In diesem Artikel: Strahlungsheizung – 10.000 Jahre Geschichte; die ersten Strahlungsheizsysteme; Russischer Ofen – Generator für Infrarotstrahlen; Strahlungswärme des menschlichen Körpers; Arten moderner Haushaltsstrahlungsheizsysteme; am Ende – die Bedingungen, unter denen Strahlungsheizung rentabler als konvektiv ist.
Vor ungefähr 200 Jahren wurden die Heizsysteme unserer Häuser wiedergeboren, Öfen und Kamine, die seit Tausenden von Jahren beliebt sind, wurden Archaismen genannt und durch ein Wasserheizsystem ersetzt, das konvektive Wärme liefert. Im Laufe eines Jahrhunderts wurde ein Kreuz auf die Strahlungswärme gelegt, es wurde zu Schrott abgeschrieben. Die im letzten halben Jahrhundert durchgeführten Studien von Wissenschaftlern zeigen jedoch das Gegenteil – die Strahlungswärme übertrifft die konvektive Wärme in ihren Eigenschaften und in einer Reihe von Eigenschaften. Wir schlagen vor, dieses Problem zu verstehen und herauszufinden, warum Strahlungsheizung besser als konvektiv ist.
Die Geschichte der Heizung – von strahlend zu konvektiv und … wieder zu strahlend?
Seit Tausenden von Jahren war die erste und einzige Heizquelle in einer menschlichen Wohnung ein Feuer, und die Heizmethode selbst war ein Konvektionsstrahl. Während des Brennens eines Feuers in einem primitiven Ofen und danach, als das Feuer schwelte, strömten Infrarotstrahlen vom Steinportal aus, und infolge der Konvektion wurde die Luft im Raum erwärmt. Der offensichtliche Nachteil dieser Heizmethode besteht darin, dass die Wohnung beim Brennen eines Feuers mit Rauchgasen gefüllt wurde, wodurch eine unerträgliche Atmosphäre entstand. Daher wurde oben auf den Dächern der Häuser ein Kaminloch hergestellt, durch das heißer Rauch zusammen mit erwärmter Luft entweichen konnte. Der Hauptanliegen war die Strahlungsheizung, da ihre Intensität nicht vom Grad der Luftheizung abhing.
Vor zweitausend Jahren wurden neue Heizsysteme geschaffen, die auf Kanälen unter der Oberfläche von Steinböden basieren, entlang derer sich Rauchgase aus geschmolzenen Öfen bewegten und die Böden mit ihrer Wärme heizten (Hypocaust (Dr. Rom), Gloria (Spanien), Ondol (Korea), Dikan (China) usw.). Die Bevölkerung Europas verwendete unterdessen eine teilweise modifizierte Version des Feuers – einen schwarz erhitzten Kopfsteinpflasterherd. Erst im 15. Jahrhundert verbesserten die Europäer den Steinherd, indem sie ein Auspuffrohr aus Holz anbrachten.
Hypocaust des Heizungssystems
Im 17. Jahrhundert war das „russische Heizsystem“ in den Schloss- und Palastkomplexen Russlands und Europas beliebt – der Lufteinlassschacht verlief nahe der Ofenwand und entlang dieser, wo die Luft erwärmt wurde und aufgrund der Konvektion durch verzweigte Ziegelkanäle zu den zu beheizenden Räumen aufstieg. Nachdem die Wärme abgegeben worden war, trat die Luft aus den Räumlichkeiten durch die Abluftkanäle außerhalb des Gebäudes aus. Ein Heizsystem dieser Bauart schloss die Möglichkeit des Eindringens von Rauchgasen in die Wohnräume vollständig aus, was zu dieser Zeit ein erstaunliches Know-how war. Dieses Heizsystem, das als „Feuer-Luft-System“ bezeichnet wird, erfreute sich bis Mitte des 19. Jahrhunderts wachsender Beliebtheit, war jedoch bis zu seinem Ende nicht mehr gefragt, was durch das konstante niederfrequente Brummen in den Luftkanälen, übermäßige trockene Luft, das Verbrennen von Staub und die Ablagerung von Staubruß an den Wänden und Innenräumen erleichtert wurde.
Ende des 18. Jahrhunderts erfand und baute der französische Ingenieur Jean-Simon Bonneman das erste Warmwasserheizsystem, bei dem die Zirkulation des Kühlmittels auf natürliche Weise erfolgte. Ein halbes Jahrhundert später erschien in Russland ein Heizsystem mit natürlicher Zirkulation des Kühlmittels, das von Professor Petr Grigorievich Sobolevsky entwickelt wurde. Konvektionswasser-, Dampf- und Feuerluftheizungen erfreuen sich von Jahr zu Jahr wachsender Beliebtheit, hauptsächlich aufgrund des technischen Fortschritts, der Entstehung und Entwicklung zentraler Heizquellen für das Kühlmittel und Systeme für die Lieferung an Verbraucherobjekte. Der großflächige Bau typischer Hochhäuser mit minimaler Dämmung der Fassaden, geringe Überlappung der Fenster- und Türöffnungen zugunsten der konvektiven Warmwasserbereitung – Strahlungsheizung ist nur in einem gut isolierten Gebäude wirksam.
150 Jahre später haben Wissenschaftler jedoch festgestellt, dass die Wahrnehmung von Strahlungsheizung dem Menschen viel näher kommt als die Konvektionserwärmung von Luft. Und das nicht nur für eine Person, sondern auch für Haushaltsgegenstände sowie für Materialien, die für die Innenausstattung von Räumlichkeiten verwendet werden.
Heizen zu Hause – Realität
Waren Sie im Winter jemals in einem ungeheizten oder schlecht beheizten Raum – einem Klassenzimmer, einem Hörsaal eines Instituts oder einem Versammlungssaal einer Institution? Als Reaktion auf die Unzufriedenheit des Publikums beruhigt sich der Lehrer (Dozent) – nichts, wir werden atmen und in einer halben Stunde wird es warm. Und tatsächlich wird es nach einer Weile wärmer, aber der Grund dafür hängt überhaupt nicht mit dem Begriff „geatmet“ zusammen – die Anwesenden erwärmten die Atmosphäre des Raumes mit Wärmestrahlung, die von ihren eigenen Körpern erzeugt wurde. Infrarotstrahlen, die von den Körpern der im Publikum Anwesenden ausgehen, erwärmen die in ihrer Nähe befindlichen Objekte, die wiederum ihre eigene Strahlung erzeugen, diese auf benachbarte Objekte übertragen und die Wärme ihrer Oberflächen an die Luft.
Jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt Kelvin (oder –273,15 ° C) sendet Infrarotstrahlen aus. Je höher die Temperatur des Objekts ist, desto intensiver ist die Strahlung. Beispielsweise erzeugt der menschliche Körper bei seiner normalen Temperatur (von 36,6 bis 37 ° C) Infrarotstrahlen im mittleren Wellenlängenbereich mit einer Wellenlänge von 5 bis 25 Mikrometern. Der Verbrauch menschlicher Energie für Infrarotstrahlung wird reduziert, wenn die Umgebungstemperatur steigt, nicht jedoch die Luft, sondern die umschließenden Strukturen (Wände, Decke und Boden) und Möbel. Tatsache ist, dass die Luftumgebung transparent und für Infrarotstrahlen durchlässig ist. Kalte Wände und Böden entziehen dem menschlichen Körper auch bei einer Raumtemperatur von 25 Grad Infrarotwärme – dies ist ein Strahlungswärmeaustausch, der durch die Gesetze von Planck und Stefan-Boltzmann erklärt wird.
Generationen von Stadtbewohnern sind an die Lebensbedingungen in Backstein- und Plattenhäusern gewöhnt und versuchen, die Infrarotenergie des Körpers, die zur Erwärmung der umschließenden Strukturen verwendet wird, mit Hilfe verschiedener Arten von elektrischen Konvektoren auszugleichen. In Erinnerung an die Stadtbewohner gab es eine vage Überzeugung über die Bedeutung von Holzwänden im Haus, die „atmen“ können, um die Luftfeuchtigkeit auszugleichen. Ofen.
Der massive Bau des russischen Ofens erhielt einen bedeutenden Platz im Haus, hielt die Wärme perfekt und heizte das ganze Haus mit Infrarotstrahlung. Kein Wasser- oder Luftheizsystem kann seine Heizleistung mit einem russischen Ofen vergleichen! Gerade wegen der Radialheizmethode erweisen sich Backwaren in einem russischen Ofen als viel appetitlicher und schmackhafter als im modernsten Ofen, dessen Kochprinzip auf Heißluft basiert (Feuer-Luft-System)..
Die Eigenschaften der Strahlungsenergie unter dem Gesichtspunkt der Erwärmung wurden von einem Labor an der Yale University untersucht, das von der John Bartlett Pearce Foundation finanziert wurde. Die Ergebnisse eines Experiments, an dem Freiwillige teilnahmen, waren sehr aufschlussreich. In der ersten Phase wurden die Probanden in einen kleinen Raum mit künstlich gekühlten Wänden gebracht, deren Lufttemperatur mittels Heizlüfter auf einem Niveau von 50 ° C gehalten wurde – Freiwillige in leichter Kleidung klagten nach ihrem Aufenthalt in diesem Raum über extreme Kälte. Während der zweiten Stufe wurde die Lufttemperatur absichtlich auf 10 ° C gesenkt, und die Wände wurden mit Hilfe von im Inneren eingebauten Rohren beheizt, durch die heißes Wasser zirkulierte – die ebenso leicht gekleideten Probanden schwitzten stark, wenn sie sich in diesem Raum befanden, sie waren heiß.
Jeder von uns kann jedoch jederzeit den „Vampirismus“ der Kälte und die „Spende“ beheizter Wände überprüfen und persönlich erleben – Sie müssen nur heraufkommen und sich vor die Wand stellen. Im Winter werden Sie die Kälte spüren, die von ihr kommt, da das Material, das die Wand bildet, die von Ihnen ausgehenden Infrarotstrahlen absorbiert. Im Sommer werden Sie die Wärme spüren, dh Ihr Körper wird bereits die Infrarotstrahlung absorbieren, die die Wand tagsüber von der Sonne empfängt.
Beschreibung der Strahlungsheizsysteme
Ein massiver Ofen war und ist eine ideale Strahlungswärmequelle. In einer Wohnung oder einem Büro und in vielen Privathäusern ist es jedoch unrealistisch, einen solchen Ofen anzuordnen. Betrachten Sie moderne Strahlungsheizsysteme, die es ermöglichen, auf einen solchen Ofen zu verzichten – „warmer Boden“, Wand- und Deckenstrahler.
Fußbodenheizungssysteme unterscheiden sich in Design und Heizprinzip:
- Konvektionssysteme umfassen alle Systeme mit einem Wasserwärmeträger sowie Kabel, Kabel, die in wärmeisolierenden Platten und Folien verlegt sind (Heizmatten – ein dünnes Kabel, das in einer Maschenbasis angeordnet ist);
- Strahlungswärme wird durch einen Kohlenstofffilm (Heizelement – Graphitstreifen, die in einem Polyesterfilm versiegelt sind) und Kernböden (ihre Heizelemente bestehen ebenfalls aus Graphit) erzeugt..
Die an den Wänden installierten Paneele sind modulare Blöcke aus Kupferrohren, deren Wärmeträger heißes Wasser ist. Die Wärmeübertragung von Strahlungswärme von Wandpaneelen mit zirkulierendem heißem Wasser bei einer Temperatur von 40 ° C beträgt etwa 80%, die restlichen 20% sind auf Konvektion zurückzuführen – dies ist auf die zulässige hohe Temperatur des Kühlmittels zurückzuführen, die das in europäischen Normen festgelegte Maximum von 30 ° C für einen „warmen Boden“ überschreitet.
Modulare Kupferblöcke werden mit horizontalen oder vertikalen Stangen auf der Wandoberfläche installiert, bevor eine Isolierschicht mit Aluminiumfolie auf der Wandoberfläche montiert wird. Nach der Installation werden die Wandpaneele mit einer 350 mm dicken Putzschicht versiegelt, die mit Gipskartonplatten oder anderen harten Belägen bedeckt ist. Zusätzlich zur externen Installation können modulare Blöcke für die Strahlungsheizung in Betonwänden installiert werden – sie werden an einem Bewehrungsrahmen befestigt und anschließend mit Beton gegossen.
Der Vorteil von Wandpaneelen ist eine geringere thermische Trägheit im Vergleich zu „warmen Böden“, was besonders für Gebäude mit intermittierender Heizung geeignet ist. Es ist zu beachten, dass Wandpaneele für eine effektive Heizung um den Umfang der Wände, in denen sie installiert sind, freien Raum benötigen. Bei einer großen Anzahl von Schrankmöbeln ist es irrational, sie zu verwenden.
Die ersten Modelle von Deckenstrahlplatten wurden lange vor den „warmen Fußböden“ und Wandpaneelen hergestellt, das Interesse der Hersteller an ihnen wurde einfach erklärt – die Decke und damit die Deckenpaneele befanden sich am weitesten von den Haushalten entfernt, was es ermöglichte, die Paneele ohne hohe Temperaturen zu erwärmen Schäden am Menschen. Die maximale Temperatur moderner Deckenpaneele hängt von der Höhe der Decken ab – der optimale Unterschied zwischen der Lufttemperatur im Raum und der Oberflächentemperatur des Balkenpaneels beträgt 10 ° C. Moderne Deckenpaneele werden nicht in Decken eingebaut – sie werden auf der Deckenoberfläche installiert, was ihre Installation und Wartung vereinfacht.
Am Ende
Die Popularität der Konvektionsheizung hängt heute nur damit zusammen, dass die meisten Häuser nur minimale Wärmespeichereigenschaften aufweisen – früher interessierten dies Designer und Bauherren nicht, da ihre Aufgaben auf die Senkung der Projektkosten gerichtet waren. Daher leuchten Häuser nachts in Infrarotdetektoren, kolossale Heizkosten und häufige kosmetische Reparaturen. Und gerade wegen der hohen Wärmeverluste durch die Fensteröffnungen wurden Heizkörper direkt darunter installiert – um die kalte Luft von der Straße abzuschneiden, die durch die Schlitze der Fensterrahmen und durch deren Verglasung kommt.
Durch konvektive Heizung können Sie nicht isolierte Räume schnell und relativ kostengünstig heizen, aber Sie können nicht vermeiden, die Luft auszutrocknen, kalte Luft auf Bodenhöhe (die wärmste Luftschicht sammelt sich an der Decke), konstante Schimmelbildung der Wände in der kalten Jahreszeit (aufgrund von Feuchtigkeitsablagerungen auf ihren kalten Oberflächen) und die Notwendigkeit häufiger kosmetischer Reparaturen – die oben genannten Fakten sind unbestreitbar.
Wenn die umschließenden Strukturen des Hauses aus Holz, Ziegel oder Stahlbeton bestehen, wird die Dämmung (Sandwichplatten, Wärmedämmstoffe, gefolgt von Verputz usw.) an der Außenseite (Straße) durchgeführt, und moderne Türen und Fenster werden mit ausreichenden Mitteln in die Fenster und Türöffnungen eingebaut Geringe Wärmeleitfähigkeitsraten und die Lösung des Heizproblems mit Hilfe eines Strahlungsheizsystems rechtfertigen sich. Andererseits ist es beim Isolieren von umschließenden Strukturen aus dem Inneren eines Raumes, was besonders häufig in mehrstöckigen Gebäuden sowjetischer Bauart durchgeführt wird, nicht sinnvoll, ein Heizsystem auf Infrarotheizung zu bauen, da sich das Material, aus dem die Wände bestehen, nicht erwärmt und Wärme in Form von Strahlung abgibt, weil Wandflächen sind mit Wärmedämmstoffen wärmeisoliert.
Unter Berücksichtigung der neuen Anforderungen für den Wärmeschutz von Gebäuden, die in SNiP 23-02-2003 festgelegt sind, können Strahlungsheizsysteme durchaus die Führung bei der konvektiven Heizung übernehmen. Haushalte jeden Alters sind viel angenehmer und nützlicher, um Infrarotstrahlen einer bestimmten Wellenlänge wahrzunehmen, als in einem Luft- „Aquarium“ mit ständig kalten Wänden, gefüllt mit Luft, die durch Konvektion und Schwebstaub erwärmt wird.
Technologie oder ein neuer Trend? Wie effizient ist die Strahlungsheizung im Vergleich zur konventionellen Heizung?