زمین با تابش خورشید گرم می شود و همه ما می توانیم گرمای دریافتی از خورشید را احساس نماییم. خواه در یک صبح زمستانی که از گرما لذت میریم یا در یک ظهر تابستان که در پی یافتن پناهگاهی برای رهایی از گرمای آزار دهنده خورشید هستیم. در واقع حیات به گونه‌ای که ما در زمین تجربه می کنیم، بر مبنای موقعیت ما نسبت به خورشید جریان دارد و حرکت انتقالی و وضعی زمین با تغییر موقعیت ما نسبت به خورشید، پدیده های آشنایی چون شبانه روز، فصول و تغییرات آب و هوا را سبب می شود، یافتن پناهگاه، عایق کاری (پوشیدن لباس، ساخت بنا)، شیوه ی متغیر زندگی همچون خوابیدن در شب و مهاجرت، شماری از پاسخ های طبیعی انسان در مواجهه با تغییرات فصلی و شبانه روزی است.
بشر در طول تاریخ همواره از آتش به روش های مختلف جهت گرمایش محل زندگی خویش بهره برده است. روشن کردن آتش در غارها، گرم کردن هوا به وسیله‌ی آتش در کنار ساختمان و عبور آن از کف ساختمان که در روم قدیم و کشورهایی چون کره متداول بوده است. استفاده از کرسی در گذشته ای نه چندان دور در ایران نمونه هایی از سامانه های گرمایش تابشی به شمار می روند.
احساس آسایش دمایی در صبح بهاری یک روز آفتابی با وجود دمای هوای نزدیک به F 60 (15/5 درجه سانتیگراد) ، قابلیت گرمایش تابشی (تابش خورشید) در ایجاد شرایط آسایش دمایی، حتی در یک هوای سرد را نشان می دهد. مشاهده گرمایش زمین توسط خورشید، همواره ایده‌ی اصلی استفاده از سامانه های تابشی برای گرمایش فضاهای داخلی بوده است. اما از قریب به یک قرن پیش با پیدایش انواع سامانه های گرمایش حرارت مرکزی و کاربرد تجهیزاتی نظیر دیگ های بخار، مشعل، رادیاتور، هوارسان و کوره های هوای گرم، به تدریج روش های گرمایش سنتی به فراموشی سپرده شده اند؛ بدین ترتیب نقش تبادل حرارت همرفتی در گرمایش فضاهای داخلی بر تبادل حرارت تابشی فزونی یافت. اما به تدریج با پیشرفت فناوری و پس از جنگ جهانی دوم و در پی آن، بحران انرژی دهه ی ۷۰ میلادی، بار دیگر رویکردی جدید به این سامانه ها به ویژه جهت گرمایش فضاهای بزرگ صورت گرفته است؛ به گونه ای که طی ۲۵ سال اخیر سامانه‌ی گرمایش تابشی لوله ای به عنوان کارآمدترین سامانه های گرمایشی فضاهای بزرگ در کشورهای توسعه یافته شناخته شده است.
- اصول انتقال حرارت تابشی
برخلاف مکانیزم هدایت و جابه جایی که در آن ها انتقال انرژی از طریق محیط مادی صورت می گیرد، در تابش انرژی می تواند حتی از ناحیه ای که به طور کامل خلاء میباشد، عبور نماید. این انتقال از طریق امواج الکترومغناطیس صورت می گیرد تابش در تمامی طول موج های طیف الکترومغناطیسی می تواند انجام پذیرد. حرارت تابشی بازه ی کوچکی از طول موج های طیف الکترومغناطیسی است که در آن انتقال انرژی به صورت حرارتی صورت می گیرد و بین طول موج های 0/7 تا 400 میکرو میلیمتر قرار دارد. سایر طول موج های طیف الکترومغناطیسی که در محدودهی اشعهی X و 7 وهمچنین امواج رادیویی قرار دارند (شکل ۱-۱)، هر چند دارای کاربردهای فراوانی می باشند، اما در تابش حرارتی نقش چندانی ندارند.
شکل (1-1) طیف الکترو مغناطیسی (محدودهی تابش گرمایی)
اساس عملکرد سامانه های گرمایش تابشی نیز همین سازوکار است. سطحی که دمای بالایی دارد، انرژی گرمایی را به صورت تابش به سوی افراد، اجسام و سطوح مقابل خود می پراکند. این امواج با برخورد به افراد مجددا به انرژی گرمایی تبدیل می شود و در آن ها احساس گرما ایجاد می کند. میزان انرژی گرمایی انتقالی از طریق تابش به عوامل مختلفی از جمله اختلاف دمای دو جسم مقابل یکدیگر بستگی دارد.
یکی از مهم ترین تعاریف در انتقال حرارت تابشی اصل جسم سیاه است. جسم سیاه سطح ایده آلی است که خواص زیر را دارد:
- کلیه‌ی تابش حرارتی را در هر جهت و طول موجی که به آن می تابد، جذب می کند.
- در یک دما و طول موج معین، تابش حرارتی که از آن منتشر می شود، حداکثر ممکن است.
- تابش جسم سیاه فقط تابع طول موج و دما و مستقل از جهت تابش می باشد.
بدون نظر