Исследование влияния типа отопительного прибора на микроклимат жилых помещений

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование влияния типа отопительного прибора на микроклимат жилых помещений

Дегтярь Э.А. 1
1МАОУ "Лицей № 97 г. Челябинска"
Белова Т.В. 1
1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

В своей предыдущей работе [2] я научилась увлажнять воздух в жилом помещении, а также определила оптимальный способ увлажнения воздуха жилого помещения в отопительный период – паровое увлажнение воздуха. Но, как оказалось на практике, все бытовые увлажнители воздуха рано или поздно способствуют появлению на поверхностях белого кальциевого налета (конечно, если не заливать в увлажнитель дистиллированную воду), который проникает в мельчайшие щели механизмов и игрушек, и с которым мама борется зимой. Я задумалась, а существуют ли такие отопительные приборы, которые дарят человеку максимальный тепловой комфорт, к тому же зимой не высушивают воздух в помещении, а то и позволяют вовсе отказаться от дополнительного увлажнения.

Актуальность работы: исследование влияниятипа отопительного прибора на микроклимат помещения и тепловой комфорт человека в отопительный период позволит добиться наилучшего самочувствия человека в своем жилище.

Цель работы: выяснить, существует ли такой отопительный прибор, который не высушивает воздух, а также лучше всего влияет на самочувствие человека в жилом помещении.

Задачи работы: выяснить, какие типы отопительных приборов применяют для отопления жилых помещений; определить способы передачи теплоты от отопительных приборов в отапливаемое помещение; проследить, как тип отопительного прибора влияет на тепловой комфорт человека в помещении; выяснить, за счет чего отопительный прибор «сушит» или не «сушит» воздух в помещении; с помощью серии экспериментов выявить лучший отопительный прибор с точки зрения самочувствия человека; попытаться сконструировать отопительный прибор из подручных деталей.

Методы исследования: изучение литературных и интернет - источников по исследуемой теме; эксперимент; наблюдение; анализ, обобщение и систематизация полученных данных.

Гипотеза: Все отопительные приборы «сушат» воздух в помещении.

Типы отопительных приборов

Согласно [5] отопительный прибор - один из основных элементов системы отопления, предназначенный для передачи теплоты от теплоносителя в обогреваемое помещение. Для жилых помещений разработано много разных типов отопительных приборов, которые можно разделить на 3 группы по преобладающему способу теплоотдачи: конвективные - передающие конвекцией не менее 75% теплового потока. Сюда относят электрические и водяные конвекторы; конвективно-радиационные - передающие конвекцией от 50 до 75% теплового потока. Сюда относят секционные (чугунные, алюминиевые, биметаллические), стальные панельные радиаторы и теплый пол; радиационные (лучистые) – передающие излучением не менее 50% теплового потока. К данной группе относят инфракрасные излучатели. Типы отопительных приборов представлены в приложении А.

Способы передачи теплоты от отопительных приборов в помещение

Я прочитала в энциклопедии [8], что конвекция - это перенос теплоты от нагретого тела струями жидкости или газа (приложение Б). Применительно к конвективному прибору, теплота от него переносится по помещению вместе с движущимися струями воздуха. Движение воздуха возникает из-за того, что нагретый вблизи отопительного прибора воздух становится легче и взмывает вверх, образуя восходящий ток воздуха. Под потолком он постепенно охлаждается и становится настолько тяжелым, что устремляется к полу, создавая нисходящий ток воздуха. Этот процесс называется естественной конвекцией.

Радиационный (лучистый) теплообмен – перенос тепловой энергии в виде электромагнитных волн (в основном инфракрасного невидимого спектра) между излучающими энергию телами. Интенсивность излучения зависит от взаимного расположения поверхностей, излучательной и поглощательной способности тел. Применительно к радиационным отопительным приборам это означает, что данные приборы нагревают не воздух в помещении, а все поверхности, которые становятся теплыми и начинают нагревать воздух.

Радиационно-конвективный теплообмен – комбинированный теплообмен, при котором теплота передается одновременно конвекцией и излучением. По такому принципу отдают теплоту большинство современных отопительных приборов, установленных в наших квартирах.

Влияние типа отопительного прибора на тепловой комфорт человека

Я решила исследовать влияние работы самых распространенных в наших квартирах видов отопительных приборов на самочувствие людей, а именно: конвектора, радиатора, теплого пола, инфракрасного обогревателя. Сначала изучила наработки интернет-сообщества [1,4,7].

Влияние конвектора

Так как конвектор системы отопления нагревает воздух в комнате конвективным путем, то при этом возникают восходящие и нисходящие токи воздуха, охлажденный воздух стелется по полу (рисунок В.1, приложение В), создавая ощущение сквозняка в зоне лодыжек. При таком отоплении под потолком помещения создаются «перегретые воздушные подушки», тогда как у пола температура воздуха ниже всего, что часто доставляет дискомфорт, особенно, когда на полу играют маленькие дети. Постоянная конвекция также способствует витанию пыли в воздухе, что особенно нежелательно для аллергиков. Но, благодаря низкой лучистой доле передачи теплоты (25%), поверхность его кожуха остаётся теплой и не позволяет обжечься.

Влияние радиатора

Так как радиатор нагревает помещение радиационно-конвективным путем (50/50), то воздух в помещении прогревается более равномерно и быстро, хотя перегрев верхней зоны и переохлаждение нижней также присутствуют. Из-за сильно нагретой поверхности самого радиатора возможна возгонка пыли, т.е. разложение ее органических примесей на вредные соединения при температуре выше 65 ℃, что также неблагоприятно для аллергиков. Лучистое тепло ощущается на расстоянии до 2,5 м от поверхности радиатора и дарит ощущение комфорта человеку (рисунок В.2).

Влияние теплого пола

Система «теплый пол» также относится к радиационно-конвективной системе отопления, но в качестве отопительного прибора выступает поверхность пола с замоноличенными в нем трубами с горячей водой или электрокабелем. В данном случае весь пол выступает отопительным прибором, площадь которого несоизмеримо выше площади конвектора или радиатора. Температура теплого пола не может быть выше 26 ℃ [6], что продиктовано комфортом для голой ноги человека. При таком отоплении температура внутреннего воздуха максимальна у поверхности пола и постепенно уменьшается по высоте помещения. Отсутствуют сквозняки. Воздух поднимается плавно снизу вверх и не способствует активному перемещению пылевых частиц (рисунок В.3). Так что аллергики могут вздохнуть спокойно. Нужно учитывать, что невозможно быстро изменить температуру воздуха в помещении, так как пол остывает очень медленно, как и нагревается.

3.4 Влияние инфракрасных излучателей

Инфракрасный (ИК) обогреватель — отопительный прибор, отдающий тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения. Лучистая энергия поглощается окружающими поверхностями, превращаясь в тепловую энергию, нагревает их, в том числе и людей, а уже они отдают теплоту воздуху. Тепловой эффект от инфракрасных обогревателей ощущается сразу после включения, особенно при нахождении человека непосредственно вблизи прибора. Люди ощущают «живое» тепло, наподобие солнечного. Прикасаться к нагретым поверхностям намного приятнее, чем к охлажденным (особенно приятно ложиться в теплую постель). При ИК-отоплении пол всегда остается теплым, отсутствуют сквозняки, не наблюдается циркуляции и температурной возгонки пыли.

Кроме того, что все эти отопительные приборы по-разному влияют на температуру воздуха в помещении и тепловой комфорт человека, они еще влияют и на относительную влажность воздуха, уменьшая ее.

Исследования влияния типа отопительного прибора на

тепловой комфорт членов моей семьи

Положения главы №3 отражают лишь теорию из интернет-источников, поэтому я решила выяснить на практике, действительно ли люди чувствуют себя по-разному при включении разных отопительных приборов на членах своей семьи: себе, маме, папе, младшей сестре - всего на четырех подопытных. Так как на момент проведения исследования отопительный сезон в квартире еще не наступил то в качестве отопительных приборов были взяты только электрические модели: масляный радиатор, электроконвектор, электрический теплый пол, инфракрасный обогреватель.

Для эксперимента было выбрано помещение площадью 14 м2 и высотой 3 м. До и после опытов помещение хорошо проветривалось уличным воздухом несколько часов. Перед экспериментом оно отапливалось исследуемым прибором в течение 2 часов. Наблюдение за подопытными велось в течение часа. Все люди были в легкой домашней одежде, с босыми ступнями, сытые (т.к. ощущение голода может влиять на восприятие температуры)℃. Люди выполняли легкую работу (играли, читали). Материал покрытия пола – керамогранит. Во время каждого эксперимента был проведен опрос родственников об их тепловом комфорте. Также производились замеры температур отопительного прибора, воздуха и внутренних поверхностей наружных ограждений до и после опытов. Замеры температур проводились по правилам [3]. Замер температуры воздуха производился с помощью бытовой метеостанции, замеры температур поверхностей осуществлялись с помощью пирометра. Движение пыли в воздухе проследить не удалось, так как у нас всегда чисто. Результаты экспериментов приведены в приложении Г.

Опыт №1 Влияние работы электроконвектора на тепловой комфорт

Под окном установлен электроконвектор тепловой мощностью 1000 Вт. На расстоянии 1м от прибора тепловое излучение практически не ощущается. К поверхности конвектора можно легко прикоснуться, ее температура 51℃.

100% опрошенных сказали, что по их ощущениям пол холодный, чувствуется дискомфорт в области оголенных лодыжек. На полу играть некомфортно. К стенам прислоняться прохладно. 25% опрошенных пожаловались на замерзшие руки. 75% опрошенных признались, что им не комфортно находиться в помещении, хочется надеть носки.

Опыт №2 Влияние работы масляного радиатора на тепловой комфорт

Под окном установлен масляный радиатор тепловой мощностью 1000 Вт. На расстоянии 1 м от отопительного прибора тепловое излучение ощущается очень хорошо. 75% опрошенных сказали, что поверхность радиатора очень горячая. Оказалось, что ее температура 112 ℃!!! А это не допустимо по санитарным нормам. По ощущениям 100% опрошенных пол немного теплее, чем в опыте №1, но чувствуется дискомфорт в области лодыжек. На полу играть также некомфортно. К стенам прислоняться не так прохладно, как в опыте №1, но не очень приятно. 50% опрошенных признались, что им не хочется находиться в помещении, есть ощущение духоты и чувствуется запах горелой пыли.

Опыт №3 Влияние работы теплого пола на тепловой комфорт

Под всей свободной поверхностью пола проложен электрокабель. Температура пола задается терморегулятором и выставлена на 26 ℃. 100% опрошенных сказали, что им очень нравится ходить по нагретому полу, они ощущают максимальный тепловой комфорт. 50% подопытных с удовольствием улеглись на пол и стали играть в шашки. 100% опрошенных признались, что им комфортно находиться в помещении. К стенам прислоняться прохладно. Никто не ощутил неприятного движения охлажденного воздуха у поверхности пола.

Опыт №4 Влияние работы ИК-обогревателя на тепловой комфорт

На высоте 2 м установлен ИК-обогреватель тепловой мощностью 1000 Вт. В ходе опыта температура стен, пола и всех поверхностей в зоне облучения нагревателя увеличилась. 100% опрошенных сказали, что им очень комфортно, они ощущают «живое тепло», как будто их греет солнышко. 75% подопытных отметили, что по мере удаления поверхностей от зоны облучения их температура снизилась и воздух стал прохладнее. 100% опрошенных признались, что им очень комфортно находиться в зоне действия излучателя, нравится прислоняться к теплым стенам, садиться на теплые стулья, но если встать вблизи излучателя, то ощущается перегрев макушки. Долго под ним находиться не очень приятно.

Вывод по экспериментам: в результате обобщения полученных данных я считаю, что информация из интернет-источников относительно влияния разных типов отопительных приборов на теплового комфорт человека полностью подтвердилась. Моя семья признала самым комфортным отопительным прибором ИК-обогреватель.

Исследование влияния типа отопительного прибора на изменение относительной влажности воздуха помещения

Теперь давайте выясним, как же описанные отопительные приборы могут влиять на относительную влажность воздуха в помещении. В работе [2] я выяснила, что чем выше температура воздуха, тем выше и его способность поглощать водяные пары. Воздух можно сравнить с губкой: теплая губка прекрасно пропитывается водой, но если губку предварительно охладить, вплоть до заморозки, то она сможет впитать в себя гораздо меньше воды. Так же и воздух. Т.е. чем холоднее влажный воздух, тем он ближе к состоянию полного насыщения (φ=100%). Значит, если отопительный прибор нагревает непосредственно воздух в помещении, то его впитывающая способность увеличивается, следовательно, φ снижается. Однако, количество водяного пара в воздухе не уменьшается! Т.е. воздух в помещении не высыхает в физическом смысле, просто теплый влажный воздух легче сухого, поэтому стремится вверх и зависает под потолком выше зоны обитания человека. А раз в жилой зоне поглотительная способность воздуха увеличивается, он старается впитать в себя влагу из кожи и слизистых оболочек человека. Тогда можно предположить, что все рассмотренные выше отопительные приборы при своей работе действительно снизят уровень относительной влажности. Я решила выяснить, какой же отопительный прибор меньше всего повлияет на изменение φ в помещении, а может и не изменит ее вовсе.

Для проверки предположения я провела новую серию экспериментов в том же помещении, но без участия людей. Кроме измерения температуры внутреннего воздуха в значимых зонах, а также температуры поверхностей наружных ограждений, я дополнительно замерила относительную влажность воздуха у пола, в рабочей зоне и под потолком. Качественную картину распределения теплоты по поверхностям помещения я проследила с помощью тепловизора Testo 875. Термосъемка помещения с разными отопительными приборами представлена на рисунках Д.1-Д.4. Результаты эксперимента приведены в приложении Д.

Опыт №5 Влияние работы электроконвектора на изменение φ в помещении. Результаты эксперимента представлены на рисунке Д.1 и в таблице Д.1.

Вывод: благодаря нагреву воздуха в исследуемом помещении в течение 2 часов с помощью конвектора, температура воздуха в нем выросла на 2,4 ℃; под потолком наблюдался нежелательный прогрев в 3,1 ℃, подтверждающий «тепловые подушки» в верхней зоне; у пола воздух прогрелся всего на 1,5 ℃. Относительная влажность уменьшалась с увеличением температуры воздуха по высоте. В итоге средняя φ снизилась на 5%.

Мама объяснила мне, что содержание влаги в воздухе помещения не изменилось, это можно доказать, если построить процесс нагрева на I-d диаграмме влажного воздуха. Если взять t и φ начального и конечного состояния воздуха, и обозначить их на этой диаграмме, то будет видно, изменилось ли его влагосодержание. Влагосодержание (абсолютная влажность) d - параметр влажного воздуха, который показывает, сколько водяных паров в граммах приходится на каждый килограмм сухой части влажного воздуха. Измеряется в г/кг.

Мы взяли средние параметры воздуха: перед натопом tвозд=24,9 ℃, φ=37%; после натопа tвозд=27,3 ℃, φ=32%. Нанесли точки на I-d диаграмму и увидели, что влагосодержание воздуха в процессе его нагрева действительно не изменилось и составило dнач=dкон=7,4 г/кг (таблица Д.1).

Опыт №6 Влияние работы радиатора на изменение φ в помещении. Результаты эксперимента представлены на рисунке Д.2 и в таблице Д.2.

Вывод: благодаря нагреву помещения с помощью радиатора Q=1000 Вт, температура воздуха в нем выросла на 5,8 ℃: при этом под потолком наблюдался максимальный прогрев в 6,1 ℃, в жилой зоне – 5,5 ℃, у пола воздух прогрелся на 5,7 ℃. Т.е. при равных условиях радиатор быстрее конвектора прогревает воздух помещения и его поверхности за счет своей лучистой доли теплообмена. В итоге φ снизилась на 11,6%. Нанеся на I-d диаграмму искомые точки: перед натопом tвозд=22,2 ℃, φ=37,6%; после натопа tвозд=28 ℃, φ=26%, получили, что и в данном эксперименте dнач=dкон=6,3 г/кг(таблица Д.2). Значит, воздух не высох.

Опыт №7 Влияние работы теплого пола на изменение φ в помещении

Результаты эксперимента представлены на рисунке Д.3 в таблице Д.3.

Вывод: благодаря нагреву воздуха с помощью теплого пола с t=26 ℃, температура воздуха в нем выросла на 1,9 ℃: при этом под потолком наблюдался минимальный среди трех опытов перегрев в 0,9 ℃, у пола воздух прогрелся на 2,9 В итоге φ снизилась на 4%. Нанеся на I-d диаграмму искомые точки: перед натопом tвозд=23,7 ℃, φ=32%; после натопа tвозд=25,6 ℃, φ=28%, получили, что и в данном эксперименте dнач=dкон=5,8 г/кг (таблица Д.3). Воздух не высох.

Опыт №8 Влияние работы ИК-излучателя на изменение φ в помещении

Результаты эксперимента представлены на рисунке Д.4 в таблице Д.4.

Вывод: При нагреве воздуха с помощью ИК-излучателя (1000 Вт), температура воздуха в нем выросла на 4,8 ℃: при этом под потолком наблюдался минимальный нагрев в 4,3 ℃; у пола – на 5,4 ℃. В итоге φ снизилась на 9,7%. Нанеся на I-d диаграмму искомые точки: перед натопом tвозд=22,2 ℃, φ=35,3%; после натопа tвозд=27 ℃, φ=25,6%, получили, что и в данном эксперименте dнач=dкон=5,8 г/кг (таблица Д.4). Воздух не высох.

Выводы по экспериментам:

По ощущениям моей семьи оптимальный тепловой комфорт в помещении обеспечил ИК-излучатель;

Ни один из испытанных отопительных приборов не высушил воздух в помещении, что доказано построениями процессов нагрева на I-d диаграмме;

Все отопительные приборы, вопреки заявлениям производителей, влияют на изменение уровня относительной влажности воздуха в помещении, уменьшая ее;

Минимальное снижение уровня воздуха (4%) продемонстрировал теплый пол, так как температура его поверхности (26 ℃) оказалась самой низкой среди всех отопительных приборов и прогрев помещения был самым минимальным.

6. Выбор оптимально-комфортного отопительного прибора

для жилого помещения

Итак, по результатам теста на тепловой комфорт моей семьи, победу одержал ИК-излучатель, но по результатам влияния на изменение φ в помещении лучшим оказался теплый пол, который по тепловому комфорту оказался на почетном втором месте. Так какой же отопительный прибор предпочтительнее для жилого помещения? Я решила сравнить их по внешнему виду, удобству монтажа, санитарно-гигиеническим требованиям, надежности и бесперебойности работы. Результаты сравнения представлены в приложении Е. В итоге, я считаю, что лучшим отопительным прибором для жилых помещений является теплый пол. НО! Водяной теплый пол нельзя проектировать в жилых многоквартирных домах исходя из норм [6]. Для индивидуальных же жилых домов он вполне подходит.

7. Конструирование ИК-излучателя

Мне любопытно, а получится ли у нас с папой придумать свой отопительный прибор. Изучив принципы действия разных нагревателей, мы решили смастерить мини-инфракрасный излучатель для местного нагрева поверхностей (приложение Ж).

Исходные детали: алюминиевые банки, DIN-рейка, провода, выключатель, лампочки накаливания 75 Вт, патроны для лампочек, метизы.

Принцип работы: нагревательным элементом служат лампы накаливания. Они установлены у отражателя, изготовленного из алюминиевых банок с полированной поверхностью. Вся конструкция закреплена на рамке из DIN-рейки. Ток проходит через лампочки. Они светят и нагревают отражатель, а он испускает направленное ИК-излучение на окружающие предметы.

Испытание: Мы собрали конструкцию и включили в розетку. В качестве предмета для нагрева взяли картонную коробку из-под обуви и поместили ее под нагреватель. На расстоянии 80 см. Нагрев проводился в течение 1 часа. В результате крышка коробки нагрелась на 4,5℃ (от 24,5 до 29℃). Окружающие поверхности в зоне действия также прогрелись. Ура! У нас получился настоящий ИК-излучатель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, проведя в своей работе две серии экспериментов по исследованию влияния отопительных приборов на тепловой комфорт человека, а также по исследованию изменения относительной влажности воздуха в помещении, можно сделать несколько основных выводов:

Каждый тип отопительного прибора по-своему влияет на микроклимат помещения. Но только теплый пол и ИК – излучатель позволяют избегать нежелательного прогрева помещения под потолком и воздействовать теплотой именно на человека;

Отопительные приборы по-разному воздействуют на тепловой комфорт человека. Наибольшего теплового комфорта следует ожидать при работе инфракрасного излучателя;

Водяной теплый пол – лучший отопительный прибор для жилого помещения, так как при его работе относительная влажность снижается минимально, а вся теплота, необходимая человеку, остается в жилой зоне;

Опровергнута гипотеза о том, что отопительные приборы «сушат» воздух в помещении. Они лишь содействуют увеличению его способности впитывать влагу из окружающей среды;

К сожалению, без дополнительного увлажнения воздуха в отопительный период обойтись нельзя, иначе нагретый воздух начинает вытягивать влагу из нас;

В домашних условиях из подручных деталей можно легко сконструировать отопительный прибор – инфракрасный излучатель.

Я считаю, что моя работа может быть интересна проектировщикам систем отопления жилых зданий, а также может помочь людям при строительстве индивидуальных жилых домов. Оптимальный микроклимат в доме, создаваемый в том числе правильными отопительными приборами, способствует прекрасному самочувствию человека, а значит положительно отражается работоспособности и способности творить прекрасные дела и поступки!

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Борисенко О. Достоинства и недостатки теплого пола / О. Борисенко // «Теплый пол: плюсы и минусы, достоинства и недостатки». - https://znatoktepla.ru/teplyj-pol/dostoinstva-i-nedostatki-teplogo-pola.html;

Дегтярь, Э. Исследование способов увлажнения воздуха жилых помещений /Э. Дегтярь // INTEGRAL. Журнал юных исследователей – 2019. - №.2(7). – С.13-19;

ГОСТ 30494 – 2011. «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» Издание официальное. – М.: изд. Стандартинформ, 2013. – 12 с.;

Залетин В. Разновидности отопительных приборов /В. Залетин // «Отопительные приборы: виды, классификация, требования, предъявляемые к ним». - http://x-teplo.ru/otoplenie/oborudovanie/otopitelnye-pribory.html;

Сканави А.Н. Отопление: Учебник для вузов /А.Н. Сканави, Л.М. Махов – М.: Издательство АСВ, 2002. – 576с: илл.;

СП 60.13330.2012 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Актуализированная версия. – М.: изд. Стандартинформ, 2013. – 67 с.;

Польза и вред инфракрасного обогревателя. http://temperatures.ru/articles/polza_i_vred_ik_obogrevatelya;

8. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч.2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц/Глав. Ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – 432 с.: илл.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Типы отопительных приборов

Рисунок А.1 Конвективные отопительные приборы – конвектор с кожухом и без

Рисунок А.2 Радиационно-конвективные отопительные приборы - слева направо: стальной панельный радиатор, алюминиевый радиатор, чугунный радиатор, система «теплый пол»

Рисунок А.3 Радиационный отопительный прибор – инфракрасный излучатель

Приложение Б. Виды теплообмена

Рисунок Б.1 Конвективный теплообмен на примере установки в помещении

конвектора

Рисунок Б.3 Лучистый теплообмен на примере установки инфракрасных панелей

Рисунок Б.2 Радиационно-конвективный теплообмен на примере установки радиатора

Приложение В.

Влияние отопительных приборов на тепловой комфорт человека

Рисунок В.1 Влияние конвектора Рисунок В.2 Влияние радиатора

Рисунок В.3 Влияние теплого пола Рисунок В.4 Влияние инфракрасного

излучателя

Приложение Г.

Исследования влияния типа отопительного прибора

на тепловой комфорт членов моей семьи

Опыт №1 Влияние работы электроконвектора

Под окном установлен электроконвектор тепловой мощностью 1000 Вт.

Таблица Г.1 - Результаты эксперимента №1

Усредненная температура, °С

поверхность пола

поверхность стен

воздух у пола

воздух в рабочей зоне

поверхность отоп. прибора

до отопления электроконвектором

20,3

21,6

22,9

23,2

21,5

после отопления электроконвектором

22,2

23,5

24,9

25,4

51

Опыт №2 Влияние работы масляного радиатора

Под окном установлен масляный радиатор тепловой мощностью 1000 Вт.

Таблица Г.2 - Результаты эксперимента №2

Усредненная температура, °С

поверхность пола

поверхность стен

воздух у пола

воздух в рабочей зоне

поверхность отоп. прибора

до отопления масляным радиатором

21,0

22,8

23,1

23,6

22,7

после отопления масляным радиатором

24,1

25,2

26,4

26,9

112,2

Опыт №3 Влияние работы теплого пола

Под всей свободной поверхностью пола проложен электрокабель. Температура пола задается терморегулятором и выставлена на 26 ℃.

Таблица Г.3 - Результаты эксперимента №3

Усредненная температура, °С

поверхность пола

поверхность стен

воздух у пола

воздух в рабочей зоне

поверхность отоп. прибора

до отопления теплым полом

22,4

22,6

23,5

23,7

22,4

после отопления теплым полом

26,0

24,8

26

25,7

26

Опыт №4 Влияние работы ИК-обогревателя

На высоте 2 м от уровня пола установлен ИК-обогреватель мощностью 1000 Вт.

Таблица Г.4 - Результаты эксперимента №4

Усредненная температура, °С

поверхность пола

поверхность стен

воздух у пола

воздух в рабочей зоне

поверхность отоп. прибора

до отопления ИК-излучателем

22,1

23,0

22,4

22,6

23,2

после отопления ИК-излучателем

27,6

26,8

27,1

26,8

213

Приложение Д.

Исследование влияния типа отопительного прибора на изменение

относительной влажности воздуха в помещении

Электроконвектор: тепловая мощность прибора Q = 1000 Вт. Качественная картина изменения температурной обстановки помещения при отоплении конвектором отображена с помощью тепловизора на рисунке Д.1.

Рисунок Д.1 – термосъемка конвектора и теплового потока над ним

Таблица Д.1 Влияние работы электроконвектора на изменение φ в помещении

 

усредненная температура ограждения, ℃

 

до

после

дельта

пола

22,1

23,2

1,1

стен

23,2

24,5

1,3

потолка

23,8

26,2

2,4

температура воздуха, ℃

у пола

25,0

26,5

1,5

H=1,1м

24,9

27,3

2,4

под потолком

24,9

28,0

3,1

средняя

24,9

27,3

2,4

относительная влажность воздуха φ, %

у пола

37

33

-4

H=1,1м

37

32

-5

под потолком

36

31

-5

средняя

37

32

-5

температура поверхности отопительного прибора, ℃

22,2

53

30,8

Вывод: благодаря нагреву воздуха в исследуемом помещении в течение 2 часов с помощью электроконвектора, температура воздуха в нем выросла на 2,4 ℃: при этом под потолком наблюдался максимальный перегрев в 3,1 ℃, у пола воздух прогрелся меньше всего (на 1,5 ℃). Относительная влажность уменьшалась с увеличением температуры воздуха по высоте. В итоге φ снизилась на 5%.

Масляный радиатор: тепловая мощность прибора Q = 1000 Вт. Качественная картина изменения температурной обстановки помещения при отоплении масляным радиатором отображена с помощью тепловизора и представлена на рисунке Д.2.

Рисунок Д.2 – термосъемка масляного радиатора и верхней зоны помещения над ним

Таблица Д.2 Влияние работы радиатора на изменение φ в помещении

 

усредненная температура ограждения, ℃

 

до

после

дельта

пола

23,0

25,0

2,0

стен

22,7

26,7

4,0

потолка

24,1

27,8

3,7

температура воздуха, ℃

у пола

21,6

27,3

5,7

H=1,1м

22,0

27,5

5,5

под потолком

23,2

29,3

6,1

средняя

22,2

28,0

5,8

относительная влажность воздуха φ, %

у пола

39

27

-12

H=1,1м

38

26

-12

под потолком

36

25

-11

средняя

37,6

26

-11,6

температура поверхности отопительного прибора, ℃

22,5

115

92,5

Вывод: благодаря нагреву воздуха в исследуемом помещении в течение 2 часов с помощью радиатора одинаковой с конвектором мощности (1000 Вт), температура воздуха в нем выросла на 5,8 ℃: при этом под потолком наблюдался максимальный перегрев в 6,1 ℃, у пола воздух прогрелся на 5,7 ℃. Т.е. при равных условиях радиатор быстрее конвектора прогревает воздух помещения и его поверхности за счет своей лучистой доли теплообмена. Относительная влажность уменьшалась с увеличением температуры воздуха по высоте. В итоге φ снизилась на 11,6%.

Теплый пол: по требованиям [4] температура поверхности пола выставлена на 26℃. Качественная картина изменения температурной обстановки помещения при отоплении теплым полом отображена с помощью тепловизора и представлена на рисунке Д.3.

Рисунок Д.3 – термосъемка теплого пола и мебели на нем

Таблица Д.3 Влияние работы теплого пола на изменение φ в помещении

 

усредненная температура ограждения, ℃

 

до

после

дельта

пола

23,6

26

2,4

стен

23,6

25

1,4

потолка

24,5

25

0,5

температура воздуха, ℃

у пола

23,1

26

2,9

H=1,1м

23,8

25,7

1,9

под потолком

24,3

25,2

0,9

средняя

23,7

25,6

1,9

относительная влажность воздуха φ, %

у пола

33

29

-4

H=1,1м

32

28

-4

под потолком

31

27

-4

средняя

32

28

-4

температура поверхности отопительного прибора, ℃

23,6

26

2,4

Вывод: благодаря нагреву воздуха в помещении с помощью теплого пола с температурой поверхности 26 ℃, температура воздуха в нем выросла на 1,9 ℃: при этом под потолком наблюдался минимальный среди трех опытов перегрев в 0,9 ℃, у пола воздух прогрелся на 2,9 Относительная влажность медленно уменьшалась с увеличением температуры воздуха по высоте. В итоге φ снизилась на 4%.

ИК-излучатель: тепловая мощность прибора Q = 1000 Вт. Излучатель установили на высоте 2 м. Качественная картина изменения температурной обстановки при отоплении ИК-излучателем отображена с помощью тепловизора на рисунке Д.4.

Рисунок Д.4 – термосъемка излучателя и ближайших нагретых им поверхностей

Таблица Д.4 Влияние работы ИК-излучателя на изменение φ в помещении

 

усредненная температура ограждения, ℃

 

до

после

дельта

пола

22,9

27,6

4,7

стен

23,7

26

2,3

потолка

24,0

25,5

1,5

температура воздуха, ℃

у пола

22,0

27,4

5,4

H=1,1м

22,2

27,2

5

под потолком

22,3

26,6

4,3

средняя

22,2

27

4,8

относительная влажность воздуха φ, %

у пола

36

26

-10

H=1,1м

35

26

-9

под потолком

35

25

-10

средняя

35,3

25,6

-9,7

температура поверхности отопительного прибора, ℃

23,5

201

177,5

Вывод: при нагреве помещения с помощью ИК-излучателя, температура воздуха в нем выросла на 4,8 ℃: при этом под потолком наблюдался минимальный нагрев в 4,3 ℃, у пола воздух прогрелся на 5,4 ℃. Данные эксперимента сопоставимы с эффектом от радиатора, но он сильно перегревает воздух под потолком, а излучатель обеспечивает минимальный прогрев. Относительная влажность уменьшалась с увеличением температуры воздуха по высоте. В итоге φ снизилась на 9,7%.

Приложение Е.

Выбор оптимального отопительного прибора для жилого помещения

Таблица В.5. – Сравнение теплого пола и ИК-излучателя

Теплый пол

ИК-излучатель

Внешний вид

Невидимый, так как замоноличен в конструкции пола помещения Не портит интерьер помещения

Невидимый, при использовании ИК пленочных панелей, не портит интерьер помещения

Удобство монтажа

Вызывает сложности, так как подразумевает установку электрокабеля или гибких бесшовных труб под стяжку пола на стадии строительства или отделки.

При скрытой установке пленочных панелей вызывает сложности, так как подразумевает укладку в конструкции потолка на стадии строительства или отделки. При открытой установке легко монтируется (в основном под потолком).

Санитарно-гигиенические требования

Электрический теплый пол не рекомендован врачами для жилых помещений за счет повышенного уровня электромагнитного излучения (примерно в 5 раз).

Водяной теплый пол абсолютно безопасен для здоровья и сохранности строительных материалов при соблюдении температуры пола в 26 ℃.

Но! Запрещен к установке в жилых многоквартирных домах из-за угрозы затопления соседей. Разрешен к монтажу в индивидуальных жилых домах (коттеджах, таунхаусах).

Нельзя укладывать под теплоизолирующие покрытия (ковры, натуральное дерево).

Рекомендованы к применению только длинноволновые модели, остальные строго запрещены. Не рекомендуются врачами для установки в детских комнатах дома и в детских садах.

Не рекомендовано длительное, тем более постоянное воздействие на человека и домашних животных, так как способно вызывать локальный перегрев верхних слоев кожи и слизистых. Вероятно появление головных болей.

Способствует температурному старению отделочных материалов, мебели, предметов искусства в зоне излучения.

надежность и бесперебойность работы

высокая, при условии бесперебойной работы источника электроэнергии или водяного котла.

высокая, при условии бесперебойной работы источника электроэнергии

Вывод: после сравнения данных типов отопительных приборов, я считаю, что для создания максимального теплового комфорта и меньшего влияния на изменение влажности воздуха жилых помещений лучше всего подходит именно теплый пол, хотя его и нельзя применять в многоквартирных домах. По моему мнению, для индивидуального жилья теплый пол оптимален, хотя и не позволяет отказаться от использования увлажнителя воздуха.

Приложение Ж.

Конструирование инфракрасного излучателя

Исходные детали

Алюминиевые банки (3 шт.), DIN-рейка, блин для штанги, провода, оплетка для проводов, пластиковый выключатель, лампы накаливания 75 Вт (4 шт.), патроны для лампочек, метизы.

Сборка

Рисунок Ж.2 – Сборка ИК-излучателя

Проверка работоспособности

Рисунок Ж.3 – Проверка ИК-излучателя

Мы собрали конструкцию и включили в розетку. В качестве предмета для нагрева взяли картонную коробку из-под обуви и поместили ее под нагреватель. На расстоянии 80 см. Нагрев проводился в течение 1 часа. В результате крышка коробки нагрелась на 4,5℃ (от 24,5 до 29℃). Окружающие поверхности в зоне действия также прогрелись. Ура! У нас получился настоящий ИК-излучатель.

Просмотров работы: 30