RU2200808C1 - Способ отопления помещения - Google Patents

Abstract

Предложен способ отопления жилых, общественных и производственных помещений. Задача изобретения - улучшение экологии отапливаемого помещения, повышение уровня комфортности и эффективности отопления. Указанная задача достигается тем, что для отопления используют подогреваемые подоконники и подогреваемые вертикальные боковые откосы оконных ниш, подогреваемые пороги и подогреваемые вертикальные боковые откосы дверных ниш, подогреваемые подподоконные панели и вертикальные стеновые панели, которые размещают от пола в нижней части стен. При этом температуру лицевых поверхностей обогревателей выбирают с учетом того, чтобы ИК-излучение, создаваемое ими, осуществлялось с максимальной интенсивностью в диапазоне длин волн 8 - 10 мкм, соответствующем области максимальной эффективности теплового обмена организма человека с окружающей средой. В соответствии с этим температуру лицевой поверхности подоконников выбирают в интервале 25 - 40^oС, температуру лицевой поверхности боковых откосов оконных и дверных нищ, температуру лицевой поверхности порогов дверных ниш, температуру лицевой поверхности подподоконников и стеновых панелей выбирают в интервале 25 - 55^oС. Для повышения интенсивности ИК-излучения и создания необходимого дизайна лицевые поверхности обогревателей облицовывают естественным или искусственным камнем, а также керамической плиткой. В результате нагревания воздуха подогреваемым подоконником и подогреваемыми вертикальными боковыми откосами оконной ниши в оконной нише образуется теплоизолирующий экран, состоящий из сухого воздуха с повышенной температурой точки росы и низкой теплопроводностью, в котором практически отсутствуют конвективные потоки заметной интенсивности. Вследствие этого устраняются условия для запотевания и обмерзания стекол нижней части окна. Кроме того, потери тепла, обусловленные движением воздуха вдоль холодных стекол, сводятся к минимуму, что по некоторым оценкам дает экономию энергии, используемой на отопление помещения, до 20-30%. Изобретение может быть использовано при проектировании, строительстве и реконструкции систем отопления жилых, общественных и производственных зданий. 2 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относится к отоплению жилых, общественных и производственных помещений и предназначено для удовлетворения жизненных потребностей человека. Оно может быть использовано при проектировании, строительстве и реконструкции систем отопления жилых, общественных и производственных зданий.

Как известно, основной задачей отопления любого помещения является создание комфортных температурных условий для находящихся в нем людей.

В настоящее время используются конвективный и лучевой (радиационный) способы отопления помещений. Сущность конвективного способа отопления заключается в том, что с помощью различных нагревательных приборов нагревается воздух, который в виде конвективных потоков теплого воздуха распространяется по всему помещению и нагревает находящиеся в нем предметы.

Сущность лучевого (радиационного) способа отопления заключается в том, что с помощью источников длинноволнового инфракрасного излучения в первую очередь нагреваются предметы, находящиеся в помещении, а затем тепло от предметов передается воздуху.

Сравнительный анализ конвективного и лучевого способов отопления помещений, выполненный В.Егоровым и П.Тарасовым в работе "Инфракрасное излучающее оборудование" (Справочник "Строитель", изд. ИА "NORMA", 2000, 4, стр. 192, 193), показал, что лучевой способ имеет значительные преимущества перед конвективным.

Например, при конвективном способе отопления температурный градиент по высоте помещения составляет 1,7 - 2,5^oС/м, причем теплый воздух естественным образом оказывается вверху, а холодный внизу. Вследствие этого в помещениях высотой 2,5 - 3,5 м разница температур у потолка и пола может достигать 6 - 7^oС. Кроме того, интенсивные конвективные потоки теплого воздуха увлекают за собой мелкодисперсную пыль, вынуждая находящихся в помещении людей дышать пылевоздушной смесью, что приводит к негативным последствиям.

При лучевом способе отопления температура у поверхности пола выше, чем у потолка, а температурный градиент по высоте составляет приблизительно 0,3^oС/м. При температуре у поверхности пола 18 - 19^oС комфортная температура на высоте 1,5 м может быть понижена на 2 - 3^oС без ущерба для самочувствия человека. За счет существенного снижения затрат на отопление потолочной части и снижения комфортной температуры лучевой способ отопления жилых помещений на 20 - 25% экономичнее конвективного. Так как при лучевом способе отопления конвективные потоки теплого воздуха практически отсутствуют, количество пыли, содержащееся в воздухе, значительно меньше, чем при конвективном способе отопления.

Типичными ИК-обогревателями, с помощью которых практически реализуется лучевое ИК-отопление помещений, являются электрические потолочные ИК-обогреватели "ЭкоЛайн" и газовые потолочные ИК-обогреватели "БиКар". Использование газа в качестве энергоносителя позволяет уменьшить текущие затраты на отопление, однако при этом возникают проблемы, связанные с отводом продуктов горения, изменением естественной влажности воздуха и выжиганием кислорода воздуха. Поэтому для отопления помещений чаще используют электрические ИК-обогреватели. При этом для отопления жилых и офисных помещений с высотой потолков до 3,5 м используют потолочные ИК-обогреватели с температурой излучающей поверхности от 100 до 200^oС. Для отопления помещений с высотой потолков более 3,5 м используют потолочные ИК-обогреватели с температурой излучающей поверхности от 300 до 750^oС.

Существенным недостатком ИК-обогревателей с температурой излучающей поверхности от 100 до 200^oС является то, что максимум интенсивности их ИК-излучения, лежащий в диапазоне длин волн от 6 мкм до 7,7 мкм, находится внутри диапазона длин волн от 5,2 мкм до 7,7 мкм, в котором ИК-излучение в спектре солнечного света, достигающего поверхности Земли, полностью отсутствует, так как ИК-излучение в этом диапазоне длин волн не пропускается земной атмосферой в результате эффективного селективного поглощения парами воды, СО₂, озоном и другими примесями (Физическая энциклопедия, Москва, 1998, том 2, стр. 183). Вследствие этого в генетической памяти человека отсутствует опыт взаимодействия с ИК-излучением в диапазоне длин волн от 5,2 мкм до 7,7 мкм. Поэтому воздействие на человека ИК-излучением в этом диапазоне длин волн нельзя признать экологичным и комфортным. Этот вывод справедлив и для ИК-излучения, создаваемого ИК-обогревателями с температурой излучающей поверхности 300-750^oС на длинах волн короче 5,2 мкм.

Чтобы создать комфортные условия для человека, отопление помещения должно учитывать биофизические особенности теплового обмена организма человека с окружающей средой при различных физических воздействиях.

Человек является мощным источником ИК-излучения и хорошо поглощает его (феномен радиационного обмена). Максимум интенсивности в сплошном спектре излучения и поглощения тела человека приходится на длину волны в диапазоне 9,3 - 9,5 мкм. На этой длине волны имеет место наибольшая глубина проникновения ИК-излучения в тело человека (Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия, Москва, "Медицина", 1999, стр. 148-151).

Как известно, тепловое излучение абсолютно черного тела происходит на длине волны, строго соответствующей температуре его поверхности. Тепловое излучение реального тела происходит обычно в некотором диапазоне длин волн с максимумом интенсивности на длине волны, соответствующей длине волны теплового излучения абсолютно черного тела с той же температурой поверхности. Например, твердое тело с температурой поверхности 40^oС обладает ИК-излучением с максимальной интенсивностью в диапазоне длин волн от 8 мкм до 10 мкм.

Известны способы отопления помещений с помощью радиаторов и панелей, подогреваемых паром, горячей водой или электричеством. Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения "Способ отопления помещения" является способ отопления с использованием так называемого "теплого пола", подогреваемого, например, электрическим кабелем (Хренков Н. Система теплых полов Теплолюкс, "Стройка", изд. ИА "NORMA", 2000, 43, стр.196-198) или горячей водой, пропускаемой через систему труб, уложенных под поверхностью пола (Альтернативные напольные системы отопления WIRSBO. "Стройка", изд. ИА "NORMA", 2001, 7, стр. 180).

Недостатком такого технического решения является то, что оно порождает целый ряд ограничений по размещению в помещении мебели и предметов быта, которым противопоказан подогрев снизу: холодильники, книжные шкафы, тумбочки, кровати, диваны, ковры и т.д. При этом возникают трудности психологического характера, обусловленные нарушением сложившегося стереотипа представлений о целесообразном размещении в помещении мебели и предметов быта. Теплые полы лучше всего сочетаются с покрытиями, выполненными из мраморной пли кафельной плитки в ванных и банных помещениях.

Кроме того, существует серьезная проблема, связанная с запотеванием и даже обледенением стекол нижней части окна, особенно при широком подоконнике. Это явление обусловлено тем, что в пристекольном пространстве образуются нисходящие потоки воздуха, которые по мере движения вниз и охлаждения выделяет влагу, осаждающуюся на более холодном стекле. В этом случае, как говорят, окно "плачет".

Для устранения этого явления под подоконником устанавливают либо радиаторы водяного отопления, либо электрические конвекторы, которые создают конвективные потоки теплого воздуха, противодействующие нисходящим. Однако эффективность таких мер тем ниже, чем шире подоконник. Если ширина подоконника больше 30-35 см, окно по-прежнему "плачет". Кроме того, радиаторы отопления и электрические конвекторы затрудняют проведение санитарной уборки помещений.

Цель изобретения - создание оптимального способа отопления помещении, обеспечивающего улучшение экологии отапливаемого помещения, повышение уровня комфортности и эффективности отопления при сохранении сложившихся представлений о целесообразном размещении в помещении отопительных приборов, мебели и предметов быта. Указанная цель достигается тем, что для отопления используют подогреваемые подоконники и подогреваемые вертикальные боковые откосы оконных ниш, подогреваемые пороги и подогреваемые вертикальные боковые откосы дверных ниш, подогреваемые подподоконные панели и вертикальные стеновые панели, которые размещают от пола в нижней части стен, причем температуру лицевых поверхностей обогревателей выбирают с учетом того, чтобы ИК-излучение, создаваемое ими, осуществлялось с максимальной интенсивностью в диапазоне длин воли от 8 мкм до 10 мкм, соответствующей области максимальной эффективности теплового обмена организма человека с окружающей средой. В соответствии с этим температуру лицевой поверхности подоконников выбирают в интервале температур от 25^oС до 40^oС, температуру лицевой поверхности боковых откосов оконных и дверных ниш, температуру лицевой поверхности порогов дверных ниш, температуру лицевой поверхности подподоконников и стеновых панелей выбирают в интервале температур от 25^oС до 55^oС. Для повышения интенсивности ИК-излучения и создания необходимого дизайна лицевые поверхности обогревателей облицовывают естественным или искусственным камнем, а также керамической плиткой.

В результате нагревания воздуха подогреваемым подоконником и подогреваемыми вертикальными боковыми откосами оконной ниши в оконной нише образуется теплоизолирующий экран, состоящий из сухого воздуха с повышенной точкой росы и низкой теплопроводностью, в котором практически отсутствуют конвективные потоки заметной интенсивности. Вследствие этого устраняются условия для запотевания и обмерзания стекол нижней части окна. Кроме того, потери тепла, обусловленные движением воздуха вдоль холодных стекол, сводятся к минимуму, что благоприятно сказывается на экономии энергии, необходимой для отопления помещения. По некоторым оценкам, экономия энергии, используемой на отопление помещения, имеющего окна с обогреваемыми стеклами, составляет до 20 - 30% (В. Гайдукевич. Энергосберегающее электрооборудование зданий. Справочник "Строитель", изд. ИА "NORMA", 2000, 4, стр. 195).

В соответствии с классификацией ИК-излучение занимает диапазон длин волн от 0,76 мкм до 1000 мкм. При этом по характеру воздействия па организм человека ИК-излучение в диапазоне длин волн от 8 до 10 мкм называют мягким ИК-излучением.

Изложенные закономерности были использованы для выбора интервалов температур подогреваемых излучающих поверхностей, чтобы обеспечить наиболее экологичные и комфортные условия пребывания людей в помещении при минимальных затратах энергии на отопление
Физические явления, лежащие в основе предложенного способа отопления помещения, рассмотрены выше. Сущность изобретения. Поэтому возможность осуществления изобретения сводится к возможности реализации обогреваемых поверхностей подоконника, боковых откосов окна и подподоконной панели, а также регулирования температуры нагрева этих поверхностей.

В настоящее время широко применяется нагрев поверхностей разной формы с помощью электрического кабеля, равномерно распределенного под нагреваемой поверхностью. Питание электрического кабеля осуществляется от электрической сети. Для регулирования температуры нагрева поверхностей используются электрические датчики температуры и терморегуляторы (термостаты).

Можно осуществить нагрев поверхностей с помощью подогретой до соответствующей температуры воды, пропускаемой по трубам, уложенным под нагреваемой поверхностью. Выбор метода нагрева поверхностей определяется только технической и экономической целесообразностью.

Облицовка подоконника, боковых откосов оконной ниши и подподоконной панели естественным или искусственным камнем, а также декоративной керамической плиткой является хорошо освоенной технологической операцией.

Таким образом, возможность осуществления предложенного способа отопления помещения не вызывает сомнений.

Источники информации
1. Патент РФ, С1, 2121772 от 10.11. 1998 г. Кабельная система для отопления помещения (варианты).

2. Патент РФ, С1, 2125208 от 20.01.1999 г. Панель лучистого обогрева.

3. Патент РФ, С1, 2132610 от 10.07.1999 г. Устройство обогрева сельскохозяйственных животных и птицы.

4. СниП 2. 04. 05 91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Госстрой, 1991.

5. С "теплым полом" не замерзнешь. "Стройка", изд. ИА "NORMA", 2001, 7, стр. 185.

6. Отопление - это просто. "Стройка", изд. ИЛ "NORMA", 2001, 12, стр. 244.

7. Подарок к дачному сезону. "Стройка", изд. ИА "NORMA", 2001, 14, стр. 210.

8. ЭкоЛайн - универсальная система отопления. "Стройка", изд. ИА "NORMA", 2001, 18, стр. 229.

9. ЭкоЛайн - тепло и уют в вашем доме. "Теплый дом", изд. "Стройинформ", 2001, 2, стр. 123.

10. В. Егоров. Стационарное прямое электрическое отопление загородного дома. "Стройка", изд. ИА "NORMA", 2001, 22, стр. 225, 226.

Claims (3)

1. Способ отопления помещения, содержащего по крайней мере один проем, в котором размещена оконная ниша, содержащая окно, подоконник и боковые откосы, и по крайней мере один проем, в котором размещена дверная ниша, содержащая дверь, порог и боковые откосы, отличающийся тем, что для отопления используют подоконники, и/или боковые откосы оконных ниш и пороги, и/или боковые откосы дверных ниш, которые выполняют подогреваемыми, причем температуру лицевой поверхности подоконников выбирают в интервале 25-40^oС, температуру лицевой поверхности боковых откосов оконных и дверных ниш и температуру лицевой поверхности порогов дверных ниш выбирают в интервале 25-55^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для дополнительного отопления используют стеновые панели, которые выполняют подогреваемыми и размещают от пола в нижней части стен, например под подоконниками, причем температуру лицевой поверхности подогреваемых стеновых панелей выбирают в интервале 25-55^oС.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что подогреваемые подоконники и подогреваемые боковые откосы оконных ниш, подогреваемые пороги и подогреваемые боковые откосы дверных ниш и подогреваемые поверхности стеновых панелей облицовывают естественным или искусственным камнем, кафельной или керамической плиткой, металлом с декоративным покрытием, содержащим минеральный наполнитель, причем каждый из этих материалов используют как отдельно, так и в различных сочетаниях с другими материалами.