Oszczędności energii znajdziemy zarówno w procesach jej pozyskiwania, jak i w sposobach wykorzystania. Należy też pamiętać o zdrowotnym aspekcie osiągniętego komfortu cieplnego.
Konwekcja a radiacja
Przekazywanie ciepła z grzejników lub innych źródeł do ogrzewanych pomieszczeń może odbywać się przez:
konwekcję – czyli przenoszenie ciepła wraz z przepływającym, nagrzanym powietrzem,
radiację – czyli promieniowanie.
Większość stosowanych grzejników (kaloryferów) przekazuje otoczeniu ciepło jednocześnie na oba sposoby: na drodze konwekcji i promieniowania.
W pomieszczeniu ogrzewanym w przeważającej części przez konwekcję, temperatura powietrza jest nieco wyższa od temperatury powierzchni przegród budowlanych (ścian itp.), a w konsekwencji od temperatury efektywnej. Powoduje to nadmierny spadek wilgotności względnej, czyli wysuszenie powietrza. Poza tym ruchy powietrza towarzyszące konwekcji sprzyjają unoszeniu się kurzu.
W pomieszczeniach ogrzewanych przy przewadze promieniowania, temperatura powietrza jest nieco niższa od średniej temperatury otaczających przegród. W rezultacie temperatura efektywna – a ona głównie wpływa na odczucie komfortu cieplnego – jest wyższa od temperatury powietrza. Jest to korzystne ze względów fizjologicznych i higienicznych.
Zalety
Wśród zalet ogrzewania z przewagą promieniowania wymienić należy zjawisko swoistej „samoregulacji”. Jeśli w pomieszczeniu przebywają dwie osoby, z których jedna wypoczywa (pozostaje w bezruchu), a druga pracuje (macha rękami), to obie odczuwają podobny komfort cieplny. Osoba pracująca, rozgrzewa się wewnętrznie, a jednocześnie poruszając się, studzi ciało w opływającym chłodniejszym powietrzu.
Ponadto obniżenie temperatury powietrza zmniejsza straty ciepła powodowane wentylacją pomieszczeń. Jest to bardzo cenna zaleta ogrzewania przez promieniowanie, istotna zwłaszcza w pomieszczeniach o dużej kubaturze, często wietrzonych i słabo izolowanych cieplnie (hale produkcyjne, gimnastyczne, warsztaty, wysokie salony itp.), która w niektórych przypadkach umożliwia oszczędność energii nawet ponad 50% w stosunku do ogrzewania konwekcyjnego. Oszczędności są jeszcze większe jeśli w pomieszczeniu ogrzewane są promiennikami tylko wydzielone przestrzenie (stanowiska pracy), a także w sytuacjach, kiedy ogrzewanie realizowane jest tylko w wydzielonych godzinach w ciągu doby, lub nie we wszystkie dni tygodnia.
W szczególnych przypadkach można promieniowaniem ogrzewać nawet stanowiska na otwartej przestrzeni, jednakże tylko w miejscach skutecznie osłoniętych przed wiatrem.
Zasada działania
Emitowane promieniowanie jest w ponad 90% pochłaniane przez otaczające przegrody. Odbita część promieniowania (10%) trafia na kolejną przegrodę, która znów pochłania 90%. W efekcie niemal całe wyemitowane promieniowanie cieplne zostaje pochłonięte (zaabsorbowane). Jedynie polerowane metale mają zdolność odbijania około 95% promieniowania, natomiast materiały przezroczyste (powietrze, szkło) przepuszczają promieniowanie cieplne. Przegrody nagrzewające się w wyniku absorbcji promieniowania również emitują promieniowanie w kierunku przegród chłodniejszych (promieniowanie wtórne).
Rozmieszczenie
Płaszczyzny promieniujące mogą jednocześnie pełnić funkcję przegród budowlanych (ogrzewanie sufitowe i podłogowe) lub mogą to być mocowane na sufitach i ścianach płyty promieniujące i wysokotemperaturowe promienniki gazowe lub elektryczne. Te ostatnie posiadają dodatkowo zdolność oświetlania ogrzewanego obiektu. Istotne jest aby promienniki i płaszczyzny promieniujące nie były zasłonięte jakimiś sprzętami, firankami czy dywanami.
Promienniki
Dużą zaletą promienników jest ich mała bezwładność, dzięki czemu efekt cieplny uzyskuje się natychmiast po ich włączeniu. Cecha ta umożliwia krótkotrwałe (a więc niezwykle oszczędne) wytworzenie komfortu cieplnego w pomieszczeniach używanych sporadycznie.
Ciepło emitowane z promienników elektrycznych (żarówek grzewczych) jest przyjazne dla organizmu człowieka. Ich promieniowanie w korzystny sposób wnika w nieosłoniętą skórę i wobec tego promienniki te są także godne polecenia do wyposażenia sauny, poprawiając zarówno jej komfort jak też oszczędność energii. Takiej sauny nie ma potrzeby wstępnie długotrwale nagrzewać przed wejściem do niej, a więc jest gotowa do dyspozycji w każdej chwili.
Znane są promienniki elektryczne występujące w postaci żarówek z wewnętrznym odblaskiem i z gwintem jak w zwykłych żarówkach oraz promienniki w postaci rurek szklanych z umieszczonym wewnątrz żarnikiem wolframowym. Najwyższej klasy promienniki wykonane są z rurek ze szkła kwarcowego. Taki promiennik nie powinien pęknąć nawet jeśli podczas pracy zostanie ochlapany wodą. Szkło promienników może być białe, lub zabarwione na czerwono.
Promienniki gazowe nie powinny być stosowane w pomieszczeniach zamkniętych, słabo wentylowanych i o małej kubaturze, zwłaszcza w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi i zwierząt. Podczas spalania gazu powstają spaliny, które zawierają znaczne ilości pary wodnej z dodatkiem dwutlenku węgla i niewielkiej domieszki trującego tlenku węgla (czadu). Domieszka ta może łatwo ulec zwiększeniu w przypadku spadku sprawności (np. w wyniku zanieczyszczenia) palnika promiennika, co w niedużym pomieszczeniu o słabej wentylacji, może nawet doprowadzić do tragicznego (śmiertelnego) wypadku. Jednakże sprawne promienniki gazowe zamontowane w dobrze wentylowanych, wysokich pomieszczeniach (np. warsztatach samochodowych itp.) są również godne polecenia. Istnieją też konstrukcje promienników gazowych (rurowe), które odprowadzają spaliny na zewnątrz pomieszczenia.
Promieniujące płaszczyzny grzejne
Ogrzewanie podłogowe stwarza bardzo korzystne warunki opromieniowania powierzchni ciała ludzkiego. Jednakże w tym systemie grzewczym prawie połowa wydzielanego ciepła przekazywana jest drogą konwekcji, co sprzyja unoszeniu się kurzu.
W przypadku płaszczyznowego ogrzewania sufitowego mamy zdecydowaną, kilkakrotną przewagę radiacji nad konwekcją, a przy zastosowaniu wysokotemperaturowych promienników ciepło przekazywane jest prawie wyłącznie przez radiację. Wówczas temperatura powietrza jest wyraźnie niższa od temperatury efektywnej. Projektując ogrzewanie sufitowe należy jednak pamiętać, że częścią ciała człowieka bardzo czułą na przegrzanie jest głowa. Odpowiednie warunki z punktu widzenia fizjologii człowieka można uzyskać poprzez właściwe rozmieszczenie sufitowych płaszczyzn grzejnych lub promienników.
Ogrzewanie sufitowe jest godne polecenia w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi, szczególnie zaś w pomieszczeniach, w których ludzie przebywają w pozycji leżącej (sypialnie, szpitale). Bardzo korzystne, zwłaszcza w niskich pomieszczeniach jest zastosowanie sufitowej płaszczyzny grzejnej umieszczonej na obwodzie sufitu, w pobliżu krawędzi ściany. Powierzchnia ciała ludzkiego jest wtedy opromieniowana z góry i z boku, pod kątem około 450, a głowa jest w dużo mniejszym stopniu narażona na przegrzanie. Występujące jednocześnie promieniowanie wtórne sprawia, że w pomieszczeniu występują bardzo korzystne warunki cieplne, odpowiadające fizjologii człowieka. Ponadto powietrze poza tym, że jest chłodniejsze, to także pozostaje bardziej nieruchome, stwarzając lepsze warunki sanitarne, co jest korzystne zwłaszcza dla alergików.
Do ogrzewania stosowane też bywają pionowe, ścienne płaszczyzny grzejne. Stosuje się je jako ogrzewanie podstawowe lub uzupełniające, współpracujące z podłogowym lub sufitowym.
Adam Szczepański