Дом 2010-01, страница 33

Поэтому в целях безопасности нагрев помещения лучше производить с помощью инфракрасных излучателей с как можно более низкой температурой излучающей поверхности. В свою очередь меньшая мощность излучения низкотемпературных излучателей приводит к необходимости увеличения площади излучателя, чтобы обеспечить заданный уровень теплоотдачи.

С этой точки зрения оптимальными могли бы стать такие условия, при которых инфракрасными излучателями являются сами поверхности стен и потолка помещения. Тогда поступающее со всех сторон на тело человека инфракрасное излучение будет создавать ощущение обычного тепла (как от тёплого воздуха) и ассоциироваться с более тёплыми метеорологическими условиями.

Наиболее знакомый для человека уровень мощности инфракрасного излучения — солнечная постоянная 1,4 кВт/м², равная интенсивности солнечного излучения, достигающего орбиты Земли. При прохождении через земную атмосферу солнечное излучение ослабляется на 20% за счёт поглощения молекулами кислорода, азота, углекислого газа, воды и озона и ещё на 40% — за счёт пыли и дыма (см. рис. 1).

Что касается нагрева «неживых» материалов, то солнечное излучение способно раскалить, например, песок на пляже или в пустыне до температур порядка 100°С. Подъём же температуры доски на солнце продолжается до тех пор, пока теплоотвод от поверхности доски за счёт её собственного излучения и кондуктивного охлаждения не сравняется с мощностью падающего солнечного излучения порядка 1 кВт/м², что и происходит при температурах порядка 100°С. Таким образом нагретый примерно до 100°С потолок в бане обеспечивает мощность инфракрасного излучения на уровне обычных в России мощностей солнечного излучения.

Важно понимать, что в условиях бани инфракрасное излучение практически не поглощается воздухом и не разогревает его, а распространяется непосредственно на стены и потолок, разогревая их. «Управлять» же мощностью инфракрасного излучения можно, не только регулируя температуру излучателя, но и путём установки на пути излучения различного рода экранов. Например, раскалённые металлические стенки топливников печей окружают кожухами-калориферами. Особо же холодные стены загораживают портьерами и ширмами.

Инфракрасное излучение исходит и от тела человека, охлаждая его. Таким образом, если стены бани имеют температуру большую или меньшую, чем температура тела человека, то тело человека дополнительно нагревается или охлаждается. При слабых (до 20°С) бытовых отклонениях температур стен от температуры тела человека 6<20°С тело отдаёт или получает лучистое тепло в количестве q = а_л8Т, где а -1 ВтДм¹ град) — коэффициент бытовой лучистой теплопередачи (рис. 3). При температурах 60-120°С коэффициент лучистой теплопередачи возрастает до 10 Вт/(м² град). При температуре стен помещения порядка 0°С раздетый человек даже с сухой кожей отчётливо ощущает «леденящий холод стен» даже при температуре воздуха 40°С и максимальной влажности воздуха, посколь

Рис. 3. Мощность инфракрасного излучения (интегральная по всему спектру) с 1 м² абсолютно чёрного тела во все стороны (в полупространство) в диапазоне температур от О до 100°С.

20 40 60 Т, °С

ку теряет за счёт собственного инфракрасного излучения 0,5 Вт/м² тепловой энергии, а получает за счёт поглощения инфракрасного излучения, исходящего от холодных стен — всего 0,3 Вт/м².

В результате суммарный баланс отрицателен и очень велик — 0,2 Вт/м². Для компенсации столь высоких теплопо-терь температуру воздуха в помещении необходимо поднять на 20-30°С, то есть до 60-70°С. Если же температуры стен и потолка составляют 100°С, то суммарный тепловой баланс (по лучистому теплу) раздетого человека с сухой кожей будет положительным — 0,5 Вт/м² и воздух можно охладить до -10°С.

Значительно изменить картину лучистых потоков могут упомянутые выше экраны. Они способны «забрать» тепловую энергию из воздуха и преобразовать её в лучистое тепло или наоборот — поглотить потоки лучистой энергии и преобразовать её в тепловую энергию воздуха. Например, застеклённый оконный проём в морозную погоду представляет собой холодный элемент помещения, «забирающий» лучистую энергию (а точнее — слабо излучающий тепло элемент и слабо отражающий падающее на него излучение).

Если же загородить окно, например, матерчатой шторой, то этот экран приобретёт температуру, близкую к комнатной, и будет излучать обратно в помещение значительно больше лучистой энергии. Этот эффект применялся ещё в Средневековье при обшивке гобеленами каменных стен замков чтобы отгородить шторами спальные места и пр. Плотность или теплопроводность тканей при этом практически не важна. Значительно большее влияние имеет количество слоёв экранирования.

В заключение ещё раз вернёмся к вопросу физического взаимодействия инфракрасного излучения с телом человека. При падении светового потока на кожу часть лучистой энергии отражается, а другая — проникает внутрь тканей, ослабляясь по мере углубления за счёт поглощения биологической тканью. Спектральная зависимость коэффициента отражения представлена на рис. 4, откуда видно, что кожа отражает только видимый и ближний инфракрасный свет — так называемый А-диапазон ИК-излучения (0,75-1,5 мкм).

В этом легко убедиться, посветив в темноте фонариком на ладонь и наблюдая отражённый свет на белом экране (стене). Инфракрасное же излучение с длиной волны, превышающей 1,5 мкм, практически не отражается и поглощается

см

«Е

GQ ^

иГ s

X О) х

г? S л н о о

X

о

www. master- sa m. ru

«Дом» 1/2010 33