обогревом пола.
На первый взгляд панели с обогревом пола менее подходят для использования в целях охлаждения воздуха. Однако они могут снизить итоговую температуру в помещении как за счет холодного излучения, так и за счет неизбежной конвекции, особенно если потолок также охлаждается или если люди в помещении находятся в движении. К сожалению, часть выделяемого холода уходит наружу через неплотности в нижней части помещения, поскольку в летнее время циркуляция воздуха, создаваемая естественной вентиляцией, происходит в обратном направлении. То есть теплый наружный воздух поступает в верхнюю часть помещения, в то время как одинаковый объем более холодного внутреннего воздуха удаляется из нижней части помещения.
Соображения с физиологической точки зрения
Безусловно, использование пола для отдачи холода является нерациональным с физиологической точки зрения, поскольку в результате сухая температура ступней становится ниже, чем у головы. Некоторые авторы беспокоятся, что охлаждение воздуха через пол может вызвать жалобы на ощущение холода в ногах. Учитывая реальную значимость этой опасности, следует максимально предотвратить ее возникновение.
Действительно, поверхностная температура пола отстает не более чем на 3° или, в крайнем случае, на 4° от температуры воздуха. Так, если температура воздуха в помещении составляет 24°, то средняя температура пола будет около 20°. Существующие расчеты основанные на физиологических соображениях, показывают, что при таких условиях разница между результирующей сухой температурой ступни и головы составляет примерно 1°М.
Конечно, следует учесть, что так же как и при потолочном отоплении, температура воздуха повышается по направлению от пола к потолку. Данный факт указывает, что эти комфортные условия аналогичны условиям при потолочном отоплении, организованном в соответствии с физиологическими требованиями. Если помимо этого помещение также охлаждается через потолок, то фактические условия становятся значительно более благоприятными.
Риск конденсации паров влаги
Основной опасностью при охлаждении воздуха с помощью излучающих панелей является конденсация паров влаги на холодных поверхностях, содержащихся в воздухе. Эта опасность, конечно, уменьшается, если панели состоят из труб, встроенных в бетон или другой материал с определенной толщиной слоя, так как поверхностная температура такой панели значительно выше температуры хладоносителя. Однако следует учитывать не среднюю температуру охлаждающей поверхности, а самую низкую ее температуру, то есть температуру на поверхности вдоль линий, проходящих под осями труб. Опасность конденсации особенно велика, если воздух может непосредственно соприкасаться с трубами, что может произойти, например, при подвесных потолках с открытыми трубами, расположенными над ними.
Физиологические требования, применяемые в технике искусственного климата, ограничивают разницу между результирующей температурой внутри и снаружи помещений величиной, не превышающей 7 или 8°М. Для упрощения обычно рассматривается только температура воздуха по сухому термометру. Однако при расчете потребности в холоде необходимо учитывать возможное поступление солнечного тепла, которое может быть очень значительным для зданий с фасадами, обращенными на юг и юго-запад.
Некоторые авторы приближенно принимают отношение потребности в холоде к потребности в тепле таким же, как и соотношение соответствующих разностей температуры. Если речь идет об обогреваемом потолке, следует учесть, что коэффициент отдачи холода потолком при одинаковой разности температур равен коэффициенту теплоотдачи обогреваемого пола. Например, если теплоотдача потолка с 1 м² составляет 75 ккал/час, то средняя поверхностная температура при его использовании для отопления будет на 10° выше температуры воздуха. Если толщина слоя бетона над трубами незначительна, температура теплоносителя будет приблизительно на 20° выше температуры воздуха. Если требуется, чтобы температура воздуха в помещении была равна 24° при температуре наружного воздуха 30°, то охлаждающая мощность системы при отсутствии поступления в помещение солнечного тепла должна составлять 26% мощности системы при отоплении. Иными словами, отдача холода потолком с 1 м² должна составлять 75 * 0,26 = 20ккал/час.
Температура потолка должна быть при этом на 2—3° ниже 96температуры воздуха, или равняться 21°, а температура хладо- носителя должка быть при этих условиях приблизительно на 6° ниже температуры воздуха, т. е. составлять 24 — 6=18°.
Если перепад температуры теплоносителя в панелях составляет 10°, то перепад температуры хладоносителя будет 2,6°. Иными словами, температура воды, подающейся на панели, должна быть 18 — 1,3 = 16,7°. Если температура наружного воздуха составляет +38° и желательно достичь внутренней температуры 30°, то мощность системы при ее использовании для охлаждения, не учитывая солнечную инсоляцию, должна составлять (38 — 30)/ (18 + 5) = 0,35, или 35% мощности систем при работе ее как отопительной.
Это означает, что отдача холода с 1 м² потолка должна составлять 26 ккал/час, а температура потолка должна быть ниже температуры окружающей среды на 3—3,5°, или составлять 26,5°. Средняя температура хладоносителя должна быть на Т ниже температуры окружающей среды, или составлять 23°. Перепад температуры в панелях при этом составит 3,5°, и, следовательно, температура хладоносителя при поступлении его в змеевик должна быть 23 — 1,7 = 21,3°.
Таким образом, температура потолка в этих двух случаях должна быть соответственно 21 и 26,5°. Система может быть реализована в таком виде только при условии, что точка росы будет ниже наиболее низкой температуры потолка, то есть температуры на поверхности потолка по линиям, проходящим под осями труб. Иначе говоря, если точка росы будет 19° при температуре среды 24° и 24° при температуре среды 30°. Это условие требует, чтобы относительная влажность наружного воздуха была ниже соответственно 50 и 45%, что в большинстве городов, где воздух летом сух, вполне осуществимо.
Хладоноситель
Приведенные выше расчеты, носящие лишь общий характер, демонстрируют, что в климатических условиях России для охлаждения воздуха в помещениях с помощью панелей возможно применение воды из городского водопровода, а также колодезной воды с температурой от 15 до 21°C.
Воду такжможно охлаждать двумя основными способами:
- С помощью льда: этот метод использует лед для прямого охлаждения воды. Он прост, но может быть непрактичным из-за необходимости постоянного пополнения льда.
- С помощью холодильных машин: этот метод использует компрессионные холодильные циклы для отвода теплоты от воды. Он более энергоэффективен и практичен, чем использование льда, но требует более сложного оборудования.
Циркуляция рсладоносителя
Жидкий хладоноситель может циркулировать в системе двумя способами: непосредственно или с помощью промежуточного теплоносителя.
При непосредственной циркуляции хладоноситель движется по системе без промежуточных теплообменников. Циркуляция осуществляется насосом, который нагнетает хладоноситель в систему. Система должна находиться под давлением, чтобы не допустить ее опорожнения. Удаление хладоносителя осуществляется на уровне, не ниже уровня расширительного сосуда. Обратный клапан, установленный над насосом, предотвращает обратный поток хладоносителя в случае остановки системы.
Недостатком прямого циркулирования является то, что вода из системы не может быть возвращена в городскую сеть, так как она может быть загрязнена примесями и ржавчиной. Перед повторным использованием вода должна быть очищена путем циркуляции в ней чистой воды в течение продолжительного времени.
При циркуляции с помощью промежуточного теплоносителя хладоноситель циркулирует по замкнутому контуру, а тепло от него передается другому теплоносителю, который непосредственно охлаждает воздух.
Этот метод более сложный и менее эффективный, но он позволяет использовать более дешевые и доступные материалы для системы.
При низкой температуре хладоносителя (например, колодезной воды 12°C, или при использовании льда или холодильной машины) можно использовать теплообменник, который передает холод от первичного холодильного агента воде, циркулирующей в системе. Вода остается в системе без замены в течение всего года при условии регулярного обслуживания.
Если вода поступает из естественного источника, она может быть возвращена в городскую сеть, так как не загрязняется при прохождении через теплообменник. Теплообменник легко поддерживать в чистоте с помощью специальных чистящих средств.
