Nie jest to artykuł naukowy. Odwołuję się w nim jedynie do obserwacji,  które zresztą każdy może poczynić, nie wychodząc z mieszkania. Nie  potrzeba do tego nawet zestawu „mały fizyk”. Wystarczy termometr i  pirometr. A problem bywa poważny.

Piękne mieszkanie w nowym apartamentowcu położonym w naszej strefie klimatycznej. Duże, jasne pokoje, komfortowa łazienka, ba – salon kąpielowy. Kuchnia połączona z salonem. Szacunkowo 40% ścian zewnętrznych to okna. Piękny, od podłogi po sufit, widok na park lub rzekę. Grzejników nie widać. Zastosowano kanałowe. W mieszkaniu 23-24oC. Właściciel powinien być szczęśliwy. Ale ma problem. Jest mu zimno. O co chodzi? W pomieszczeniach mieszkalnych temperatura obliczeniowa jest nawet wyższa niż powinna.

W łazience tak samo. Ale niektórzy twierdzą, że tylko w łazience jest im ciepło. A tam przecież jest taka sama temperatura jak w pokojach. Konserwatorzy dwoją się i troją, wyciskają z węzła co się da, aż wymiennik „piszczy”, pompa działa na maksymalnych obrotach. Ale nic się nie zmienia. Niektórzy przesadzają i mówią, że woleliby mieszkać w ogrzanej ruderze (pod mostem?) niż w zimnym apartamencie – taka poetycka hiperbola. No, ale problem jest.

Normy, normy, normy…

Stara norma (nawet nie bardzo stara, ale nieaktualna) posługiwała się pojęciem temperatury obliczeniowej, co oznaczało, że w pomieszczeniu mieszkalnym jest ciepło, kiedy zapewnimy w nim 20oC. Nowa norma posługuje się pojęciem temperatury projektowanej. Nie jest to zmiana tylko w nazwie. Obecnie temperatura projektowana jest średnią z temperatury powietrza, definiowanej jako średnia energia kinetyczna cząsteczek i promieniowania cieplnego od przegród. Trochę to niefortunne.

Promieniowanie

Używając potocznego znaczenia promieniowania ciepła, popełniamy dwa błędy. Po pierwsze, promieniowanie nie jest „cieplne”, a „ciepła”, co ma ogromne znaczenie dla rozumienia fizycznej natury tego zjawiska.

Po drugie, kiedy mówimy nawet poprawnie „promieniowanie cieplne”, kojarzy nam się ono z przyjemnym ciepłem od promiennika (odsyłam do artykułu pt. „Ogrzewanie okiem praktyka” – „Magazyn Instalatora” 12/2011 s. 48-49 – przyp. red.). A tak nie jest. Nie tyko ciała uważane za ciepłe, czyli w potocznym rozumieniu te, przy których dotknięciu odczuwamy ciepełko, promieniują energię cieplną. Z punktu widzenia fizyki lód, suchy lód czy ciekły azot też promieniują ciepło. Ba, każde ciało, którego temperatura jest choćby o włos wyższa od temperatury 0 kelwinów, promieniuje ciepło.

Dodatkowym problemem jest pytanie, jak właściwie uśrednić wartość natężenia promieniowania cieplnego, czyli fali elektromagnetycznej, i temperatury powietrza, czyli średniej energii kinetycznej cząstek powietrza w pomieszczeniu? To trochę tak, jakby wyliczać średnią zbiorów pszenicy i siana, uznając, że oba te gatunki należą do traw. Dodatkowo jest tak, że fala elektromagnetyczna tylko w znikomym stopniu ogrzewa lub oziębia powietrze, przez które przenika (zasada działania promienników ciepła w ww. artykule).

Skąd więc problem braku komfortu cieplnego w lokalach z gigantycznymi, pięknymi oknami (zgodnie z ostatnią modą w aranżacji wnętrz – niezasłoniętymi firanką czy zasłoną)? Otóż promieniowanie elektromagnetyczne, cieplne podgrzewa ośrodki gęste, w których grzęźnie i najlepiej nie odbija się od nich. Na samochodach na pustyni można smażyć jajka, chociaż temperatura powietrza nie przekracza 50oC. Stąd piasek na plaży jest gorętszy od powierza, które to ogrzewa się za pośrednictwem piasku, a piasek od promieni słońca. To dlatego czarne samochody nagrzewają się bardziej od białych, dlatego lustro nie nagrzewa się prawie w ogóle i to dlatego Grecy mogli odbitym i skupionym od luster promieniem zapalić rzymskie statki.

Kiedy byliśmy dziećmi, udawało nam się podpalić kartkę lupą, a dziś, kiedy jesteśmy instalatorami, montujemy za grzejnikiem ekran styropianowy pokryty folią. Ci, którzy znają zasady pierwszej pomocy, wiedzą, jak srebrzyste, cienkie folie ratownicze blokują utratę ciepła lub wręcz odwrotnie – zabezpieczają poszkodowanego przed przegrzaniem (trzeba odpowiednią stroną poszkodowanego owinąć).

Zimny lokator

Wróćmy do naszego zmarzniętego lokatora. W łazience jest mu ciepło, w pokojach zimno. Czym różni się łazienka od pokoju? W łazience jesteśmy rozebrani. To tak zwane pomieszczenie bosej stopy. Ale to działa odwrotnie. Powinno być nam tam zimniej. Szukajmy dalej. W łazience temperatura jest wyższa. Może to ta przyczyna? Ale przecież jesteśmy rozebrani i powinno się to skompensować. Co różni zasadniczo łazienkę od sypialni? Kubatura? Raczej nie ma ona wpływu na komfort.

Grzejnik? Tak, w łazience zamontowany jest ścienny, a pod oknami pokoju kanałowy. Łazienka ma małe okno lub w ogóle okna nie posiada. Tak. To te dwie kwestie. Teraz zróbmy eksperyment myślowy lub rzeczywisty. Stajemy w stroju kąpielowym nago w pokoju. Tak z metr, półtora od okna. Po chwili zaczynamy „pękać od naprężeń termicznych”. Z przodu wyraźnie czujemy chłód – tym silniejszy, im zimniej na dworze, z tyłu jest nam ciepło. Ta różnica temperatur pogłębia dyskomfort. Lepiej jest przebywać w równo chłodnym pomieszczeniu niż nogi mieć w lodówce, a głowę w piekarniku.

Co się dzieje? Ponieważ stoimy przodem do okna, z tej strony działa na nas ciepło przekazywane nam przez przepływ między naszym ciałem a powietrzem i promieniowanie „chłodu”, które, w przeciwieństwie do ściany, nie ma „temperatury” około 20oC, a raczej około 15oC. A co z grzejnikiem? No i tu leży problem. Grzejnik jest kanałowy, a promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się po liniach prostych, więc grzęźnie w ścianach kanału i suficie. Grzejnik grzeje tylko przez konwekcję. Słup powietrza unosi się zgodnie z prawami fizyki ku górze, zabierając ze sobą powietrze, które ochłodziło się od szyby przez przewodzenie.

Gdyby grzejnik był płaszczyznowy, byłoby nam cieplej. Z przodu działałaby na nasz nagi tors superpozycja promieniowania „ciepła” od grzejnika i promieniowania „chłodu” od okna. Dlaczego nie uwzględniłem promieniowania cieplnego od unoszonego powietrza? Po prostu jest ono zaniedbywalnie małe z powodu charakteru gazu. Proszę zauważyć, że jeżeli używamy do pomiaru temperatury pirometru, nie bierzemy pod uwagę temperatury powietrza pomiędzy powierzchnią i miernikiem.

A co z naszymi spoconymi plecami? Tu działa jedynie temperatura powietrza. Dlaczego nie działa promieniowanie elektromagnetyczne? Ponieważ promienie cieplne, które w nas trafiły, ugrzęzły w pierwszych milimetrach naszego ciała, które dla promieniowania cieplnego nie jest przejrzyste. Natomiast te, które nas miną, idąc po linii prostej, praktycznie w 100% ugrzęzną w ścianie za naszymi plecami. Ściana ma temperaturę nie wyższą od temperatury powietrza w pokoju i promieniowanie trochę nas schładza, ale nie w tak znaczącym stopniu jak okno.

Omówienie zjawisk fizycznych zostało uproszczone i w wielu miejscach użyto określeń potocznych.

A firanki?

Spostrzegawczy czytelnik zauważył, że wspomniałem o firankach. Dlaczego instalator ma zajmować się firankami? Jak taka cieniutka płachta może pomóc? Byłem w takim mieszkaniu, gdzie wszystkie opisane wyżej problemy występowały. Był też pokój, gdzie były firanki. Tu chłodu nie było czuć. Byłem w kurtce, a i tak czułem wyraźną różnicę.

Pirometr skierowany na „gołe” okno wskazywał około 16oC. Skierowany zaś na okno z firanką: 21-22oC. Co się stało? Firanka wisi w linii grzejników kanałowych. Między firanką a oknem powstaje poduszka powietrzna, która nagrzewa przez przewodnictwo firankę. Teraz powierzchnią promieniującą ciepło jest zasłona, promieniowanie elektromagnetyczne jest przyjemne, pochodzi od przedmiotu o temperaturze, która dla większości osób jest temperaturą komfortu.

Duże okna w budynkach są bardzo ładne, a gdy wychodzą na park czy rzekę, zapewniają wspaniały widok. To podnosi wartość mieszkania. Ale są też nieekologiczne, gdyż mogą podnieść zużycie energii na ogrzewanie zimą i chłodzenie latem.

Maciej Ryskalczyk

Pomiar pirometrem

Fot. Dla wyraźniejszego ukazania efektu omówionego powyżej miernik umieszczono w pobliżu brzegu, gdzie zjawisko to jest nasilone. „Odwrócona temperatura” to średnia wartość kinetyczna cząsteczek w miejscu położenia końca sondy. Druga temperatura to temperatura wynikająca z energii fal elektromagnetycznych emitowanych przez taflę szklaną, czyli okno.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij