Поддержание комфортных условий в помещениях важно не только для нашего здоровья и благополучия, но и для экономии энергии. Современные комнатные термостаты измеряют только температуру воздуха, но это не даёт полной картины того, насколько нам тепло или прохладно. Всё потому, что мы также ощущаем тепло, исходящее от стен, потолка, пола и мебели вокруг нас. Это называется средней радиационной температурой, которая показывает, сколько тепла излучают окружающие нас поверхности. До сих пор не было возможности измерять её легко и недорого.
Новое исследование, с которым можно ознакомиться [здесь], нашло способ сделать это с помощью простых и недорогих датчиков. Их прорыв может изменить подход к обеспечению комфорта и использованию энергии в наших домах и офисах.
Доктор Фатих Эврен из Национальной лаборатории Тихоокеанского северо-запада (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL), ранее работавший в Университете Миннесоты в городах-побратимах, разработал этот новый метод. Его работа была опубликована в научном журнале Nature Communications. Он использовал недорогие тепловые датчики, которые представляют собой небольшие устройства, обнаруживающие температуру путём регистрации инфракрасного излучения, и разработал способ преобразования показаний в чёткую картину распределения температуры по комнате.
Новый метод был протестирован в различных реальных помещениях и оказался надёжным и точным. Он предлагает более простое и доступное решение по сравнению со старыми, более сложными инструментами.
Доктор Эврен провёл тесты в разных комнатах, включая спальни и офисы, в различных условиях отопления. Метод смог измерить тепло, которое люди ощущают от поверхностей, с очень малой погрешностью. В отличие от традиционных инструментов, таких как датчики с чёрным шаром (круглые устройства, используемые для оценки лучистого тепла, но известные своей медленной реакцией и высокой стоимостью), этот новый подход хорошо работал, даже когда использовалось только один или два датчика. Это делает его особенно полезным для бытовых помещений, таких как дома.
Основная идея проста: крошечные тепловые датчики размещаются на стенах комнаты для снятия показаний температуры. Затем эти показания преобразуются в тепловую карту, визуальное представление, показывающее, как распределяется тепло в пространстве и насколько тёплыми или холодными являются поверхности в комнате. Из этого можно определить среднюю радиационную температуру.
Как объяснил доктор Эврен: «Метод согласуется с эталонными измерениями в пределах небольшой погрешности и превосходит традиционные датчики с чёрным шаром». Он добавил: «Это устраняет необходимость в механизмах панорамирования и наклона и другом вспомогательном оборудовании, без движущихся частей или дополнительного оборудования, что делает его пригодным для интеграции в стандартные термостаты».
Метод хорошо работал в различных типах помещений и ситуациях — независимо от того, была ли комната пустой или заполненной мебелью, солнечной или затенённой, или использовала разные виды отопления. Он мог обнаруживать даже небольшие различия в температуре по всему помещению, что часто упускали старые методы.
«Результаты показывают, что разница между измерением с помощью чёрного шара и эталонным значением увеличивается с увеличением поступающей солнечной радиации», — пояснил доктор Эврен. Это показывает, как новый метод обеспечивает более высокую производительность в помещениях, которые получают много солнечного света.
Это нововведение может привести к созданию более интеллектуальных систем отопления и охлаждения. Предоставляя термостатам возможность «ощущать» то же тепло, которое мы испытываем от близлежащих поверхностей, эти системы могут более точно и эффективно регулировать температуру.
Как объясняет доктор Эврен: «Возможность точно измерять тепловой комфорт без прямого контакта открывает новые возможности в проектировании зданий, их обслуживании и взаимодействии жильцов с окружающей средой». Это может помочь сэкономить энергию, сделав наши дома и офисы более комфортными.
Об авторе
Фатих Эврен — учёный-исследователь в группе строительных систем Национальной лаборатории Тихоокеанского северо-запада (PNNL). Его исследования включают в себя системы ограждающих конструкций, энергоэффективные строительные технологии, качество внутренней среды помещений и тепловой комфорт, начиная от экспериментальных исследований и заканчивая разработкой инновационных измерительных инструментов.
Ссылка на статью в журнале:
Evren F., Biswas S., Graves R. «Measuring mean radiant temperature for indoor comfort assessment using low-resolution optical sensors». Nature Communications, 2025; 16:1215. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55122-z