Главная Товары Услуги Новости Партнёрам Контакты  

Плэн или другие виды отопления

НА ЧЕМ ОСНОВАН ПРИНЦИП РАБОТЫ ПЛЭН?

 

Принцип

В нашей солнечной системе солнце является саммым мощным инфракрасным источником тепла, лучи которого проходя через слои атмосферы нагревают землю, а не воздух. Мы с вами прекрасно знаем, что навысоте около 1000 метров от земли тепмература воздуха около -50С. Это говорит о том, что инфракрасные лучи проходя через воздух не нагревают его.  А прогреватея ИК-лучами земля уже нагревает воздух. Земля не лучший теплопроводник с фиксированным коэффициентом теплопередачи. Поэтому нагретый от земли теплый воздух поднимаясь в верх постепенно остывает и становится холоднее.

Часть тепловых лучей попадая на поверхность твердого тела отражается, а часть поглощается. Согласно закону физика Стефана-Больцмана: Сколько поглотится тепловой энергии, будет зависеть от коэффициента обсалютно черного тела. Тердметы полгатившие тепло нагреваются и сами начинают излучать тепло нагревая другие предметы и т.д. Поверхность нагретого предмета соприкосаясь с воздухом нагревает его и теряет часть тепла(теплопотери). Наргетый воздух постепенно поднимается вверх, а точнее нагревает слой более холодного воздуха путем перемещивания. Таким образом по всей поверхности предмета происходит равномерный нагрев воздуха, который постепенно поднимается с низу вверх и наполняет определенный объем теплом.

Как работает

Пример: начальная температура в помещении ниже рекомендуемой всего +16С, а терморегулятор установлен на +20С.

В этом случаее терморегулятор замыкает цепь, и на нагреватель ПЛЭН подается электропитание, и пленка нагревается. В Санкт-Петербурге и лен. области закрывается поверхность потолка 80%, в зависимости от климатической зоны покрытие может состовлять от 65% до 100%. Для более южных регионов коэффициент около 65%. Мощность 1 м/кв. ПЛЭН около 200Вт, следовательно, удельная мощность на отапливаемую площадь составляет 200Вт*65%=130Вт. В итоге когда система ПЛЭН включена, на каждый квадрат пола начинает «излучаться» поток тепловой энергии в 130Вт.

ПЛЭН излучает инфракраные лучи которые нагревают пол напрямую не нагревая воздух. Обычно в домах и квартирах пол деревянный, а дерево имеет высокий коэффициент черноты (0,7-0,9) При этом основная часть энергии будет поглощена полом, а  другая, которая отразится, будет поглощена остальными предметами находящимися в этом помещении. В результате поглощения тепловой энергии будет повышение температуры всей поверхности пола. Пол нагревается примерно до 23С-24С. Воздух, который находится в контакте с полом, начинет нагреваться и стремиться вверх, нагревая более холодный воздух сверху. Таким образам все пространство помещения наполняется теплым воздухом, причем снизу вверх. По достижении температуры воздуха на высоте 1,5 метров от пола (где установлен терморегулятор) достигает заданных +20С, терморегулятор разрывает электрическую цеть. Воздух достаточно медлено забирает тепло у пола, поэтому пол аккумулирует большое количество тепловой энергии и теперь не получая подпитки от потолка он конвективно теряет это тепло. Аккумулированое тепло постепенно заканчивается и температура в помещении постепенно падает. При снижении температуры в зоне терморегулятора на 1 градус +19С, терморегулятор опять замкнет цепь. Но в этот раз система ПЛЭН будет  включена на более короткий срок по нескольким причинам:

  • перепад температуры всего один градус;
  • помещение уже прогрето и иму не нужно много энергии.

Расход электроэнергии:
В марте 2008 года было проведено комплексное испытание ПЛЭН в Стамбульском техническом университете. 
Испытание проводилось в климатической камере размером 4м х 4м х 3м (48м.куб)
Во все 6 поверхностей (потолок, пол и стены) этой камеры интегрированы металлические трубки с водой.
На потолке климатической камеры были смонтированы 5 элементов ПЛЭН общей мощностью 2650 Вт.
В двух стенах вода циркулировала через чиллер, т.о. сохранялась заданная температура стены. За счет того, что температура двух из шести поверхностей остается постоянной (заданной) устанавливались фиксированные теплопотери, которые рассчитываются по формуле

Q=k*A*(T1-T2), где: К – коэффициент теплопередачи воздуха, равен 5;
А – площадь всех поверхностей, в нашем случае 28 м.кв. с постоянной заданной температурой (+15С, +12С и +8С) и 52 м.кв. с изменяемой в зависимости от нагревательных элементов температурой.
Заданная температура +20С была установлена по средствам настенного воздушного терморегулятора. Каждые 30 секунд на компьютере фиксировались показания температуры в климатической камере.

Аналогичные эксперименты проводились с теплопотерями 3025Вт (+12С) и 3400Вт (+8С). В резыльтате выявился интересный фактор фактор – при конвективном отоплении в случае превышения теплопотерь над мощностью отопительной системы помещение должно медленно остывать, но в нашем случае при установленной мощности системы на 750Вт (3400Вт - 2650Вт) температура воздуха не только достигла требуемых +20С, но при этом даже отключалась.

Результаты испытаний отражены в таблице:

Температура на охлаждаемых поверхностях Теплопотери помещения Теплопотери на м² помещения Время работы системы Время отключения Потребление электроэнергии на м.кв.

+15°С

2500Вт

156,25Вт/м²

0ч. 10м. 30с

1ч. 27м. 00с

16,98 Вт/м²

+12°С

3025Вт

198,06Вт/м²

0ч. 16м. 00с

0ч. 38м. 30с

48,61 Вт/м²

+8°С

3400Вт

212,50Вт/м²

0ч. 24м. 30с

0ч. 20м. 30с

90,18 Вт/м²

Обобщить результаты испытаний можно следующим образом:
При теплопотерях 156,25 Вт/м.кв.:
Температура на охлаждаемых поверхностях - +15С
Теплопотери помещения - 2500Вт
Время работы системы - 0ч. 10м. 30с.
Время отключения - 1ч. 27м. 00с.
Потребление электроэнергии на м.кв. - 16,98 Вт/м.кв.

При теплопотерях 198,06 Вт/м.кв.:
Температура на охлаждаемых поверхностях - +12С
Теплопотери помещения -3025Вт
Время работы системы - 0ч. 16м. 00с.
Время отключения - 0ч. 38м. 30с.
Потребление электроэнергии на м.кв - 48,61 Вт/м.кв.

По требованиям СНиПа тепло-потери жилого задания не должны быть выше 100Вт/м.кв. Расход электричества помещений соответствующих нормам СНиПа, при отоплении системой ПЛЭН, не будет превышать 15Вт/м.кв. в час, что документально доказано на объекте детский сад с. Тухтубаево, Челябинская область, среднее потребление электричества за сезон в 2006-2007г, составило 7,2кВт/м.кв. в месяц (10 Вт/м.кв. в час) и 2007-2008гг. – 8,77 Вт/м.кв. в час в зимние месяцы декабрь и январь.

А нужно ли затрачивать 100Вт на квадрат отапливаемой площади? Это зависит от того, как топить.
Рассмотрим эту проблему на примере стены помещения – у пола +18С на потолке +30С. Для того чтобы преодолеть теплопотери ограждающих конструкций достаточно дать +18С, но равномерно по всей поверхности стены, пола и потолка, но это не возможно, т.к. теплый воздух стремится вверх. Там образуется избыточное температурное давление, т.е. разница температур за бортом и внутри помещения (+30С и -20С) составит 50 градусов, что влечет более высокие теплопотери. Доказать факт высоких теплопотерь очень просто – если нагреть воздух в помещении до +20С, то уличная стена снаружи останется холодной, если нагреть в том же помещении до +80С, то наружная стена через некоторое время нагреется, несмотря на минусовую температуру воздуха.
Второй момент – это потери, которые существуют при конвективном отоплении.
  1. Передача тепла от поверхности конвектора или батареи воздуху сопровождается потерями, т.к. КПД этих устройств меньше единицы, если было иначе, то вода в обратке возвращалась бы холодной.
  2. Каждый кубический метр воздуха весит около 1,5кг плюс вес пыли, который он в себе содержит. Чтобы переместить эти воздушные массы необходимо, выполнить работу, причем значительную – скорость конвективного потока 1-2см/сек, т.о. куб воздуха будет достигать потолка в переделах 2,5-5 минут, следовательно, за час будет затрачено на перемещение воздуха от 500 до 1000Дж. Работа в данном случае это потери.
  3. Воздушное трение (турбулентность) – при движении воздух встречает серьезное сопротивление, как со стороны себя же, но более холодного, так и со стороны поверхности стен и т.д. Этот процесс так же влечет потери.
  4. Следует помнить, что предметы при конвективном отоплении всегда холоднее воздуха, т.е. для того чтобы температура стены составила у пола +18С, воздух должен быть +22..+23С, следовательно, опять дополнительный расход энергии.

Третий момент – точка росы. Где-то в стене встречаются два фронта – холодный и теплый. Около точки, а точнее плоскости температура 0С (точнее +5-+8С при нормальной относительной влажности воздуха) находится точка росы, где водяной пар начинается конденсироваться и переходить в жидкое состояние. Т.о. внутри стены образуется вода - вещество имеющее почти самую высокую теплопроводность, т.е. теплопроводность стены, увеличивается, а теплопотери растут. Чтобы победить эту проблему нужно вынести точку росы максимально близко к внешней поверхности стены, тогда стена останется сухой и ее теплопроводность низкой.

Теперь можно вернуться к ПЛЭН. Нет необходимости нагревать воздух в помещении, ПЛЭН нагревает ограждающие конструкции, которые в зависимости от коэффициента черноты поглощают от 70-90% теплового потока, оставшиеся 10-30% отражаются, но, попав на следующую поверхность, опять те же 70-90% отраженного потока будут поглощены. Т.о. тепловой поток используется процентов на 95. Поглощенная энергия влечет нагрев поверхностей ограждающих конструкций (в большей мере горизонтальных), в местах контакта с ними начинает нагреваться воздух. Причем нагрев всех поверхностей происходит одновременно с приблизительно одинаковой температурой. Т.к. теплый воздух оказывается под толщей более плотного холодного, он не может просто подняться вверх, происходит диффузия холодного и теплого воздуха и температура выравнивается. Т.о. помещение постепенно наполняется теплым воздухом практически равной температуры по высоте помещения, следовательно, нет перегрева верхней части помещения и нет дополнительных теплопотерь. Кроме того, излучение проникает глубоко в ограждающие конструкции, прогревает их, в результате чего последние теряют влагу, и соответственно хуже проводят тепло. Т.о. мы загоняем точку росы ближе к внешней поверхности стены. В отличие от конвекции при передаче тепла воздух участие не принимает, и соответственно нет потерь на перемещение воздушных масс.

Все вышесказанное подтверждается опытами, проведенными в Турции, где помещение с точки зрения конвективных теплопотерь теряло 156Вт с каждого квадрата, но при этом было достаточно 17Вт на квадрат.

Обобщим:
  1. ПЛЭН не перегревает верхнюю часть помещения, температура воздуха по всей стене почти одинакова. Не нужно тратить энергию на прогрев верхней части помещения до 30С, при этом экономия даже в лоб составит около 40%, если принять во внимание, что энергозатраты с ростом температуры растут не линейно, т.е. для того чтобы достичь температуры 15С нужно затратить n Вт, до для того чтобы нагреть воздух до 30С не 2n Вт, а значительно больше, т.к. возрастут теплопотери ограждающих конструкций.
  2. При отоплении ПЛЭН практически отсутствует паразитная работа на перемещение воздуха.
  3. Нет потерь при передаче энергии от поверхности конвектора воздуху, и от воздуха ограждающим конструкциям.
  4. В случае с ПЛЭН воздух (не самый лучший проводник тепла) не принимает участия в теплообмене, а является побочным последствием ИК теплообмена.
  5. ПЛЭН прогревает ограждающие конструкции, что дополнительно снижает теплопотери здания.

Опираясь на вышесказанное, на праведные лабораторные испытания и практику, приходим к выводу, что одно и то же помещение, отапливаемое конвективно, имеет теплопотери 100Вт, при отоплении ПЛЭН только 15Вт.

 

Первый источник этой статьи

http://www.spb-rost.ru/info/12-plyen-ili-konvektory.html

 




88369338.97128844.1297196264.5b11481313181522e8484de7d072735e