Calefacción radiante para el hogar: un viejo olvidado

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En este artículo: Calefacción radiante: 10.000 años de historia; los primeros sistemas de calefacción radiante; Estufa rusa – generador de rayos infrarrojos; calor de radiación del cuerpo humano; tipos de sistemas de calefacción radiante domésticos modernos; al final, las condiciones bajo las cuales la calefacción radiante será más rentable que la convectiva.

Calefacción radiante para el hogar: un viejo olvidado

Hace aproximadamente 200 años, los sistemas de calefacción de nuestras casas comenzaron a renacer, las estufas y chimeneas, populares durante miles de años, se llamaron arcaísmos, fueron reemplazadas por un sistema de calentamiento de agua que da calor por convección. En el transcurso de un siglo, se colocó una cruz en el calor radiante, se canceló como chatarra, sin embargo, los estudios de científicos realizados durante el último medio siglo muestran todo lo contrario: el calor radiante supera al calor convectivo en sus características y en una serie de características. Proponemos comprender este problema y descubrir por qué la calefacción radiante es mejor que la convectiva..

La historia de la calefacción: de radiante a convectiva y … de nuevo a radiante?

Durante miles de años, la primera y única fuente de calentamiento en una vivienda humana fue el fuego, y el método de calentamiento en sí fue el de haz convectivo. Durante la quema de un fuego en una estufa primitiva, y luego, cuando el fuego estaba ardiendo, los rayos infrarrojos emanaban del portal de piedra y, como resultado de la convección, el aire de la habitación se calentaba. La desventaja obvia de este método de calefacción es que cuando ardía un incendio, la vivienda se llenaba de gases de combustión, creando una atmósfera insoportable. Por lo tanto, en la parte superior del techo de las casas, se hizo un orificio de chimenea, por el cual se escapaba el humo caliente junto con el aire caliente, la estaca principal se hizo en calefacción radiante, ya que su intensidad no dependía del grado de calentamiento del aire..

Hace dos mil años se crearon nuevos sistemas de calefacción, basados ​​en canales bajo la superficie de suelos de piedra, por los que se movían los gases de combustión de los hornos fundidos, calentando los suelos con su calor (hipocausto (Dr. Roma), gloria (España), ondol (Corea), dikan (China), etc.). La población de Europa, mientras tanto, utilizó una versión parcialmente modificada del fuego: un hogar de adoquines calentado en negro. Solo en el siglo XV los europeos mejoraron el hogar de piedra al llevarle un tubo de escape de madera..

Hipocausto del sistema de calefacciónHipocausto del sistema de calefacción

En el siglo XVII, el «sistema ruso» de calefacción era popular en los complejos de castillos y palacios de Rusia y Europa: el conducto de entrada de aire corría cerca de la pared del horno y a lo largo de él, donde el aire se calentaba y, debido a la convección, se elevaba a través de canales de ladrillo ramificados hasta las instalaciones que debían calentarse. Habiendo desprendido calor, el aire del local salía por los conductos de extracción del exterior del edificio. Un sistema de calefacción de este diseño excluía por completo la posibilidad de que los gases de combustión ingresaran a las viviendas, lo que era un saber hacer asombroso en ese momento. Este sistema de calefacción, llamado «sistema de aire-fuego», gozó de una popularidad creciente hasta mediados del siglo XIX, pero al final ya no tenía demanda, lo que se vio facilitado por el constante zumbido de baja frecuencia en los conductos de aire, la sequedad excesiva del aire, el polvo ardiendo con la deposición de hollín en las paredes y elementos interiores..

A finales del siglo XVIII, el ingeniero francés Jean-Simon Bonneman inventó y construyó el primer sistema de calentamiento de agua caliente, en el que la circulación del refrigerante se realizaba de forma natural. Medio siglo después, apareció en Rusia un sistema de calefacción con circulación natural del refrigerante, desarrollado por el profesor Petr Grigorievich Sobolevsky. Los tipos de calefacción por convección de agua, vapor y aire-fuego han ido ganando popularidad año tras año, en gran parte debido al progreso técnico, la aparición y el desarrollo de fuentes centralizadas de calefacción del refrigerante y sistemas para su entrega a los objetos de consumo. La construcción a gran escala de edificios típicos de gran altura con un aislamiento mínimo de las fachadas, la superposición de baja calidad de las aberturas de ventanas y puertas jugó a favor del calentamiento de agua por convección: la calefacción radiante es efectiva solo en un edificio bien aislado.

Calefacción radiante para el hogar: un viejo olvidado

Sin embargo, 150 años después, los científicos han descubierto que la percepción del calentamiento radiante es mucho más cercana a los humanos que el calentamiento por convección del aire. Y no solo para una persona, sino también para artículos para el hogar, así como materiales utilizados en la decoración interior de locales..

Calefacción en casa – realidad

¿Alguna vez ha estado en una habitación sin calefacción o con poca calefacción en el invierno: un aula de escuela, una audiencia de instituto o un salón de actos en alguna institución? En respuesta a la insatisfacción de la audiencia, el maestro (conferenciante) se calma, nada, respiraremos y en media hora hará calor. Y de hecho, después de un tiempo se vuelve más cálido, pero la razón de esto no está relacionada en absoluto con el término «respirado»: los presentes calentaron la atmósfera de la habitación con radiación térmica generada por sus propios cuerpos. Los rayos infrarrojos que emanan de los cuerpos de los presentes en la audiencia calientan los objetos ubicados cerca de ellos, los cuales, a su vez, generan su propia radiación, transfiriéndola a los objetos vecinos, y el calor de sus superficies al aire..

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Todos y cada uno de los objetos con una temperatura superior al cero absoluto Kelvin (o –273,15 ° C) emite rayos infrarrojos. Cuanto mayor es la temperatura del objeto, más intensa es la radiación; por ejemplo, el cuerpo humano a su temperatura normal (de 36,6 a 37 ° C) genera rayos infrarrojos del rango de longitud de onda media, con una longitud de onda de 5 a 25 micrones. El consumo de energía humana para la radiación infrarroja se reduce si aumenta la temperatura ambiente, pero no el aire, sino las estructuras envolventes (paredes, techo y piso) y muebles. El hecho es que el ambiente del aire es transparente y permeable a los rayos infrarrojos, respectivamente, las paredes frías y los pisos extraerán calor infrarrojo de los cuerpos humanos incluso a 25 grados de temperatura ambiente; esto es intercambio de calor radiante, explicado por las leyes de Planck y Stefan-Boltzmann..

Generaciones de pobladores están acostumbrados a las condiciones de vida en casas de ladrillos y paneles, tratando de compensar la energía infrarroja del cuerpo, que se destina a calentar las estructuras circundantes, con la ayuda de varios tipos de convectores eléctricos. En la memoria de la gente del pueblo había una vaga convicción sobre la importancia de las paredes de madera en la casa, que pueden «respirar», compensando la humedad del aire; de ​​hecho, esa capacidad está presente en las paredes de madera y troncos sin pintar, pero el papel principal en las casas de madera no lo desempeñaron ellos, sino los rusos. horno.

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La construcción masiva de la estufa rusa tuvo un lugar significativo en la casa, mantuvo el calor perfectamente y calentó toda la casa con radiación infrarroja. ¡Ningún sistema de calentamiento de agua o aire puede compararse en sus capacidades de calentamiento con una estufa rusa! Por cierto, es precisamente debido al método de calentamiento radial que los productos horneados en el horno ruso resultan mucho más apetitosos y sabrosos que en el horno más moderno, cuyo principio de cocción se basa en aire caliente (sistema fuego-aire).

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Las propiedades de la energía radiante desde el punto de vista del calentamiento fueron investigadas por un laboratorio de la Universidad de Yale, financiado por la Fundación John Bartlett Pearce; los resultados de un experimento realizado con la participación de voluntarios fueron muy reveladores. En la primera etapa, los sujetos fueron colocados en una pequeña habitación con paredes enfriadas artificialmente, la temperatura del aire en ella se mantuvo con la ayuda de calentadores de ventilador a 50 ° C; los voluntarios vestidos con ropa ligera, después de permanecer en esta habitación, se quejaron de frío extremo. Durante la segunda etapa, la temperatura del aire se bajó deliberadamente a 10 ° C, y las paredes se calentaron con la ayuda de tuberías integradas en el interior, a través de las cuales circulaba agua caliente: los sujetos, vestidos de la misma manera, sudaban profusamente cuando estaban en esta habitación, tenían calor..

Sin embargo, cada uno de nosotros puede comprobar y experimentar personalmente el «vampirismo» del frío y la «donación» de paredes calefactadas en cualquier momento; solo tiene que acercarse y pararse frente a la pared. En invierno sentirás el frío proveniente de ella, ya que el material que forma la pared absorberá los rayos infrarrojos que emanan de ti, en el verano sentirás el calor, es decir, tu cuerpo ya absorberá la radiación infrarroja que recibe la pared del sol durante el día..

Descripción de los sistemas de calefacción radiante.

Una estufa masiva era y sigue siendo una fuente ideal de calefacción radiante, sin embargo, en un apartamento u oficina, y en muchas casas privadas, no es realista disponer una estufa de este tipo. Considere los sistemas modernos de calefacción radiante que permiten prescindir de una estufa de este tipo: «piso cálido», paneles radiantes de pared y techo.

Los sistemas de calefacción por suelo radiante difieren en el diseño y el principio de calefacción:

  • Los sistemas convectivos incluyen cualquier sistema con un portador de calor de agua, así como cable, tendido de cables en placas y películas aislantes del calor (las esteras calefactoras son un cable delgado colocado en una base de malla);

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  • El calor por radiación es generado por una película de carbono (elemento calefactor: tiras de grafito selladas en una película de poliéster) y pisos centrales (sus elementos calefactores también están hechos de grafito).

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Los paneles instalados en las paredes son bloques modulares hechos de tuberías de cobre, el portador de calor en ellos es agua caliente. La transferencia de calor del calor radiante de los paneles de pared con agua caliente en circulación a una temperatura de 40 ° C es aproximadamente del 80%, el 20% restante se debe a la convección; esto se debe a la alta temperatura admisible del refrigerante, que excede el máximo establecido por los estándares europeos de 30 ° C para un «piso cálido».

Los bloques modulares de cobre se instalan en la superficie de la pared utilizando soportes de varillas horizontales o verticales, antes de que se monte una capa de aislamiento con papel de aluminio en la superficie de la pared. Después de la instalación, los paneles de pared se sellan con una capa de yeso de 350 mm, se cubren con placas de yeso u otros revestimientos duros. Además de la instalación externa, los bloques modulares para calefacción radiante se pueden instalar dentro de las paredes de hormigón: se unen a un marco de refuerzo con un posterior vertido de hormigón..

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La ventaja de los paneles de pared es una menor inercia térmica, en comparación con los «pisos cálidos», lo que es especialmente conveniente para edificios con calefacción intermitente. Cabe señalar que para un calentamiento efectivo, los paneles de pared necesitan espacio libre alrededor del perímetro de las paredes en las que están instalados; con una gran cantidad de muebles de gabinete, es irracional usarlos.

Los primeros modelos de paneles de techo radiante se crearon mucho antes de los «pisos cálidos» y los paneles de pared, el interés de los fabricantes en ellos se explicó de manera simple: el techo, y por lo tanto los paneles del techo, se ubicaron más lejos de los hogares, lo que permitió calentar los paneles a altas temperaturas sin ningún tipo de daño a los seres humanos. La temperatura máxima de los paneles de techo modernos depende de la altura de los techos: la diferencia óptima entre la temperatura del aire en la habitación y la temperatura de la superficie del panel de vigas es de 10 ° C. Los paneles de techo modernos no están integrados en los techos, se instalan en la superficie del techo, lo que simplifica su instalación y mantenimiento..

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Al final

La popularidad de la calefacción por convección en la actualidad se asocia solo con el hecho de que la mayoría de las casas tienen características mínimas de retención de calor; anteriormente esto no interesaba a los diseñadores y constructores, ya que sus tareas se centraban en reducir el costo de los proyectos. De ahí que las casas brillen por la noche con detectores de infrarrojos, costes de calefacción colosales y frecuentes reparaciones cosméticas. Y precisamente debido a las altas pérdidas de calor a través de las aberturas de las ventanas, se instalaron radiadores de calefacción directamente debajo de ellas, para cortar el aire frío de la calle que entra por las ranuras de los marcos de las ventanas y a través de sus acristalamientos..

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La calefacción por convección le permite calentar de forma rápida y relativamente económica habitaciones no aisladas, pero no le permite evitar que el aire se seque, el aire frío al nivel del suelo (la capa más caliente de aire se acumula en el techo), la formación constante de moho en las paredes en la estación fría (debido a la deposición de humedad en sus superficies frías) y la necesidad de reparaciones cosméticas frecuentes: los hechos anteriores son innegables.

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Si las estructuras de cerramiento de la casa están hechas de madera, ladrillo u hormigón armado, el aislamiento (paneles sándwich, materiales de aislamiento térmico seguidos de enlucido, etc.) se realiza en el lado exterior (calle), y se instalan puertas y ventanas modernas en las ventanas y aberturas de puertas con suficiente bajas tasas de conductividad térmica, luego se justificará por sí solo resolver el problema de la calefacción con la ayuda de un sistema de calefacción radiante. Por otro lado, al aislar estructuras de cerramiento desde el interior de una habitación, que se realiza especialmente a menudo en edificios de varios pisos de construcción soviética, no tiene sentido construir un sistema de calefacción con calefacción por infrarrojos, ya que el material del que están hechas las paredes no se calentará y emitirá calor en forma de radiación, porque las superficies de las paredes están aisladas térmicamente con materiales aislantes.

Calefacción radiante para el hogar: un viejo olvidado

Teniendo en cuenta los nuevos requisitos para la protección térmica de los edificios, establecidos en SNiP 23-02-2003, los sistemas de calefacción radiante pueden asumir el liderazgo en calefacción por convección. Será mucho más agradable y útil para los hogares de cualquier edad percibir los rayos infrarrojos de una determinada longitud de onda que estar en un «acuario» de aire con paredes constantemente frías, llenas de aire calentado como resultado de la convección y el polvo en suspensión..

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