Warto przeczytać

Konwekcja w gazach to proces przekazywania ciepła, związany z ruchem prądów w gazach. Prądy te, zwane prądami konwekcyjnymi, pojawiają się wtedy, gdy temperaturaTemperaturatemperatura dolnych warstw gazu jest wyższa niż warstw górnych. Różnica temperatur powoduje różnicę gęstościGęstośćgęstości gazu. Chłodny gaz na górze ma większą gęstość. Na skutek siły grawitacji, chłodny gaz opada na dół, a gorący, o mniejszej gęstości, wznosi się ku górze, pod działaniem siły wyporu. Prąd gazu o wysokiej temperaturze unosi ze sobą energię cieplną, którą przekazuje otoczeniu na większych wysokościach.

Zjawisko konwekcji wykorzystujemy do ogrzewania pomieszczeń. Powietrze bardzo słabo przewodzi ciepło – jest dobrym izolatorem cieplnym. Gdyby nie zachodziło zjawisko konwekcji, nie dałoby się ogrzać pokoju jednym kaloryferem. Tylko w jego bezpośrednim sąsiedztwie powietrze miałoby wysoką temperaturę, ale już pół metra dalej byłoby zupełnie zimne.

Rys. 1. pokazuje prądy konwekcyjne powstające w pomieszczeniu z gorącym kaloryferem. Powietrze ogrzane od grzejnika unosi się do góry, oddając ciepło masom gazu znajdującym się wyżej. Ochłodzone nieco powietrze opada na dół po drugiej stronie pokoju i powraca w pobliże kaloryfera, gdzie znów ogrzewa się. Prądy konwekcyjne przyczyniają się do wyrównania temperatur w całym pomieszczeniu.

Rk3cxWUmqNVC8

Rys. 1. Na rysunku przedstawiono schemat obiegu powietrza w pomieszczeniu z kaloryferem. Ściany pomieszczenia przedstawiono za pomocą kwadratu. W prawym dolnym rogu kwadratu znajduje się kaloryfer, na co wskazuje skierowana do niego pozioma strzałka, podpisana jako kaloryfer. Od kaloryfera w górę i lewo (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) wychodzą czerwone strzałki opisane jako gorące powietrze. Strzałki sięgają górnej części kwadratu. Obok nich widoczne są pomarańczowe strzałki skierowane w dół i w prawo, opisane jako ciepłe powietrze. Te strzałki sięgają dolnej części pomieszczenia i kończą się przy kaloryferze.

Na Rys. 1. nie uwzględniliśmy jednak tego, że do pokoju wciąż napływa zimne powietrze od strony okna. W starych oknach zimne powietrze po prostu przenikało przez szpary w stolarce okiennej. Nowoczesne okna są szczelne, ale zwykle zaopatrzone w wywietrzniki, aby uniknąć zawilgocenia pomieszczenia. Poza tym szyba, najczęściej w mniejszym stopniu, niż mury, izoluje termicznie pomieszczenie od chłodu z zewnątrz.

Gdzie zatem powinniśmy umieścić kaloryfer: w pobliżu okna, czy po przeciwnej stronie pokoju? Rys. 2. pokazuje ruch ciepłego i zimnego powietrza w obu przypadkach.

RJ1XCCOkXsdX7

Rys. 2. Na rysunku przedstawiono schemat obiegu powietrza w pomieszczeniu z oknem i kaloryferem. Rysunek składa się z dwóch części, umieszczonych obok siebie w poziomie, na których przedstawiono dwie sytuacje. W obydwu przypadkach ściany pomieszczenia przedstawiono za pomocą kwadratu, a kaloryfer znajduje się w prawym dolnym rogu kwadratu. Obok niego znajduje się pozioma strzałka opisana jako kaloryfer. W lewej części rysunku, bezpośrednio nad kaloryferem, a zatem w środkowej części prawego boku kwadratu, znajduje się okno, przedstawione w postaci prostokąta podzielonego pionowymi i poziomymi pasami. Zimne powietrze płynące od okna przedstawiono za pomocą niebieskich, pionowych strzałek skierowanych w dół. Nagrzane powietrze od kaloryfera przedstawiono za pomocą czerwonych strzałek skierowanych w górę i lewo. Strzałki sięgają górnej części kwadratu. Opisano je jako gorące powietrze. Obok nich widoczne są pomarańczowe strzałki skierowane w dół i w prawo, opisane jako ciepłe powietrze. Te strzałki sięgają dolnej części pomieszczenia i kończą się przy kaloryferze. W prawej części rysunku okno znajduje się naprzeciwko kaloryfera, a zatem w środkowej części lewego boku kwadratu. Zimne powietrze płynące od okna przedstawiono za pomocą niebieskich, strzałek skierowanych w dół i prawo w kierunku kaloryfera. Nagrzane powietrze od kaloryfera przedstawiono za pomocą czerwonych strzałek skierowanych w górę i lewo. Strzałki sięgają górnej części kwadratu. Opisano je jako gorące powietrze. Obok nich widoczne są pomarańczowe strzałki skierowane w dół i w prawo, opisane jako ciepłe powietrze. Te strzałki sięgają okna. Pomiędzy obydwiema częściami rysunku znajduje się pozioma, dwustronna strzałka wskazująca na położenie okna na obu rysunkach. Jest ona opisana jako okno.

Zimne powietrze, napływające od okna, opada na dół (niebieskie strzałki na Rys. 2.).

Gdy kaloryfer umieszczony jest pod oknem (Rys. 2a.), zimne powietrze płynące od okna ogrzewa się i wznosi do góry (czerwone strzałki). Po drodze oddaje część energii cieplnej otoczeniu i jako tylko ciepłe, opada na dół. W rezultacie, temperatura powietrza w całym pomieszczeniu jest w miarę wyrównana, choć najcieplejsze powietrze znajduje się pod sufitem, w obszarze nad kaloryferem.

Inna sytuacja jest w pomieszczeniu, w którym kaloryfer umieszczono naprzeciwko okna (Rys. 2b.). Zimne powietrze od okna opada na dół i przy podłodze płynie do przeciwległej ściany. Powietrze ogrzane od kaloryfera wznosi się do góry i przyjemne ciepło panuje tylko pod sufitem. Natomiast przy podłodze i w centralnej części pomieszczenia, gdzie toczy się życie, jest zimno. Tak zamontowany kaloryfer nie spełnia swego zadania.

Nad kaloryferem umieszczonym pod oknem najczęściej znajduje się parapet. Służy on nie tylko do ustawiania na nim kwiatków. Parapet lub półka, umieszczone na odpowiedniej wysokości nad kaloryferem, odgrywają ważną rolę w kształtowaniu prądów ciepłego powietrza w pomieszczeniu. Popatrz na Rys. 3. Gorące powietrze unoszące się nad kaloryferem jest przez parapet kierowane na środek pomieszczenia, czym przyczynia się do bardziej równomiernego ogrzania powietrza w pokoju.

R1WtTj6x6Dxk9

Rys. 3. Na rysunku przedstawiono schemat obiegu powietrza w pomieszczeniu z oknem, parapetem i kaloryferem. Ściany pomieszczenia przedstawiono za pomocą kwadratu. Kaloryfer znajduje się w prawym dolnym rogu kwadratu. Obok niego znajduje się pozioma strzałka opisana jako kaloryfer. Nad kaloryferem znajduje się parapet, przedstawiony za pomocą wypełnionego prostokąta. Wskazuje na niego pozioma strzałka opisana jako parapet. Nad parapetem znajduje się okno, wraz ze wskazującą na niego poziomą, opisaną strzałką. Gorące powietrze płynące z kaloryfera przedstawiono za pomocą czerwonych strzałek. Część strzałek skierowana jest w górę i w lewo i sięga górnej części pomieszczenia. Inna część czerwonych strzałek jest skierowana bardziej poziomo, tak, by przebiegały pod parapetem i sięga do środka pomieszczenia. Obok czerwonych strzałek umieszczone są pomarańczowe strzałki (zarówno na górze jak i w środku pomieszczenia), które skierowane są w prawo i w dół, do grzejnika. Czerwone strzałki są opisane jako gorące powietrze, a pomarańczowe – jako ciepłe powietrze.

Słowniczek