Технология обогрева помещений. Радиация в действии

смотреть статью в pdf версии смотреть статью в pdf версии     Одним из практических способов передачи энергии является тепло

Одним из практических способов передачи энергии является тепло. Для обогрева помещений используется два из трех основных механизмов теплопередачи. Они взаимно связаны, как правило, при обычном нагреве, возникающие совместно - тепловое излучение, также называемое радиационным теплообменом и конвективным теплообменом, называемое короткой конвекцией.

Тепловой поток от поверхности нагрева к окружающей жидкости называется передачей тепла. Таким образом, в типичных условиях нагрева передача тепла от поверхности нагрева к окружающей среде происходит как конвекцией, так и излучением.

Тепловое излучение, также называемое тепловым излучением, состоит в передаче электромагнитных волн через специальные нагревательные элементы и происходит без посредничества материального центра, заполняющего отапливаемое помещение. Излучение электромагнитных волн происходит за счет внутренней энергии тела, посылающего это излучение. Согласно закону Пьера Прево (1791), тепловое излучение испускает все тела, температура которых выше абсолютного нуля (0 К = -273,15 ° С), излучение не зависит от присутствия других тел.

Если потери энергии излучателя, вызванные тепловым излучением, не уравновешиваются подачей дополнительной энергии извне, температура излучающего тела постепенно снижается, а мощность излучаемого излучения уменьшается. Тепловое излучение, падающее на любое тело, частично поглощается им (поглощается), частично передается и частично отражается от его поверхности. Энергия поглощенного излучения увеличивает внутреннюю энергию этого тела.

Типы электромагнитного излучения в порядке возрастания длины волны: космическое, γ-ядерное, рентгеновское, ультрафиолетовое, тепловое излучение (состоящее из видимого и инфракрасного излучения) , радар, телевидение, радио: ультракороткое, короткое, среднее и длинное, телефон переменный ток.

Интересующее нас излучение связано с электромагнитными колебаниями различной длины волны (обычно в диапазоне от 0,4 до 1000 мкм), распространяющимися со скоростью света (около 300 000 км / с). Диапазон длин волн от 0,4 до 0,8 мкм соответствует видимому свету. Излучение с волной длиннее волны видимого света называется инфракрасным. Таким образом, тепловое излучение, помимо инфракрасного излучения, также охватывает диапазон видимого света. Мы делим весь спектр инфракрасного излучения на пряди, наиболее часто используемое в Польше подразделение:

* ближний инфракрасный ( NIR ), с длиной волны 0,7-5 мкм,
* средний инфракрасный ( MIR ), 5-30 мкм,
* дальний инфракрасный (ИК), 30-1000 мкм.

В науке о теплообмене мы используем концепцию теплового потока. Тепловой поток - это количество тепла, передаваемого любой поверхностью за единицу времени. Единица теплового потока - Вт [Вт].

Тепловой поток, излучаемый поверхностью любого тела, зависит от физических свойств этой поверхности и быстро увеличивается с ростом температуры. В свою очередь, плотность теплового потока выражает количество тепла, протекающего через поверхность блока в единицу времени. Единицей плотности теплового потока является ватт на квадратный метр [Вт / м2].

В случае радиационного теплообмена плотность теплового потока определяется законом Стефана-Больцмана (1879). В случае определенной идеализации, то есть для черных тел, закон устанавливает зависимость плотности теплового потока от четвертой степени абсолютной температуры тела, то есть только что выраженной в Кельвинах. Для реальных тел коэффициент пропорциональности, меньший единицы, вводится в это соотношение с учетом излучающей способности излучающей поверхности, отклоняющейся от идеальной модели черного тела.

Механизм конвекции, с другой стороны, сводится к движению жидкости в отапливаемом пространстве, сопровождаемому переносом тепла. Если причиной, вызывающей движение жидкости, являются силы теплового смещения, связанные с разностью температур, возникающей внутри рассматриваемой жидкости, мы говорим о свободной (естественной) конвекции. В свою очередь, когда причиной, вызывающей движение жидкости, является внешнее вымогательство, например, в виде вентилятора, воздуходувки, компрессора или насосов в случае жидкостей, тогда речь идет о принудительной конвекции. Мы также встречаем случаи смешанной конвекции, когда свободное конвективное движение жидкости в пространстве накладывается на дополнительный эффект, который заставляет жидкость двигаться.

Конечно, принудительная конвекция характеризуется более высокой интенсивностью переноса тепла, чем в случае свободной конвекции.

В случае конвективного теплообмена плотность потока выражается законом Ньютона. Это говорит о том, что плотность передаваемого конвективного тепла пропорциональна разности температур между нагреваемой поверхностью и теплоносителем. В зависимости от этого появляется коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопередачи, который, вообще говоря, отражает условия теплового потока. Определение его значения является основной задачей конвективного теплообмена.

Обычно при нагревании возникает ситуация одновременного теплообмена конвекцией и излучением. Поэтому часто для определения плотности потока теплопередачи от поверхности нагрева к окружающей среде по закону Ньютона в качестве коэффициента пропорциональности между плотностью теплового потока и разностью температур вводится значение пропорциональной пропорциональности, которое включает в себя как излучение, так и конвекцию. Он включает в себя два компонента: конвективный и радиационный. Конвекционная составляющая в основном учитывает влияние условий теплообмена, а радиационная составляющая сильно учитывает уровень температуры поверхности нагрева.

В классических конвекторных излучателях их внешняя поверхность имеет сознательную форму, иногда даже развитую, чтобы получить усиленный эффект свободной конвекции при серьезном игнорировании радиационной составляющей. Он служит для прямого или конвективного нагрева воздуха с поверхности такого обогревателя. Однако в радиаторах их поверхность нагрева имеет такую ​​форму, чтобы получить максимальный эффект излучения, так что только косвенно с поверхности помещения, нагреваемой конвекционным механизмом, излучается (таким образом, косвенно) воздух. Конечно, в случае таких радиаторов конвективная составляющая теплообмена также будет иметь место, но с меньшей практической значимостью.

Система отопления на основе радиаторов характеризуется основной особенностью теплового излучения. Воздух, состоящий в основном из кислорода и азота в виде двухатомных газов, прозрачен для тепловых лучей, и поэтому тепловое излучение падает прямо и равномерно на поверхности постоянных элементов помещения, включая человека. Только когда излучение вступает в прямой контакт с объектами, стенами или людьми, эта энергия превращается в тепло. Инфракрасное излучение поглощается кожей человека и преобразуется в тепло. Это вызывает расширение кровеносных сосудов, улучшение кровообращения, и, следовательно, - примерно на 2-3 К (Кельвин, равный Цельсию) более высокая температура, чем та, что в комнате. Таким образом, эта особенность радиаторов обеспечивает тепловой комфорт для людей в комнате даже при несколько более низкой температуре, чем при обогреве с участием обычных конвекционных обогревателей. Это в свою очередь приводит к энергосберегающему отоплению.

Доктор Инь. Петр Кубский