گرمايش تابشی چيست؟

گرمايش تابشی چيست؟

گرمايش تابشي فرايندي است كه در آن انرژي به شكل امواج الكترومغناطيس از سطح يك جسم به سطح جسم ديگري كه دماي کمتري دارد منتقل مي‌شود.

در بعضي موارد، اين امواج با چشم غير مسلح نیز قابل رؤیت هستند. به عنوان مثال، بخشي از انرژي تابشی خورشید به شكل امواج مرئي به زمين مي‌رسد. در موارد ديگر، اين امواج نامرئي هستند. اگر طول موج انرژي تابشي از طول موج تشعشعات رؤیت‌‌پذیر توسط ما بلندتر باشد، اصطلاحاً با «تابش مادون قرمز» يا «تابش گرمایي» سر و کار داریم. اين همان نوع انرژي تابشي است كه اکثر سطوح تابشي از خود منتشر مي‌کنند.

همه تشعشعات الكترو‌مغناطيس، اعم از انواع مرئي و نامرئي، حائز چند ويژگي مشترك به شرح زير هستند:

۱- كل تابش از سطح گرم‌تری که آن را منتشر می‌کند به سطوح سردتري كه آن را جذب مي‌كنند منتقل می‌شود.

گرما همیشه از جسم دارای درجه حرارت بیشتر به جسم دارای درجه حرارت کمتر منتقل مي‌شود و اساساً تفاوت نمی‌کند که این (انتقال) به کدامین روش ممکن صورت بگیرد.

۲- تابش فقط وقتي به گرما تبدیل مي‌شود كه عملاً جذب يك جسم شود.

نور تابان خورشيد پس از پیمودن فضای خالی بسیار سرد به زمين مي‌رسد، اما فقط وقتی به گرما تبديل مي‌شود كه جذب اجسامی همچون مولكول‌هاي گازي در جو زمین يا سطوح جاذب ديگر در مسير خود شود. همین که اين تشعشعات جذب اجسام شدند عملاً فرایند تابش الكترومغناطيس پايان مي‌پذيرد. انرژي موجود در جسم گرم‌تر به شكل گرما جذب ماده جاذب (سردتر) مي‌شود.

۳- هر سطح مي‌تواند تابش را به هر سطح سردتر ديگر كه در منظر آن قرار دارد صادر كند.

نرخ انتقال انرژي تابشي به چند عامل بستگي دارد كه عبارتند از:

الف) اختلاف دماي بين سطوح

ب) فاصله بين سطوح

پ) زاويه بين دو سطح

ت) خواص بصری سطوح (شامل ضريب انتشار و ضريب جذب)

۴- گرماي تابشي به طور يكنواخت در كليه جهات منتشر مي‌شود.

۵- هوا تابش گرمایي بسيار كمي جذب مي‌كند.

اين یک ویژگی فوق‌العاده مهم (و کاملاً سودمند) گرماي تابشي است که چندان زیاد جذب هوا نمی‌شود. این، در واقع، همان خصوصیتی است كه به سيستمهاي گرمایش تابشي اجازه مي‌دهد تا مستقيماً اجسام مورد نظر را گرم كنند، بدون آنكه ابتدائاً نيازي به گرم كردن هواي پيرامون آن‌ها باشد. اين واقعيت به خوبي آشکار مي‌سازد كه چرا يك فرد مي‌تواند گرماي يك بخاری تابشی را حتي با اينكه هواي موجود بين فرد و بخاری سرد است حس كند. انرژي تابشي صادر شده توسط بخاری فقط وقتي «حس» گرم شدن را به فرد القاء مي‌كند كه گرما جذب پوست و لباس او شود.

۶- بخشي از تابش گرمايي ممكن است به وسیله برخي سطوح خاص برگردانده شود.

برخي سطوح از قبيل فلزات صيقلي قادرند بخشي از تابش مادون قرمزی را كه به سمت‌شان مي‌آيد بازگردانند، درست همان‌طوري‌كه يك آينه قادر است نور مرئي را بازگرداند. استفاده از يك يا چند سطح نازك و براق فلزي تحت عنوان عايق انعكاسي دقيقاً برای تحصیل چنين هدفي انجام مي‌شود.

۷- همه تشعشعات الكترومغناطيس با سرعت نور منتشر مي‌شوند.

تابش الكترومغناطيس، صرفنظر از مرئي یا نامرئي بـودن آن، با سرعتي در حدود   از سطوح صادر‌كننده خارج مي‌شود. بنابراين، ارسال و دريافت امواج الكترومغناطيس حتي در اتاق‌هاي بزرگ بسيار سريع انجام مي‌شود.

مزايای گرمايش تابشی
يك سيستم گرمايش تابشي كه دقت كافي در طراحي و نصب آن صورت گرفته باشد مزاياي متعددي را در اختيار مي‌گذارد. يكي از اين مزایا، به بيان ساده، حذف «تأثير جانبي» بکارگيری سيستمهای ديگر است. شرايطي نيز در عمل ممكن است پيش بيايد كه فقط امكان بهره‌برداری از سيستم گرمايش تابشی براي ما وجود داشته باشد. در اين جا فهرستي از مزاياي اصلي اين قبيل سيستمها به همراه توضيح مختصري پيرامون هر يك از آنها ارائه مي‌شود:

۱- گرمايش تابشي با افزایش ميانگين دماي سطوح يک اتاق باعث ارتقاء آسايش ساكنان آن مي‌شود.

به ياد بياوريد كه بخش بزرگي از حرارت بدن ما از طريق «تابش به سطوح سرد محيط» اتلاف مي‌شود.

هر چه اين سطوح سردتر باشند، حرارت بدن ما را سريع‌تر جذب مي‌كنند و در نتيجه ما كمتر احساس آسايش مي‌كنيم. «سيستم گرمايش تابشي» با گرم كردن سطوح داخلي ساختمان (اعم از كف، ديوارها و سقف) نرخ اتلاف حرارت تابشي از بدن ما را كاهش مي‌دهد. حال از آنجايی که بدن ما حساسيت ويژه‌اي نسبت به محيط تابشي پيرامون خود دارد، كاهش اتلاف حرارت تابشی به طور قابل توجهي آسايش ما را بهبود مي‌دهد.

۲- گرمايش تابشي عملاً امكان تأمين آسايش را در دماهاي كمتر (هوا) فراهم مي‌سازد.

از آنجایی که سطوح داخلي ساختمان (در سیستم مورد نظر ما) به واسطه «سيستم گرمايش تابشي» گرم شده‌اند، نرخ اتلاف حرارت تابشي از بدن در اين قبيل سيستمها كاهش مي‌يابد. در اين شرايط، گرما بيشتر به صورت جابجايي تلف مي‌شود. براي فراهم شدن امكان دفع حرارت بدن به روش جابجايي لازم است دماي هواي پيرامون كاهش يابد

۳- گرمايش تابشي عملاً باعث کاهش لايه‌بندي دمايی در فضاي محیط يا در برخی موارد حذف آن مي‌شود.

وضعیت آشنا اما نا‌خوشايندی كه بر اثر جمع شدن لايه‌هاي هواي گرم در مجاورت سقف و جمع شدن لايه‌هاي هواي سرد در مجاورت كف حاصل مي‌شود عملاً در «سيستمهای گرمایش تابشی» حذف شده است. اين امر نه تنها به ارتقاء سطح آسايش نفرات می‌انجامد، بلكه ميزان انتقال حرارت از سقف و بخش‌هاي فوقانی ديوار را نيز كاهش مي‌دهد. بدين‌ترتيب، میزان خروج توده‌اي هوا از طريق منافذ ساختمان كاهش خواهد يافت. هر چه ارتفاع فضاي داخلي محیط بيشتر باشد، فايده اين ويژگي بيشتر خواهد بود.

 

۴- بسياري از سيستمهاي گرمايش تابشي كاملاً از معرض ديد خارج‌اند.

در سيستمهاي گرمایش تابشی، دستگاه ها در ارتفاع و به دور از دسترس و دید نفرات قرار دارد که همین امر موجب میگردد فضای مفید مورد اشغال سیستم گرمایشی قرار نگیرد.

 

۵- سيستمهاي گرمايش تابشي به آساني ناحيه‌بندي مي‌شوند.

سيستمهاي گرمايش تابشي نواحي موجود را به صورت مستقل از هم گرم مي‌كنند. در اين روش ضمن اينکه امكان صرفه‌جويي در مصرف انرژي از طريق كاهش دما در فضاهای خارج از کاربری فراهم مي‌گردد عملاً اين امكان به وجود می‌آيد که نفرات هر يک از ناحیه در تنظيم سطح آسايش مطلوب خود مستقل باشند.

 

۶- سيستمهاي گرمايش تابشي عملاً امكان چرخش دائمي و آرام هواي اتاق را فراهم مي‌سازند.

در بيشتر سيستمهاي گرمايش تابشي، جابجايي هوا به قدري آهسته صورت می‌پذيرد كه عملاً براي نفرات فضای مورد استفاده قابل لمس نيست. بر‌عكس، سيستمهاي مركزي مبتني بر جابجايي هوا غالباً نوعی چرخش دائمی هوا ایجاد می‌کنند که تأثیر نامطلوب آن در کل فضای مورد استفاده بسيار قابل ملاحظه است. عملکرد اين سيستمها باعث پراكنده شدن گرد و غبار، بوي نامطبوع و همچنین ويروس‌هاي موجود در هوا در سراسر محیط مي‌شود. عملکرد برخي از این سیستم‌ها نيز باعث افزايش فشار هواي داخل محیط مي‌شود كه اين نيز به نوبه خود باعث افزايش ميزان خروج هوا از طريق منافذ ساختمان و در نتيجه اتلاف انرژي مي‌شود

 

۷- سيستمهاي گرمايش تابشي با جرم حرارتی کم (از قبيل سطوح سقفی الكتريكي) تقريباً بلافاصله پس از راه‌اندازي قادر به تأمين گرما خواهند بود.

اين ويژگي اجازه مي‌دهد تا يك «بهبود آني» در وضع آسايش گرمايي ساکنان يك اتاق سرد پديد آيد. اگرچه اجسام و هواي موجود در اتاق به مقداري زمان براي گرم شدن نياز دارند، اما نرخ اتلاف گرماي تابشي از بدن به فاصله زمانی دو دقيقه پس از فعال شدن «سطوح گرمایش تابشی با جرم حرارتی کم» كاهش مي‌يابد.

 

۸- سیستم های گرمايش تابشي در عمل انرژي كمتري مصرف مي‌كنند.

براي اثبات اين ادعا دلايل متعددي وجود دارد كه عبارتند از:

  • چون آسايش حاصل از سيستمهاي گرمايش تابشي در هوایی با درجه حرارت كمتر تأمين مي‌شود بار گرمايشي مربوط به تبادل هوا كاهش مي‌يابد. هر چه بار گرمايشي ناشي از تبادل هوا، خواه به دليل نفوذ توده هوا از منافذ محیط يا تهويه اجباري بيشتر باشد عملاً صرفه‌جويي حاصل از بكارگيري سيستم گرمایش تابشي بيشتر خواهد بود.
  • كنترل ناحيه‌اي آسان در سيستمهاي گرمایش تابشي اجازه مي‌دهد تا فضاهاي خارج از کاربری و یا خالی از نفرات دماي كمتري داشته باشند و در نتيجه كل بار گرمايشي ساختمان كاهش پيدا كند.
  • در ساختمان‌هاي مجهز به سيستم گرمايش تابشي، نرخ خروج هوا از طريق منافذ ساختمان به دلیل حذف «تأثير توده‌اي» كاهش مي‌يابد.
  • نرخ اتلاف گرماي هدايتي از سقف با حذف لايه هواي گرمي كه به طور طبيعی بالاتر از سطوح سرد قرار مي‌گيرد كاهش مي‌يابد.