Инфракрасные обогреватели

Инфракрасные обогреватели - нагревательные приборы передающие тепло на расстояние в нужное место с использованием инфракрасного излучения. С момента своего появления инфракрасные обогреватели постепенно, но верно завоевывают рынок обогревательных приборов, пользуясь все большей популярностью при организации отопления различных помещений. Область их использования довольно широка: от обычных жилых строений до производственного отопления. В связи, с чем устройство и принцип работы инфракрасного обогревателя представляет значительный интерес. Данная публикация рассматривает основные принципы работы этого вида обогревателя, а так же указывает на его достоинства и недостатки.

Что такое инфракрасный обогреватель

Инфракрасный обогреватель – отопительный прибор, использующий в своей работе инфракрасное излучение и применяемый для основного или дополнительного отопления помещений, а также локальных зон уличного пространства либо рабочих мест в цеху.

Обогреватели, как правило, применяются для отопления помещений. В зависимости от способа теплоотдачи (физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему) они могут быть конвективными (вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоками самого вещества) или лучистыми (обогреватели, отдающие тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения): светлые - коротковолновые и тёмные - длинноволновые. Конвективные работают по принципу перемешивания холодного и горячего воздуха, при этом разность температур воздушной смеси на потолке и полу может достигать больших значений. Инфракрасные системы отопления передают тепло в основном за счёт инфракрасного излучения, размещают их над обогреваемой зоной или на потолках и стенах помещения.

Воздух если он не насыщен водяными парами, практически полностью пропускает лучистую энергию (энергия электромагнитного и гравитационного излучения). Эта энергия непосредственно нагревает любые предметы, находящиеся на её пути, а они в свою очередь отдают тепло (энергия беспорядочного движения молекул и атомов, из которых состоит тело) воздуху. Что даёт значительный экономический эффект по сравнению с конвекционным отоплением которое расходует часть выработанного тепла для обогрева подпотолочного пространства где оно не нужно. Кроме того инфракрасное излучение (представляет собой электромагнитное излучение (ЭМИ) с длинами волн больше, чем у видимого света) осязается человеком сразу после его включения что исключает необходимость предварительного обогрева помещения и позволяет существенно снизить затраты на отопление.

Устройство инфракрасного обогревателя

Устройство и эксплуатация обогревателя позволяет обеспечить в обогреваемой зоне комфортную (то, что нас абсолютно устраивает, дарит нам положительные эмоции, спокойствие, душевное равновесие) температуру (температура в замкнутых помещениях, при которой предпочитает находиться большинство людей и при которой они чувствуют себя удобно в комнатной одежде) при минимальной затрате электрической энергии. Основным элементом конструкции инфракрасного обогревателя является излучатель (передатчик световой или тепловой энергии), генерирующий инфракрасное излучение. В целях обеспечения направленного излучения и защиты корпуса от перегрева за излучателем помещается отражатель (формирует поток излучения и локализует зону нагрева) из теплостойкого элемента. Отражатель с обратной стороны покрывается теплоизолирующим материалом (элемент конструкции, уменьшающий процесс теплопередачи и выполняющий роль основного термического сопротивления в устройстве), что ещё больше сохраняет корпус от воздействия больших температур. В случае применения обогревателя в местах, где находятся люди или животные излучатель закрывают металлической сеткой для исключения непроизвольного ожога или удара током (поражение электрическим током возникающее при соприкосновении с электрической цепью).

Диапазон волны инфракрасного излучения

Диапазон волны инфракрасного излучения представляет собой электромагнитную волну находящуюся в интервале излучения от 0.74 мкм. до 2000 мкм.

Что такое инфракрасное тепло - это инфракрасное излучение, которое поглощается поверхностями, встречающимися на его пути превращаясь в тепловую энергию, и от этих поверхностей нагревается воздух. Это позволяет существенно экономить энергию на обогрев пространства по сравнению с конвекционным отоплением. Длина волны инфракрасного излучения зависит от температуры нагрева излучателей установленных в инфракрасных обогревателях. Она находится в интервале от 0.74 мкм. до 2000 мкм. Зависимость длинны волны инфракрасного излучения от температуры, выражает закон смещения Вина. Графическое представление этого закона для различных температур показано на рисунке. Из графика видно, что площадь поверхности под кривой, относящейся к определённой температуре пропорциональна (две взаимно зависимые величины, если отношение их значений остаётся неизменным) количеству лучистой энергии, и она сильно увеличивается при повышении температуры. Кроме того можно сделать вывод что длина волны λ [nm] при которой определяется максимальное значение кривой смещается при увеличивающейся температуре на меньшие величины.

Типы инфракрасных обогревателей

Типы инфракрасных обогревателей - разновидность тепловыделяющих приборов, работа которых основана в основном на инфракрасном излучении различного диапазона.

Инфракрасные обогреватели в зависимости от длинны волы инфракрасного излучения подразделяются на три основных типа: коротковолновые средневолновые и длинноволновые. На практике применительно к инфракрасным обогревателям источники инфракрасного излучения делятся на: светлые - коротковолновые и тёмные - длинноволновые. Тёмные и светлые инфракрасные излучатели передают тепло с помощью инфракрасного излучения непосредственно предметам, не нагревая напрямую воздушные массы. Воздух при этом нагревается вторично от объектов нагретых инфракрасным лучом. Границей раздела между этими двумя типами является поверхностная температура нагрева равная 700 °С. Определить эту границу можно визуально. Если излучатель, работающий в темноте, даёт видимое глазом излучение то он принадлежит к коротковолновой группе, если видимое излучение отсутствует, то это длинноволновая группа. К типичным коротковолновым обогревателям можно отнести лампу накаливания. Если абажур лампы после некоторого времени её работы нагревается, то это происходит благодаря поглощению большей части инфракрасного излучения, которое излучает лампа. Известная батарея центрального отопления является длинноволновым обогревателем. По типу энергии используемой для работы нагревательных элементов применяемых в инфракрасных обогревателях они подразделяются на: электрические; водяные; газовые; дизельные.

Коротковолновые

В коротковолновых типах инфракрасных обогревателей в качестве нагревающего элемента, как правило, применяется вольфрамовая проволока (один из самых тугоплавких металлов). Этот металл обладает очень высокой температурой плавления, которая составляет приблизительно 3400 °С. Таким образом, греющий элемент из этого металла благодаря своему большому сопротивлению к нагреванию устойчиво переносит температуру до 2700 °С. Светлые инфракрасные излучатели коротковолнового типа обычно работают в интервале температур от 2000 до 700 °С. При такой температуре они становятся источником жёсткого инфракрасного излучения (электроны высоких энергий, тяжелые заряженные частицы и нейтроны поглощаются веществом, создавая различного рода радиационные дефекты) и предназначены для обогрева помещений с высокими потолками. КПД (коэффициент полезного действия) их лежит в пределах 60 - 70 %. К коротковолновым типам можно отнести газовые излучатели, недостатком которых является необходимость отвода из помещения продуктов горения. На фотографии представлен один из видов коротковолнового обогревателя.

Длинноволновые

Длинноволновые типы излучателей более практичны, чем выше рассмотренные. В них источником излучения тепла является не спираль накаливания из вольфрама, а материал окружающий эту спираль. Тёмные инфракрасные излучатели функционируют в диапазоне температур от 700 до 400 °С. Данный интервал температур является источником мягкого инфракрасного излучения и применяются для отопления помещений с небольшими потолками. КПД составляет порядка 90%. Для более рационального применения целесообразно предварительно произвести расчёт теплопотерь здания. Это позволит оптимально (наилучшим образом в конкретной ситуации) разместить их во всех обогреваемых помещениях дома. Данный тип обогревателя так же широко применяется при производственном отоплении. Экономия электроэнергии при этом составляет порядка 50 - 80%. На фото представлено размещение инфракрасного обогревателя длинноволнового в складском помещении, город Санкт-Петербург.

К длинноволновым типам можно отнести обогреватели водяного и печного отопления. Они могут создать вполне комфортные условия обитания людей и животных. Их недостатком является большая инерционность (совокупность свойств материала, связанных с теплопроводностью и объёмной теплоёмкостью) нагрева тепловыделяющей поверхности, которая имеет место при включении в работу.

Мощность инфракрасных обогревателей

Мощность инфракрасных обогревателей – физическая величина определяющая быстроту превращения энергии в широкий спектр инфракрасного излучения.

Мощность обогревателя это одна из основных характеристик, от правильного расчёта которой зависит эффективность работы. Прежде чем выбирать источник тепла необходимо уточнить все факторы, влияющие на обогрев помещения. Рассчитать количество, определить место расположения и потребляемую мощность нагревательных элементов каждого инфракрасного обогревателя. Потолочные обогреватели инфракрасные, как правило, выпускаются с различными мощностями потребления электроэнергии. При установке в помещении обогревателя с мощностью меньшей, чем необходимо для отопления Вы не достигните желаемого результата. Придётся закупать ещё (n - количество) обогревателей что, как правило, ведёт к дополнительным расходам. Значительно завысив мощность обогревателя можно гарантированно получить нужную температуру в помещении, но при этом также понести излишние затраты. Поэтому прежде чем выбирать по мощности необходимый инфракрасный излучатель нужно сделать предварительный расчёт тепловых потерь помещения. На фото показаны инфракрасные обогреватели различной мощности фирмы Оникс представленные на выставке в городе Санкт-Петербург.

Тепловой расчёт инфракрасного отопления

Грубо расчёт теплопотерь здания можно провести самостоятельно, используя приблизительные параметры достаточного расхода электроэнергии на обогрев квадратных метров. В зимний период это будет иметь следующие значения: при высоте потолка h=3 метра, 1 кВт. на 10 м². Если отопление планируется использовать как дополнительный источник тепла то в этом случае всё будет зависеть от того какую недостающую температуру необходимо компенсировать для создания нужных тепловых условий. В межсезонье при средней температуре окружающей среды +8 °С достаточно 500 - 800 Вт. на 10 м². Но в том или ином случае при тепловом расчёте обязательно учитываются утечки тепла через стены, окна, крыши, полы (для первого этажа), наличие и сила вентиляции и т.д. Вряд ли какие либо обогреватели, в том числе и инфракрасные, смогут справиться с отоплением помещений, если то количество тепла, которое производится меньше общих тепловых потерь. Вопрос в том, что больше, поступление тепла в помещение или его тепловые потери. Если помещение обладает идеальной теплоизоляцией, то и потребляемая мощность для его обогрева будет минимальной. Бесплатно провести точный тепловой расчёт системы отопления Вам помогут специалисты нашей фирмы для чего необходимо заполнить анкету на расчёт тепловых потерь.

Мощность потребления обогревателя

Следует иметь в виду что инфракрасные обогреватели с заявленной мощностью потребления электроэнергии 1.5 кВт. будут потреблять именно 1.5 кВт. электроэнергии в час. Если такие обогреватели будут работать в течение суток без отключения, то потребление электроэнергии составит 36 кВт. При установке регулятора температуры режим работы изменится, и в зависимости от требуемой для поддержания температуры в помещении он будет работать порядка 10 - 30 минут в час. Что естественно снизит общее потребление электроэнергии. Стоит обратить внимание на выбор сечения токопроводящей жилы при установке обогревателей потолочных и на мощность, которую может обеспечить электрическая сеть. Если она меньше чем та, которую имеют инфракрасные обогреватели, то в лучшем случае произойдёт её автоматическое отключение, иначе проводка может сгореть. Поэтому перед тем как приобрести нагревательный прибор обратите внимание, на какой запас мощности рассчитана Ваша электрическая сеть.

Работа инфракрасных обогревателей

Работа инфракрасных обогревателей – это порядок функционирования тепловыделяющих приборов преобразующих потребляемую энергию в тепло, которое передаётся объектам посредством инфракрасного излучения.

Принципы работы инфракрасных обогревателей существенно отличается от любых других видов нагревательных приборов. Его функционирование связано с образованием тепловой энергии (форма энергии, связанная с движением атомов, молекул или других частиц, из которых состоит тело) в широком спектре (набор частот или длин волн) инфракрасного излучения. Причём максимальное значение интенсивности излучения (скалярная физическая величина, количественно характеризующая мощность, переносимую волной в направлении распространения) в этом спектре приходится на длину волны пропорциональной температуре нагрева излучающего тела. Тепловая энергия доставляется на необходимое место электромагнитными волнами со скоростью порядка 300000 км./сек. В этом отношении инфракрасный обогрев отличается от других видов тем что доставка инфракрасного тепла происходит практически сразу после включения обогревателя. И, наоборот, действие тепловых лучей прекращается при выключении. Отсутствует принципиальное различие: включать или выключать источник света или источник тепла в помещении.

Свойства инфракрасного излучения позволяют сделать вывод о том, что инфракрасные лучи осуществляют нагрев в первую очередь тех предметов, которые находятся на его пути. Работа инфракрасных обогревателей основана на том, что инфракрасное излучение осуществляет нагрев в первую очередь предметов, которые находятся на его пути. Воздух напрямую практически не получает тепла от инфракрасного луча, он его пропускает через себя. Предметы, постепенно нагреваясь путём конвекции, передают тепло воздуху. При данном способе обогрева предметы, находящиеся в зоне функционирования (выполнение стандартных операций в относительно неизменных условиях) инфракрасного излучения будут всегда на 2 - 3°С теплее, чем воздух. Работа инфракрасных обогревателей позволяет преобразовывать электрическую энергию в тепловую на 90% расходуя её для обогрева объектов и только 10% напрямую поглощается воздушной массой, поэтому они имеют высокий КПД. Все другие виды обогревателей основную часть потреблённой энергии расходуют на обогрев воздуха и только от него нагреваются все остальные объекты.

Инфракрасное тепло оказывает положительное влияние на человека, это заключается в том, что инфракрасный луч почти не поглощается воздухом и не уменьшает содержание кислорода, в нём создавая комфортные условия для пребывания в зоне обогрева. При этом у него не возникают такие ощущения как недостаток кислорода, головная боль, общее недомогание и усталость, присущие для пребывания в помещении, отапливаемом конвекционными обогревателями.

Особенности применения

Данный вид обогревателей широко применяется при создании местного отопления обогрева рабочих мест на промышленных предприятиях и является единственным способом позволяющим обогреть человека в помещениях с большими потолками и тепловыми потерями. Примеры местного отопления убедительно показывают, насколько эффективно применение инфракрасного обогрева. Применение инфракрасных обогревателей позволяет создавать зону локального отопления с диаметром пятна приблизительно равным (2 * h) то есть составляющим две высоты подвески излучателя. При этом площадь теплоотдачи получается значительно больше, чем у обычных обогревателей, а значит и сокращается время обогрева. Сокращение времени работы обогревателя ведёт к экономии электроэнергии. Поэтому инфракрасные обогреватели на сегодняшний день являются наиболее эффективными электронагревательными приборами позволяющими экономить электроэнергию порядка 50% от расчётной мощности. Они нашли широкое применение при обогреве дома, дачи, гаража, производственных помещений и т.д.

Преимущества и недостатки

Для того чтобы понять какой тип инфракрасных обогревателей целесообразно использовать для отопления помещений достаточно ознакомится с их основными плюсами и минусами. С тем чтобы более полно вникнуть в проблему необходимо внимательно разобраться с преимуществами и недостатками применения инфракрасного излучения.

Главные достоинства инфракрасных обогревателей

Инфракрасные обогреватели в силу своих конструктивных особенностей обладают рядом специфических достоинств по сравнению с другими видами нагревательных приборов:

1. Достижение для человека комфортной температуры при более низких энергетических затратах на обогрев за счёт:

♦быстрого прогрева рабочей зоны местонахождения людей (локальный обогрев) при незначительном обогреве остального пространства;

♦по сравнению с обычным методом отопления происходит снижение потерь тепла в районе потолочного пространства. Что в свою очередь ведёт к снижению разниц температур под потолком и полом, а это обуславливает снижением потерь тепла в самом помещении. Потери тепла (теплопроводность) помещения зависят, в том числе и от разницы температур наружного и внутреннего воздуха;

♦в силу своих достоинств в первую очередь инфракрасные лучи обогревают предметы, находящиеся на их пути, обогрев воздуха вторичен. Обычные обогреватели первоначально за счёт конвекции греют воздух, а затем только от него нагреваются предметы. Выигрыш за счёт пропуска лишнего передаточного звена в процессе обогрева;

♦кожа человека превосходно воспринимает инфракрасные лучи, об этом говорят данные, о восприятии инфракрасного тепла кожей человека, поэтому создаётся возможность снижения общей температуры обогрева людей. В этом смысле показателен процесс приёма загара в горах, когда в солнечную безветренную погоду человек прекрасно себя чувствует, хотя вокруг его лежит холодный белый снег. Снижение температуры обогрева помещения в свою очередь так же ведёт к экономии энергоресурсов.

2. Характерной достойностью является и то, что они работают бесшумно, не создавая конвекционных потоков движения воздуха, а значит, не поднимают пыль, что актуально при аллергических заболеваниях человека.

3. Ценность инфракрасных обогревателей заключается в том, что они выделяют тепло за счёт непосредственного преобразования электрической энергии в тепловую энергию. При этом не нужны громоздкие отопительные приборы использующие другие виды топлива, что повышает общую гигиеничность помещения при отоплении производства.

4. Удобство регулирования тепловой нагрузки с помощью применения регулятора температуры.

5. Плюсом является требование к минимуму технического обслуживания. По сравнению с другими видами обогревателей они не имеют вращающихся частей требующих периодического осмотра.

6. Выгода заключается в том, что данный тип обогревателей позволяет производить быстрый монтаж системы отопления самостоятельно без привлечения специалистов в данной области.

7. Инфракрасные обогреватели, установленные на потолке или стенах значительно высвобождают полезное пространство на полу помещения.

Основные недостатки

Основными минусами использования инфракрасных обогревателей являются:

1. Необходимость учёта высоты подвески обогревателя на потолке или стенах с мощностью инфракрасного излучения прибора, так как длительное нахождение под сильным электромагнитным потоком (поток вектора магнитной индукции. через некоторую поверхность) может негативно влиять на здоровье человека.

2. При высоких тепловых потерях (затраты тепловой энергии на ее транспортировку и распределение от источника тепловой энергии до границ балансовой принадлежности тепловых сетей) отапливаемого помещения усиливается расход электроэнергии, что ведёт к дополнительным затратам. Впрочем, этот недостаток присущ любым тепловыделяющим устройствам, так как плохое утепление всегда ведёт к излишнему расходу энергии используемой для обогрева.

3. Устанавливая инфракрасный обогрев, нужно чётко понимать для каких целей он будет использоваться и в соответствии с этим осуществлять подбор коротковолнового или длинноволнового типа обогревателя.

4. Высокая стоимость изделий, что приводит к дополнительным издержкам при установке полноценной отопительной системы, но в конечном итоге всё окупается в процессе эксплуатации.

Резюме

В данном разделе Вы ознакомились с основными преимуществами и недостатками инфракрасных обогревателей. Анализ выше изложенного показывает, что плюсов у данных устройств значительно больше чем минусов. Да и многие отрицательные стороны довольно неоднозначны и легко исправимы, если со знанием дела подойти к монтажу системы отопления. Настоятельно советуем применять данные приборы обогрева при создании отопительных систем, а мы Вам поможем с помощью бесплатной анкеты произвести расчёт тепловых потерь.