Влияние отопительных систем на здоровье человека

Современные системы отопления можно условно разделить на три основных типа: традиционные, электрические и воздушные. Принцип действия традиционных систем отопления заключается в нагревании воды, которая проходя по трубам, обогревает помещение. В качестве источника тепла здесь используется природный газ, твердое или жидкое топливо, электричество. Воздушное отопление, исходя из названия, использует в качестве теплоносителя воздух, который после прогревания подаётся в помещение. Электрическая система отопления вовсе не нуждается в теплоносителе.

Сегодня наибольшей популярностью в отоплении жилых помещений пользуются традиционные методы. Каково же их влияние на состояние здоровья людей?

Ученые выделили целый ряд негативных факторов, возникающих в результате использования таких устройств, как котел отопительный электрический, газовый или дизельный. В первую очередь следует отметить возникновение большого температурного контраста – поскольку теплый воздух всегда устремляется вверх, мы вынуждены постоянно ходить по холодному полу. Кроме того в процессе работы радиатора происходит «омертвление» воздуха – уничтожение его микрофлоры.

Компания «Экотех» более 10 лет специализируется на системах отопления водяной теплый пол и снеготаяния. для вас — Водяной теплый пол, системы снеготаяния, отопление полом. Косультации по системам отопления: выбор технического решения, подбор оборудования, оценка стоимости. Проектирование инженерных систем. Кредит на оборудование и монтаж.

Также вследствие постоянного движения воздушных масс, поднимается пыль, которая оседает в наших легких.

Положительным фактором использования систем традиционного отопления можно считать безусловную доступность топлива.

Воздушные отопительные системы также основаны на использовании котельного оборудования. Следовательно, все вышеперечисленные отрицательные стороны использования котлов относятся и к этим системам. Однако если сравнить влияние настенного газового котла и любой системы воздушного отопления на состояние окружающей среды, то можно сделать вывод, что последние гораздо менее вредны. Обслуживание котлов, которые в качестве теплоносителя используют воздух проще, а значит и дешевле. Кроме того температуру и количество воздуха, который поступает в каждое помещение можно регулировать вручную. Но, несмотря на все эти преимущества, их влияние на здоровье и самочувствие людей также не является совсем нейтральным. Все дело в том, что воздух, прошедший через нагреватель, даже при наличии достаточного количества фильтров, всё равно будет содержать частички пыли, которые в процессе выгорания увеличивают в помещении количество угарного газа.

Что касается электрического отопления, то оно, в отличие от обслуживания дизельного котла отопления, не требует крупных материальных затрат. К тому же, при возникновении неполадки в каком-то элементе, тут нет необходимости менять всю систему, как это случается в подобных ситуациях с описанными ранее способами отопления.

Обогрев зданий теплом человеческого тела

Тепло, излучаемое телом человека совершенно не тот ресурс, который ассоциируется с сокращением расходов на обогрев помещения, которые неуклонно растут. Тем не менее, именно на этот ресурс энергии решила поставить одна компания из Швеции, считающая, что он не должен напрасно пропадать. Как показало время – шведы не прогадали, ведь тепло человеческого тела способно не только растопить лед в груди другого человека, но и, к тому же, обладает внушительным энергетическим потенциалом.

Каждый день через главный вокзал Стокгольма проходит порядка двухсот пятидесяти тысяч человек. У местной риэлтерской компании есть свои соображения, как применить тепло такого внушительного количества человек для поддержания теплоты в соседнем здании.

Согласно утверждению Класа Йохансона, являющегося одним из создателей системы и начальником отдела охраны окружающей среды Jernhusen по совместительству, технология системы не нова, однако ранее использовалась по-другому. Благодаря специалистам, она получила второе дыхание, ведь передача энергии осуществляется от одного зданию к другому.

Кроме того, Йохансон объяснил, откуда в здании появляется избыточное тепло. Каждый человек, из сотен тысяч ежедневных посетителей стокгольмского вокзала во время пребывания в здание производит довольно большой объем тепла. Это происходит независимо от желания людей, ведь когда мы двигаемся, пьешь, едим, делаем покупки, вырабатывается колоссальное количество энергии, которая преобразуется в тепло. Если не найти применения этой тепловой энергии, она просто уйдет в атмосферу.

По какому принципу работает система

При помощи теплообменников в системе вентиляции вокзала избыточная тепловая энергия трансформируется в горячую воду, которая впоследствии перекачивается в систему отопления соседнего сооружения. По утверждению Класа Йохансона это система очень выгода, ведь значительно сокращаются расходы на коммунальные услуги, вместе с тем и возрастает стоимость здания. Не ясно лишь одно, почему до настоящего времени эта система не использовалась, ведь для административных зданий большого размера, она более чем экономически оправдана.

Так ли это выгодно?

Подавляющее большинство специалистов ожидают в самом ближайшем будущем снижения объема поставок газа и нефти, которая будет вызвана дефицитом данных ископаемых природных ресурсов. Следствием этому будет резкое повышение цен на ископаемые энергоносители. В этой связи использование человеческого тепла, как частичную замену традиционным источникам энергии, вполне может пригодиться.

Из заявления Дуга Кинга, эксперта инновационого дизайна и развития строительства, становится ясно, что в настоящее время специалисты активно работают на созданием и скорым вводом в эксплуатацию теплораспределительных сетей в городах. Затраты на эти системы, как и эффективная выгодность от них, будут варьироваться в зависимости от особенностей климата и цен на ресурсы в отдельных регионах.

Кроме того, Дуг Кинг пояснил, что система использования человеческого тепла в целях обогрева помещений превосходно вписывается в экономические и климатические реалии Швеции, учитывая низкие температуры зимой и высокие цены на газ. Гораздо выгоднее вложить небольшие средства на создания системы преобразования и перенаправления избыточного тепла, чем тратить внушительные финансы на газовую систему отопления. Исходя из всего этого, система использования тепла человеческого тела весьма перспективна в условиях Швеции.

По мнению Йохансона, эта система способна сократить затраты на отопление не только на территории его родины, но и в других уголках планеты. Он свято верит в то, что без устойчивого развития у всего человека просто отсутствует будущее и мы просто обязаны максимально эффективно применять все энергетическое многообразие, которое нас окружает, вместо того чтобы забирать у планеты последние ресурсы.

А подумали ли ученые о людях?

Согласно заявлениям специалистов, пассажиры никоим образом не ощутят дискомфорта, поскольку перерабатываться будет лишь избыточное тепло. Так суровый холодный климат склонил шведских специалистов к созданию эффективной системы, которая оказалась не только креативной, но и в полнее «зеленой», что не может не радовать. Кто знает, возможно именно тепло человека однажды спасет наш мир?

Физиологическое воздействие отопления

При действии системы отопления тепло передается от теплового источника в помещение. В помещении, как пространстве с неоднородным полем температуры, возникает теплообмен между отопительными приборами, внутренними и наружными ограждениями и людьми. При этом должна быть создана тепловая обстановка, благоприятная для хорошего самочувствия и продуктивной деятельности людей.

Организм человека непрерывно выделяет некоторое количество тепла, зависящее от интенсивности работы и теплообмена с окружающей средой.

На рисунке показаны основные теплопотери тела человека (конвекцией 1 при нагревании воздуха, излучением 2 и испарением влаги 3 с поверхности кожи) для случая, когда человек не выполняет физическую работу, а также при нормальной влажности и подвижности воздуха в помещении. Как видно, соотношение между величинами, составляющими основные теплопотери, изменяется в зависимости от температуры воздуха (при постоянной температуре поверхности ограждений 20 °С). При конвективном отоплении и tВ = 20°С доля теплообмена конвекцией равняется приблизительно 30%, излучением — 50%, испарением влаги — 20%. В зоне более низкой температуры воздуха это соотношение изменяется незначительно, при более высокой температуре значительно усиливается теплообмен испарением влаги. При лучистом отоплении заметно увеличивается теплообмен конвекцией.

Система терморегуляции человека в состоянии поддерживать равенство между тепловыделением и теплопотерей организма в пределах tв = 14-23 °С (вертикальные пунктирные линии на рисунке). При более низкой или высокой температуре воздуха в теле человека может наблюдаться недостаток или накопление тепла, вызывающие переохлаждение или перегревание организма. Нормальное тепловое состояние человека при этом нарушается, а условия, в которых он находится, называются дискомфортными.

Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит не только от температуры воздуха tB, но и от средней температуры τп поверхностей ограждений и отопительного прибора, обращенных в помещение, расположение (относительно человека) и размеры которых определяют радиационную температуру помещения tR. Сочетание этих температур считается комфортным, если большинство людей в помещении положительно оценивает свое физиологическое состояние.

На рисунке показаны зона теплового комфорта 1, а также зоны переохлаждения 2 и перегревания 3 (кривые линии — границы зон) для человека, находящегося в покое при относительной влажности 55% и умеренной подвижности воздуха. Пунктирная линия отделяет области конвективного (слева вверху) и лучистого (справа внизу) отопления.

Как видно из рисунке, при конвективном отоплении, отличительной характеристикой которого является преобладание температуры воздуха в помещении над средней температурой поверхности ограждений (tв>τп), зона теплового комфорта сужается. При лучистом отоплении, когда средняя температура поверхности ограждений превышает температуру воздуха (τп>tв), эта зона существенно расширяется. При одной и той же температуре воздуха (например, 20° С) ощущения человека в помещении могут характеризоваться оценками «холодно», «нормально» и «жарко» в зависимости от температуры поверхности ограждений.

На рисунке можно также отметить точки, лежащие на наклонной линии, проведенной в пределах зоны комфорта, определяющие наиболее благоприятные сочетания tв с тп. К ним относятся, например, точка А (tв = 28°С и тп=10°С) в области конвективного отопления и точка В (15 и 25 °С) в области лучистого отопления, в которых значительно отличаются температура воздуха и температура поверхности ограждений. Важно также отметить, что при понижении температуры воздуха при лучистом отоплении (например, до 15 °С в точке В) улучшается самочувствие человека. Улучшение самочувствия связано с физиологически благоприятным возрастанием доли конвективного теплообмена при сокращении лучистого.

Для нормального самочувствия человека оказывается также полезным изменение температуры воздуха в течение дня в связи с изменением интенсивности обмена веществ и деятельности. В учреждениях целесообразно поддерживать с утра температуру 19 °С, повышая ее до 21 °С перед обедом и понижая после обеда до 18 °С. В жилых помещениях рекомендуется периодически изменять температуру в течение дня и понижать ее на 2-3° ночью.

Организм человека не приспособлен к неравномерному охлаждению. При адаптации к тепловой обстановке помещения человек ощущает изменение температуры на 0,5-1°; неравномерное нагревание и охлаждение отдельных участков поверхности тела вызывает простудные заболевания. Эти факторы, связанные с физиологическим воздействием окружающей среды на человека, необходимо учитывать при расположении отопительных приборов в помещении и выборе режима действия отопления.

Следовательно, основная роль отопления заключается в обеспечении благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей путем создания комфортной температурной обстановки в помещении в холодное время года, т. е. поддержанием достаточно равномерной температуры воздуха и определенной температуры внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов.

Тепло человеческого тела – источник энергии

Человеческое тело постоянно выделяет тепло. И этот процесс не зависит от от нашего желания, количества съеденной еды или состояния здоровье. И если в прохладную погоду люди этим теплом сами согреваются, то летом или в помещениях это тепло, можно сказать, расходуется в пустую. Но недавно начались первые эксперименты по использованию данной тепловой энергии.

Известно, что тело взрослого здорового человека с нормальной температурой в состоянии покоя выделяет тепло в эквиваленте 60 Вт/ч. Если он занимается легкой физической работой, например, пешей ходьбой, то это значение увеличивается до 100-120 Вт/ч. А спортсмены во время интенсивной тренировки прогревают окружающий воздух на 800-900 Вт/ч.

На обогрев непосредственно тела и его органов идет достаточно небольшая часть этого тепла – не более 50%. Остальное просто рассеивается в атмосфере, независимо от нашего желания. Наиболее рациональное применение этому теплу – нагрев воздушной прослойки под зимней одеждой или одеялом. В остальных случаях можно говорить о бесполезном расходе.

Поверхность человеческого тела выделяет тепло неравномерно и подключить к ней теплообменники весьма проблематично. Да и КПД такой системы будет оставлять желать лучшего, так как человек не может все время заниматься интенсивной физической работой. До недавнего времени воспользоваться теплом человека для хозяйственных нужд было проблематично.

Стокгольмский эксперимент

В настоящее время центральное здание Стокгольмского железнодорожного вокзала превращено в своеобразный экспериментальный полигон. Из основных залов убрали кондиционеры, стены оснастили слоем теплоизоляции, а дверные и оконные проемы сделали менее воздухопроницаемыми. Внутри системы вентиляции установили теплообменники и подключили их к системе теплоснабжения соседнего здания.

Ежесуточно через здание вокзала проходит около 250 тыс. человек, который выделяют до 25 МВт тепловой энергии. Большая ее часть в виде нагретого воздуха собирается в вентиляции и через теплообменники энергия передается на нагрев воды в системе отопления другого здания. Остывший, но насыщенный CO ₂ воздух поступает наружу, а на его место закачивается свежий и пока еще прохладный с улицы.

Подсчитать эффективность работы такой системы проблематично, но по приблизительным оценкам она позволяет экономить до 25% энергии, расходуемой на отопление здания. При этом сооружение подобного нагревателя не требует особых капиталовложений, а установить его можно в самых разных местах скопления людей – в метро, в супермаркетах, в банках и т.д.

Комментарии:

Мощность измеряется в ваттах, а энергия – в ваттах, умноженных на единицу времени, например, час. Так, лампа мощностью 100 Вт, горящая в течение двух часов, рассеивает энергию 200 Вт·ч. В статье фигурирует несуществующая единица Вт/ч. Мощность, деленная на время не имеет физического смысла.
Не ясен смысл фразы “Ежесуточно через здание вокзала проходит около 250 тыс. человек, который выделяют до 25 МВт тепловой энергии”. В мегаваттах измеряется не энергия, а мощность. Если же имеется в виду энергия, выделяемая за сутки, то она должна измеряться в МВт·ч.