Lịch sử cho thấy nhân loại luôn tìm kiếm các giải pháp để sưởi ấm các tòa nhà và theo thời gian chúng ngày càng phát triển, mang lại sự thoải mái và hiệu quả năng lượng. Bài viết này sẽ tìm hiểu về hệ thống sưởi ấm bằng bức xạ.
Caius Sergius Orata là một người Lã Mã cổ đại, được cho là đã phát minh ra hệ thống sưởi ấm trung tâm, gọi là “hypocaust”. Từ này có nguồn gốc từ tiếng Latinh là “hypocaustum”, với nghĩa đen là sự truy cập từ bên dưới. Hệ thống sưởi ấm trung tâm có đặc điểm là sẽ có tầng hầm để đặt lò nung – nơi nguyên liệu được đốt liên tục, cung cấp nhiệt và từ bên dưới sẽ bốc hơi nóng lên các bức tường xây bằng gạch đục lỗ. Có khi sưởi ấm được cho cả các tầng trên, như trong các dinh thự của giới quý tộc và các nhà tắm Công cộng ở thời La Mã cổ đại.
Cùng là chức năng đó, nhưng ở phương Đông đã tồn tại hệ thống có tên ondol. Nó đã được sử dụng ở Hàn Quốc từ năm 57 TCN – 668, nhưng các nhà nghiên cứu lại chỉ ra rằng giải pháp này có khi đã được sử dụng từ trước đó rất lâu. Hệ thống điều khiển luồng khói “agungi” (từ bếp củi) thay vì sử dụng lửa làm nguồn nhiệt trực tiếp như hầu hết các hệ thống khác. Nó thậm chí còn thu hút sự chú ý của Frank Lloyd Wright, ông đã sử dụng chúng trong một số ngôi nhà ở Hoa Kỳ và trong khách sạn Imperial do ông thiết kế ở Tokyo. Cả 2 hệ thống về bản chất đều có cách thức hoạt động tương đồng.
Chúng ta sẽ đi sâu hơn về cách thức hoạt động và ứng dụng của nó:
Hệ thống sưởi bằng bức xạ hoạt động thông qua sự dẫn truyền không khí, bức xạ và đối lưu. Có 2 cách chính để lắp ráp hệ thống: thông qua điện trở hoặc các ống mỏng có chất lỏng chạy qua chúng. Các hệ thống được tích hợp vào mặt sàn trong quá trình xây dựng hoặc cải tạo, chúng được đổ bê tông cùng với sàn và gần như không thể tiếp cận. Bằng khả năng chịu nhiệt hoặc điện trở lớn, vật liệu sàn sẽ được làm nóng khi tiếp xúc, tỏa ra không khí ở bên trong mặt sàn. Định luật nhiệt động lực học chỉ ra rằng không khí ấm, nhẹ hơn sẽ bay lên trên và không khí lạnh sẽ đi xuống. Bằng cách này, nhiệt độ bên trong sẽ tăng lên đồng đều, tránh lãng phí nhiệt và giảm sự hình thành của các “đảo nhiệt” hoặc “không gian lạnh” trong công trình. Ngoài ra, nhiều máy sưởi truyền thống còn làm giảm độ ẩm, gây dị ứng và các vấn đề về hô hấp.
Trong trường hợp sử dụng điện, hệ thống được đơn giản hóa hơn rất nhiều. Nó cần một nguồn cung cấp điện, một bộ điều nhiệt (sẽ điều chỉnh nhiệt độ mong muốn) và điện trở, được bao quanh bởi các lớp cách điện, tương tự như vòi tưới cây. Nhược điểm chính của giải pháp này là mức tiêu thụ năng lượng cao.
Mặt khác, sàn bức xạ Hydronic hoạt động thông qua các cuộn dây được lắp vào sàn, nơi nước nóng sẽ di chuyển. Nước được lưu trữ ở đó duy trì trong một hệ thống khép kín, nghĩa là nó được luân chuyển liên tục. Nguồn nhiệt đến từ nồi hơi khí, dầu diesel, sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời hoặc thậm chí là điện trở. Trong quá khứ, vật liệu lắp ráp phổ biến nhất là thép và ống đồng. Ngày nay, hầu hết các hệ thống đều sử dụng vật liệu dẻo và bền như polyethylene và PEX (polyethylene liên kết chéo). Ngoài việc được coi là rẻ hơn so với thép và đồng, tùy chọn này cũng thân thiện với môi trường hơn vì nó thường không sử dụng nhiều điện.
Mặc dù được coi là tương đối đắt đỏ nhưng chúng vẫn được sử dụng ở các công trình công cộng, chẳng hạn như trên vỉa hè, đường đi, sân bay hoặc thậm chí dưới cỏ của sân bóng đá. Khi điều kiện thời tiết khắc nghiệt, một số chất lỏng chống đông sẽ được trộn với nước để giữ cho hệ thống hoạt động hiệu quả ở mọi nhiệt độ.
Các hệ thống sưởi ấm hiệu quả thấp chiếm một phần đáng kể trong chi phí bảo trì của các ngôi nhà ở vùng lạnh. Lịch sử cho thấy nhân loại luôn tìm kiếm các giải pháp để sưởi ấm các tòa nhà và theo thời gian chúng ngày càng phát triển, mang lại sự thoải mái và hiệu quả năng lượng. Tất nhiên, một tòa nhà có cách nhiệt tốt, không có cầu dẫn nhiệt hoặc không khí xâm nhập sẽ giúp đạt được kết quả tốt hơn. Chúng là một lựa chọn thú vị trong những không gian cần nhiệt độ ổn định và phân bổ tốt, đặc biệt là ở trường học hoặc văn phòng.
XEM THÊM:
