گسترش و توسعه شهرسازی، ایجاد روز افزون مجتمع های مسکونی، اداری و تجاری، کاهش منابع فسیلی انرژی در مقابل افزایش قیمت هر روزه انرژی از یک سو و مسئله تامین و تولید هوای مطبوع با شرایط دلخواه و مناسب، با توجه به نیاز افراد و اقتضای نوع کاربری ساختمان ها از سوی دیگر،

موجب پیشرفت سریع فن آوری تولید برتر سیستم های حرارتی و برودتی شده است. در راستای این توسعه و با پا به عرصه نمودن سیستم های مدرن حرارتی و برودتی، سیستم گرمایش از کف به عنوان بهترین و مناسب ترین سیستم گرمایشی نسبت به سایر مدل های حرارتی در کشورهای اروپایی و آمریکائی انتخاب شده است. از مزیت های اصلی سیستم گرمایش از کف، استفاده از دمای پایین جهت ایجاد گرمایش مطبوع و همچنین نزدیک بودن پروفیل حرارتی آن به پروفیل آسایش حرارتی بدن انسان است. در سیستم گرمایش از کف برای کنترل دلخواه دما، نقاط مختلف محیط از یک مرکز ( کلکتور اصلی سیستم گرمایش از کف) انشعاب گرفته و بر اساس نیاز، طراحی هر محیط شامل یک یا چند بخش حرارتی ( Heating Zone ) می‌باشد که هر کدام به صورت جداگانه دارای قابلیت کنترل مجزای دما هستند. برای پی بردن به اهمیت سیستم گرمایش از کف و تفاوت آن با سایر سیستم های حرارتی، ابتدا باید به معرفی روش های انتقال حرارت و مفهوم آسایش حرارتی بپردازیم.

انتقال حرارت

جریان حرارت از ماده ای با درجه حرارت بیشتر به ماده ای با درجه حرارت کمتر را انتقال حرارت می‌گویند. به طور کلی حرارت از سه طريق منتقل می شود. برای روشن شدن تفاوت های هریک از روش های انتقال حرارت، در ذیل به بررسی هر کدام از آنها پرداخته می شود. اگر چه در اغلب اوقات انتقال حرارت، توسط هر سه روش صورت می‌گیرد.
انتقال حرارت از طریق هدایت (رسانش) Conduction
چنانکه گفته شد انتقال انرژی حرارتی از ناحیه گرمتر به ناحیه سردتر جسم صورت می گیرد. حال اگر این انتقال انرژی از نقطه ای به نقطه دیگر در اثر برخورد یا تماس مستقیم ذرات جسم (مولکول ها) صورت گیرد، انتقال حرارت از طریق هدایت انجام گرفته است.

(انتقال حرارت از طریق جابجایی در این روش ، انتقال حرارت توسط حرکت و جابجایی مولکول های سیال (گاز یا مایع) صورت می گیرد. انتقال حرارت جابجایی منحصرا در گازرها و مایعات که مولکول های آنها قابلیت حرکت دارند امکان پذیر است. در مورد انتقال گرما به طریق جابجایی نمی توان مانند هدایت حرارتی، رابطه ای ساده به دست آورد، زیرا مقدار گرمای مبادله شده بين سيال ( گاز یا مایع ) و سطح جسم جامد به عوامل متعددی مانند صاف بودن سطح عمودی یا افقی قرار گرفتن سطح ، چگالی سیال ، گرمای ویژه ، ضریب انتقال حرارتی سیال، سرعت سیال و غيره بستگی دارد . به طور کلی مقدار گرمایی که به روش جابجایی بین یک سطح و سیال مبادله می شود متناسب است با مساحت این سطح و اختلاف دمای سطح جامد و دمای متوسط سیال انتقال دهنده مثل هوا.

انتقال حرارت از طریق تابش

تابش عبارت است از جریان دائمی انرژی از سطح جسم یا سطح داغ به جسم یا سطح دیگری با دمای پایین تر . این نوع انتقال حرارت توسط امواج الکترومغناطیس با طول موج ۱/۰ تا ۱۰۰ μm منتقل می‌‌شود. امواج تابش گرمایی با سرعت نور منتشر می شوند و هر گاه به جسمی برخورد کنند که در برابر اشعه حرارتی شفاف نباشد جذب آنها شده و به حرارت تبدیل می‌شوند. این امواج از هوا و از خلاء عبور می کنند و در هنگام عبور از هوا، قسمتی از آنها جذب هوا می‌شود. مقدار جذب انرژی تابشی بستگی به میزان جاذب بودن جسم دریافت کننده و ضریب دید (View Factor) جسم تابش کننده نسبت به جسم دریافت کننده دارد.

آسایش حرارتی

آسایش حرارتی به شرایطی اطلاق می‌شود که شخص احساس مطبوعی از نظر حرارتی در محیط داشته باشد. در استاندارد 55:2004-ASHRAE ذکر می‌شود که منظور از این شرایط این است که دست کم ۸۰ درصد افراد از نظر حرارتی احساس آسایش داشته باشند و ۲۰ درصد باقیمانده می‌توانند به علت شرایط خاص جسمانی یا شرایط خاص مکانی احساس عدم آسایش داشته باشند. عوامل موثر بر آسایش حرارتی بر دو دسته کلی هستند که به شرح زیر می‌باشند:

عوامل دمایی ( Thermal Environment )

• دمای هوا
• دمایی میانگین تابشی
• رطوبت
• سرعت هوا

عوامل شخصی ( Personal Parameter)

• نوع لباس
• نوع فعالیت

همانطور که در بالا دیده می شود دو عامل اصلی ایجاد آسایش حرارتی، دمای هوا و دمای میانگین تشعشعی (Mean Radiant Temp - MRT) می باشند که در واقع اثر همزمان این دو عامل را دمای عملیاتی (Operative Temp - OT) می‌نامند. این دمای عملیاتی به معنی دمای معادل ناشی از اثر انتقال حرارت جابجایی و تشعشعی در محیط می‌باشد در سرعت های پایین (کمتر 2/0 متر بر ثانیه) دمای عملیاتی برابر با میانگین دمای هوا و دمای میانگین تشعشعی می‌گردد و این بدین معنی است که هر دو عامل مذکور به یک اندازه و به طور برابر در تامین آسایش حرارتی نقش دارند. در سیستم گرمایش از کف عامل مهم دیگر زاویه دید شخص یا شی گرم شونده نسبت به منبع گرمایی می‌باشد. که به این پارامتر ضریب دید (View Factor) گفته می‌شود. که ضریب دید به این معنی است که از مقدار انرژی که از سطح A ساطع می‌گردد چه درصدی به سطح B می‌رسد. به ضریب دید، ضريب وضعیت یا ضریب شکل نیز گفته می‌شود. تفاوت مهم سیستم گرمایش از کف با سیستم گرمایش سقفی در این نکته می‌باشد که در یک اطاق استاندارد ۶ ×۶ متر با فرض ارتفاع سقف ۳ متر، ضریب دید برای افراد ایستاده 37/0 و برای افراد نشسته، می‌باشد که این مقدار از ضریب دید سقف (15/0 تا 2/0) بسیار بیشتر می‌باشد. برای مثال افزایش ۵ درجه ای دمای کف باعث افزایش ۲ درجه ای دمای میانگین تشعشعی (MRT) و در نتیجه افزایش دمای ۱ درجه ای دمای عملیاتی (OT) می‌گردد ولی همین افزایش دما در سقف تنها باعث افزایش دمایی حدود 0/4 درجه سانتیگراد می‌گردد. این مطلب به این معنی است که گرمایش از کف اثری 5/2 برابر بیشتر از گرمایش از سقف به روی (MRT و OT) دارد و در نتیجه استفاده از کف بسیار موثرتر از سایر سطوح برای ایجاد گرمایش است. در مقایسه با سیستم های انتقال حرارت به روش جابجایی کامل، سیستم گرمایش از کف بدلیل داشتن اثر تشعشعی بسیار مناسب می تواند با دمایی عملیاتی 5/1 تا ۲ درجه پایین تر کار نماید که همین مطلب باعث سالانه ۶ تا ۱۲ درصد صرفه جویی در مصرف انرژی می‌گردد. از نکات مهم دیگر استفاده از سیستم گرمایش از کف منبع حرارتی با دمای پایین ، حدود ۶۵ درجه سانتیگراد می‌باشد که از این لحاظ نیز نسبت به دمای معمول ۸۰ درجه در موتورخانه ها جهت سیستم شوفاژ و فن کویل بسیار با صرفه تر در مصرف انرژی می‌باشد.