Riscaldamento domestico radiante – un vecchio ben dimenticato

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In questo articolo: Radiant Heating – 10.000 anni di storia; i primi sistemi di riscaldamento radiante; Stufa russa – generatore di raggi infrarossi; calore di radiazione del corpo umano; tipi di moderni sistemi di riscaldamento radiante per uso domestico; alla fine – le condizioni in cui il riscaldamento radiante sarà più redditizio che convettivo.

Riscaldamento domestico radiante - un vecchio ben dimenticato

Circa 200 anni fa, i sistemi di riscaldamento delle nostre case iniziarono a rinascere, le stufe e i caminetti popolari per migliaia di anni furono chiamati archaism, furono sostituiti da un sistema di riscaldamento dell’acqua che dava calore convettivo. Nel corso di un secolo, una croce è stata messa sul calore radiante, è stata cancellata, tuttavia, gli studi condotti dagli scienziati nel corso dell’ultimo mezzo secolo mostrano il contrario: il calore radiante supera il calore convettivo nelle sue caratteristiche e in una serie di caratteristiche. Proponiamo di comprendere questo problema e scoprire perché il riscaldamento radiante è migliore di quello convettivo.

La storia del riscaldamento: da radiante a convettivo e … di nuovo a radiante?

Per migliaia di anni, la prima e unica fonte di riscaldamento in un’abitazione umana fu un incendio e il metodo di riscaldamento stesso era il fascio convettivo. Durante la combustione di un fuoco in una stufa primitiva, e successivamente, quando il fuoco stava bruciando, i raggi infrarossi emanavano dal portale di pietra e, a causa della convezione, l’aria nella stanza veniva riscaldata. L’ovvio svantaggio di questo metodo di riscaldamento è che quando un incendio bruciava, l’abitazione veniva riempita di gas di combustione, creando un’atmosfera insopportabile. Pertanto, nella parte superiore del tetto delle case, è stato realizzato un foro del camino, attraverso il quale fuoriesce fumo caldo insieme all’aria riscaldata, il principale interesse è stato fatto sul riscaldamento radiante, poiché la sua intensità non dipendeva dal grado di riscaldamento dell’aria.

Duemila anni fa, furono creati nuovi sistemi di riscaldamento, basati su canali sotto la superficie dei pavimenti in pietra, lungo i quali si muovevano i gas di combustione delle stufe fuse, riscaldando i pavimenti con il loro calore (ipocausto (Dr. Roma), gloria (Spagna), ondol (Corea), dikan (Cina), ecc.). La popolazione europea, nel frattempo, ha usato una versione parzialmente modificata del fuoco – un focolare acciottolato riscaldato in nero. Solo nel XV secolo gli europei migliorarono il focolare in pietra portando un tubo di scarico in legno.

Ipocausto del sistema di riscaldamentoIpocausto del sistema di riscaldamento

Nel diciassettesimo secolo, il “sistema russo” di riscaldamento era popolare nei complessi di castelli e palazzi della Russia e dell’Europa: il condotto di aspirazione dell’aria correva vicino al muro della fornace e lungo esso, dove l’aria veniva riscaldata e, per convezione, saliva attraverso i canali ramificati di mattoni nelle stanze che dovevano essere riscaldate. Dopo aver emesso calore, l’aria dai locali uscì attraverso i condotti di scarico all’esterno dell’edificio. Un sistema di riscaldamento di questo tipo escludeva completamente la possibilità che i gas di combustione entrassero negli alloggi, il che era un incredibile know-how in quel momento. Questo sistema di riscaldamento, chiamato “sistema antincendio”, godette di una crescente popolarità fino alla metà del XIX secolo, ma alla fine non era più richiesto, il che era facilitato dal ronzio costante a bassa frequenza nei condotti dell’aria, dall’eccessiva aria secca, dalla combustione della polvere con il deposito di polvere di fuliggine sulle pareti e sugli oggetti interni.

Alla fine del XVIII secolo, l’ingegnere francese Jean-Simon Bonneman inventò e costruì il primo sistema di riscaldamento dell’acqua, in cui la circolazione del refrigerante veniva effettuata in modo naturale. Mezzo secolo dopo, un sistema di riscaldamento a circolazione naturale del liquido di raffreddamento, sviluppato dal professor Petr Grigorievich Sobolevsky, è apparso in Russia. I tipi di riscaldamento ad acqua a convezione, a vapore e ad aria antincendio hanno guadagnato popolarità di anno in anno, in gran parte a causa del progresso tecnico, dell’emergere e dello sviluppo di fonti centralizzate di riscaldamento del liquido di raffreddamento e dei sistemi per la sua consegna agli oggetti di consumo. La costruzione su larga scala di tipici grattacieli con isolamento minimo delle facciate, sovrapposizione di bassa qualità di aperture di finestre e porte giocate a favore del riscaldamento convettivo dell’acqua – il riscaldamento radiante è efficace solo in un edificio ben isolato.

Riscaldamento domestico radiante - un vecchio ben dimenticato

Tuttavia, 150 anni dopo, gli scienziati hanno scoperto che la percezione del riscaldamento radiante è molto più vicina all’uomo rispetto al riscaldamento per convezione dell’aria. E non solo per una persona, ma anche per articoli per la casa, così come i materiali utilizzati nella decorazione interna dei locali.

Riscaldamento a casa – realtà

Sei mai stato in una stanza non riscaldata o scarsamente riscaldata in inverno – un’aula scolastica, una sala per lezioni dell’istituto o una sala riunioni in qualche istituto? In risposta al malcontento del pubblico, l’insegnante (docente) si calma – niente, respiriamo e tra mezz’ora sarà caldo. E in effetti, dopo un po ‘diventa più caldo, ma la ragione di ciò non è affatto collegata al termine “respirato” – i presenti hanno riscaldato l’atmosfera della stanza con radiazioni termiche generate dai loro stessi corpi. I raggi infrarossi che emanano dai corpi di quelli presenti nel pubblico riscaldano gli oggetti situati vicino a loro, che a loro volta generano la propria radiazione, trasferendola ad oggetti vicini e il calore delle loro superfici nell’aria.

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Qualsiasi oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto Kelvin (o –273,15 ° C) emette raggi infrarossi. Maggiore è la temperatura dell’oggetto, più intensa è la radiazione, ad esempio il corpo umano alla sua temperatura normale (da 36,6 a 37 ° C) genera raggi infrarossi della gamma di lunghezze d’onda medie, con una lunghezza d’onda compresa tra 5 e 25 micron. Il consumo di energia umana per le radiazioni infrarosse si riduce se la temperatura ambiente aumenta, ma non l’aria, ma le strutture che la circondano (pareti, soffitto e pavimento) e mobili. Il fatto è che l’ambiente dell’aria è trasparente e permeabile ai raggi infrarossi, rispettivamente, pareti e pavimenti freddi attireranno il calore a infrarossi dai corpi umani anche a 25 gradi di temperatura ambiente – questo è lo scambio di calore radiante, spiegato dalle leggi di Planck e Stefan-Boltzmann.

Generazioni di cittadini si sono abituati alle condizioni di vita nelle case di mattoni e pannelli, cercando di compensare il dispendio di energia a infrarossi del corpo, che va a riscaldare le strutture chiuse, con l’aiuto di vari tipi di convettori elettrici. Nella memoria dei cittadini c’era una vaga convinzione dell’importanza delle pareti di legno nella casa, che sono in grado di “respirare”, compensando l’umidità dell’aria – in effetti, tale abilità è presente in legno non verniciato e pareti di tronchi, ma il ruolo principale nelle case di legno non è stato giocato da loro, ma dal russo forno.

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La massiccia costruzione della stufa russa ha avuto un posto significativo nella casa, ha mantenuto perfettamente il calore e ha riscaldato l’intera casa con radiazioni infrarosse. Nessun sistema di riscaldamento dell’acqua o dell’aria può essere paragonato nelle sue capacità di riscaldamento con una stufa russa! A proposito, è proprio a causa del metodo di riscaldamento radiale che i prodotti da forno nel forno russo si rivelano molto più appetitosi e più gustosi rispetto al forno più moderno, il principio di cottura su cui si basa l’aria calda (sistema fuoco-aria).

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Le proprietà dell’energia radiante dal punto di vista del riscaldamento sono state studiate da un laboratorio dell’Università di Yale, finanziato dalla John Bartlett Pearce Foundation – i risultati di un esperimento condotto con la partecipazione di volontari sono stati molto rivelatori. Nella prima fase, i soggetti sono stati collocati in una piccola stanza con pareti raffreddate artificialmente, la temperatura dell’aria era mantenuta con l’aiuto di termoventilatori a 50 ° C – i volontari vestiti in abiti leggeri, dopo essere stati in questa stanza, si sono lamentati del freddo estremo. Durante la seconda fase, la temperatura dell’aria è stata deliberatamente abbassata a 10 ° C, e le pareti sono state riscaldate con l’aiuto di tubi costruiti all’interno, attraverso i quali circolava acqua calda – i soggetti, vestiti tutti allo stesso modo leggermente, sudavano abbondantemente quando erano in questa stanza, erano caldi.

Tuttavia, ognuno di noi può controllare e sperimentare personalmente il “vampirismo” del freddo e la “donazione” di pareti riscaldate in qualsiasi momento – devi solo alzarti e stare di fronte al muro. In inverno, sentirai il freddo provenire da esso, poiché il materiale che forma il muro assorbirà i raggi infrarossi che emanano da te, in estate sentirai il calore, cioè il tuo corpo assorbirà già la radiazione infrarossa ricevuta dal muro dal sole durante il giorno.

Descrizione dei sistemi di riscaldamento radiante

Una stufa enorme era e rimane una fonte ideale di riscaldamento radiante, tuttavia, in un appartamento o in ufficio e in molte case private, non è realistico organizzare una stufa del genere. Prendi in considerazione i moderni sistemi di riscaldamento radiante che rendono possibile fare a meno di una stufa del genere: “pavimento caldo”, pannelli radianti a parete e soffitto.

I sistemi di riscaldamento a pavimento si differenziano per design e principio di riscaldamento:

  • i sistemi convettivi comprendono tutti i sistemi con un portatore di calore ad acqua, nonché cavi, posa di cavi in ​​lastre termoisolanti e film (i tappetini riscaldanti sono un cavo sottile posto su una base a maglie);

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  • il calore da radiazione è generato dal film di carbonio (elemento riscaldante – strisce di grafite sigillate in un film di poliestere) e dai piani centrali (anche i loro elementi riscaldanti sono realizzati in grafite).

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I pannelli installati sulle pareti sono blocchi modulari fatti di tubi di rame, il portatore di calore in essi è acqua calda. Il trasferimento di calore del calore radiante dai pannelli a parete con acqua calda circolante a una temperatura di 40 ° C è di circa l’80%, il restante 20% è dovuto alla convezione – ciò è dovuto all’elevata temperatura ammissibile del refrigerante, che supera il limite massimo stabilito dagli standard europei di 30 ° C per “pavimento caldo”.

I blocchi modulari in rame sono installati sulla superficie della parete usando supporti orizzontali o verticali, prima che uno strato di isolamento con un foglio di alluminio sia montato sulla superficie della parete. Dopo l’installazione, i pannelli a parete vengono sigillati con uno strato di intonaco di 350 mm, coperto con cartongesso o altri rivestimenti rigidi. Oltre all’installazione esterna, i blocchi modulari per il riscaldamento radiante possono essere installati all’interno di muri di cemento – sono fissati a un telaio di rinforzo con successivo getto di calcestruzzo.

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Il vantaggio dei pannelli a parete è una minore inerzia termica, rispetto ai “pavimenti caldi”, che è particolarmente conveniente per gli edifici con riscaldamento intermittente. Va notato che per un riscaldamento efficace, i pannelli a parete necessitano di spazio libero attorno al perimetro delle pareti in cui sono installati – con un gran numero di mobili per armadi, è irrazionale usarli.

I primi modelli di pannelli radianti a soffitto sono stati creati molto prima dei “pavimenti caldi” e dei pannelli a parete, è stato spiegato semplicemente l’interesse dei produttori nei loro confronti: il soffitto, e quindi i pannelli del soffitto, era situato più lontano dalle famiglie, il che ha permesso di riscaldare i pannelli ad alte temperature senza alcuna danno all’uomo. La temperatura massima dei pannelli per soffitti moderni dipende dall’altezza dei soffitti – la differenza ottimale tra la temperatura dell’aria nella stanza e la temperatura superficiale del pannello del fascio è di 10 ° C. I pannelli per soffitti moderni non sono integrati nei soffitti, ma vengono installati sulla superficie del soffitto, il che semplifica l’installazione e la manutenzione.

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Alla fine

La popolarità del riscaldamento a convezione oggi è legata solo al fatto che la maggior parte delle case ha caratteristiche minime di mantenimento del calore – in precedenza questo non interessava progettisti e costruttori, poiché i loro compiti erano focalizzati sulla riduzione del costo dei progetti. Quindi, case illuminate di notte in rivelatori a infrarossi, costi di riscaldamento colossali e frequenti riparazioni cosmetiche. E proprio a causa delle elevate perdite di calore attraverso le aperture delle finestre, i radiatori di riscaldamento sono stati installati direttamente sotto di loro – al fine di tagliare l’aria fredda dalla strada che passa attraverso le fessure dei telai delle finestre e attraverso i loro vetri.

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Il riscaldamento convettivo consente di riscaldare ambienti non isolati in modo rapido e relativamente economico, ma non consente di evitare di asciugare l’aria, l’aria fredda a livello del pavimento (lo strato più caldo di aria si raccoglie sul soffitto), la crescita costante della muffa delle pareti nella stagione fredda (a causa della deposizione di umidità sulle loro superfici fredde) e la necessità di frequenti riparazioni cosmetiche: i fatti di cui sopra sono innegabili.

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Se le strutture che racchiudono la casa sono in legno, mattoni o cemento armato, l’isolamento (pannelli sandwich, materiali di isolamento termico seguiti da intonaci, ecc.) Viene eseguito sul lato esterno (strada) e le porte e le finestre moderne vengono installate nella finestra e nelle aperture delle porte con sufficiente bassi tassi di conducibilità termica, quindi la soluzione del problema del riscaldamento con l’aiuto di un sistema di riscaldamento radiante si giustificherà. D’altra parte, quando si isolano strutture recintate dall’interno di una stanza, che viene eseguita soprattutto spesso in edifici multipiano di costruzione sovietica, non ha senso costruire un sistema di riscaldamento sul riscaldamento a infrarossi, poiché il materiale da cui sono realizzate le pareti non si riscalda e non emette calore sotto forma di radiazione, perché le superfici delle pareti sono isolate termicamente con materiali termoisolanti.

Riscaldamento domestico radiante - un vecchio ben dimenticato

Tenendo conto dei nuovi requisiti per la protezione termica degli edifici, stabiliti in SNiP 23-02-2003, i sistemi di riscaldamento radiante possono benissimo assumere la guida del riscaldamento convettivo. Le famiglie di qualsiasi età saranno molto più piacevoli e utili a percepire i raggi infrarossi di una certa lunghezza d’onda che a trovarsi in un “acquario” d’aria con pareti costantemente fredde, riempite di aria riscaldata da convezione e polvere sospesa.

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