Понимание стремления к увеличению доли лучистого тепла, излучаемого отопительными устройствами, возможно только при отказе от устаревшего и упрощенного взгляда на то, что тепловые ощущения определяются исключительно температурой воздуха, которую измеряют обычные термометры, не учитывая при этом субъективных ощущений.
Следует помнить, что теплообмен между телом человека и окружающей его средой происходит одновременно излучением, конвекцией и испарением и поэтому зависит не только от температуры воздуха.
Эти вопросы являлись, начиная с 1925 г., предметом подробных исследований-в США, Англии и Германии и в особенности во Франции . Изучение в этой стране явлений теплообмена привело к понятию о результирующей температуре, служащей критерием тепловых ощущений в окружающей среде, с учетом всех переменных условий, характеризующих среду, физиологическое состояние человека и защитные свойства его одежды.
Результирующая температура
Результирующая температура — это понятие, используемое в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), а также в исследованиях комфортности окружающей среды. Оно описывает воспринимаемую человеком температуру, которая зависит не только от фактической температуры воздуха, но и от других факторов, таких как температура окружающих поверхностей, влажность и скорость движения воздуха.
Важно понимать, что результирующая температура не является просто средним значением между разными температурами, а скорее комбинированным результатом, который отражает, как человек ощущает температуру в данной среде. Это понятие помогает более точно определить, какие условия будут наиболее комфортными для людей в определенной среде, например, в офисе, доме или общественном здании. Результирующая температура учитывает, что человеческое восприятие температуры зависит не только от воздуха, но и от других факторов окружающей среды.
Теплоотдача человеческого тела, при определенных условиях его активности и в зависимости от одежды, определяется следующими факторами:
1) температурой окружающих поверхностей;
2) температурой воздуха;
3) уровнем влажности воздуха;
4) скоростью движения воздуха.
Критерий тепловых ощущений определяется через результирующую температуру Тр. Согласно определению, она соответствует одинаковым показаниям сухого и смоченного термометров в эквивалентной среде. Эта среда создает аналогичные тепловые ощущения, при этом температура ограждающих конструкций равна температуре воздуха. Кроме того, в такой среде воздух является неподвижным и имеет 100%-ную относительную влажность.
Результирующую температуру можно представить следующей формулой:
Эти относительно сложные вопросы становятся проще, когда речь идет о стандартном жилом помещении, где скорость движения воздуха настолько мала, что ею можно пренебречь. Более того, в комфортных условиях для человека, находящегося в состоянии покоя и одетого нормально, то есть при температуре около 18-20°С, потеря тепла через испарение составляет лишь небольшую часть общих теплопотерь человеческого организма. Поэтому его тепловые ощущения мало зависят от влажности воздуха. Из этого следует, что в таких условиях тепловые ощущения практически зависят только от температуры ограждающих конструкций и воздуха.
Функция общего вида для результирующей температуры Тр, которая описывает тепловые ощущения в любой окружающей среде, в данном контексте сводится к так называемой результирующей сухой температуре Тр.с. Эта температура является функцией только двух переменных: температуры ограждающих конструкций R и температуры воздуха Тс. То есть, Тр.с = f(R, Тс).
Многочисленные исследования, основанные на наблюдениях за большим количеством людей, показали, что тепловые ощущения человека в равной степени зависят как от средневзвешенной температуры ограждающих конструкций, видимых из центра его тела, так и от температуры воздуха. Другими словами, результирующая сухая температура Тр может быть выражена как Тр = (R + Тс) / 2,
где R — средневзвешенная температура ограждающих конструкций, видимых из центра тела, а Тс — температура воздуха, измеряемая сухим термометром. Это означает, что в помещении с температурой ограждающих конструкций R и температурой воздуха Тс возникают те же тепловые ощущения, что и в помещении, где температура ограждающих конструкций и воздуха одинакова и равна Тр.с.
Важно: В помещениях, где тепловые ощущения определяются как Тр.с = (R + Тс) / 2, и где сумма значений R (температура ограждающих конструкций) и Тс (температура воздуха) дает одинаковый результат, тепловые ощущения будут одинаковыми.
Например (см. рисунок ), в помещении с температурой ограждающих конструкций 20°С и температурой воздуха 16°С, тепловые ощущения будут такими же, как и в помещении, где температура ограждающих конструкций составляет 21°С, а температура воздуха — 15°С. Это связано с тем, что сумма R + Тс в обоих случаях равна 36°С. Следовательно, аналогичные тепловые ощущения будут наблюдаться в помещении, где и температура ограждающих конструкций, и температура воздуха равны 18°С.
Конвективное отопление
При конвективном отоплении, как в случае с радиаторами, средневзвешенная температура ограждающих конструкций обычно ниже температуры воздуха, поскольку ограждающие конструкции преимущественно нагреваются этим воздухом. Следовательно, для достижения результирующей сухой температуры, например, 18°С, температура воздуха должна быть немного выше, около 19, 20, 21°С или даже выше. Это зависит от температуры наружного воздуха и соотношения площади остекленных поверхностей к общей площади ограждающих конструкций.
Лучистое отопление
При лучистом отоплении основной целью является нагрев определенных ограждающих конструкций помещения. В этом случае средневзвешенная температура ограждающих конструкций, видимых из определенной точки помещения, может быть как выше, так и ниже температуры воздуха, в зависимости от расположения этой точки, а также от площади и температуры излучающих поверхностей.
В результате, при одинаковой результирующей сухой температуре, создающей комфортные условия, можно дышать более прохладным воздухом при лучистом отоплении, чем при конвективном.
Это представляет собой одно из ключевых преимуществ лучистого отопления. Исследования английских и французских гигиенистов, в том числе Бедфорда, Кренко и Жилкена (Gilquin), показывают, что желательно добиваться условий, при которых человек дышит воздухом с температурой около 10°С, способствуя таким образом экзотермическим реакциям в легких.
