3 декабря 2012 г.

ИНФРАКРАСНЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ (ИК-обогреватели)

Как работает инфракрасный обогрев?

Вам когда-нибудь приходились греться в солнечных лучах, тогда как термометр показывает температуру ниже нуля? Если приходилось, то наверняка у вас возникало желание повторить то незабываемое ощущение еще и еще. Об электроприборах, позволяющих, погреться подобным образом, причем, не выходя из дома, и рассказывает этот обзор.

Инфракрасные обогреватели, о которых пойдет речь, дают такой же эффект тепла как и солнце, посылая длинноволнвые тепловые лучи, поглощаемые поверхностями стен, пола, предметов мебели, которые в свою очередь отдают тепло окружающему воздуху.




Что такое инфракрасный обогрев?

Для начала напомним некоторые элементарные понятия. Любое нагретое тело отдает тепло окружающим его предметам тремя способами: теплопередачей (теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними), конвекцией (процесс переноса тепла, путем нагрева жидкости либо газа, обтекающего нагретое тело, а от них уже окружающих предметов) и тепловым излучением (электромагнитное излучение в определенном диапазоне длины волны, испускаемое веществом за счёт его внутренней энергии). Инфракрасным обогревателем в принципе можно считать любое нагретое тело, отдающее тепло окружающим его предметам в основном излучением, в то время как остальные пути передачи тепла от него сведены к минимуму.

Чтобы стало еще понятнее, представим себе привычный радиатор отопления. Если он установлен на стене, то тепло от него передается в основном двумя путями (если, конечно, не считать путь прямого соприкосновения с ним, реализуемый, например, в случаях, когда очень хочется согреть определенную часть тела) - конвекцией, т.е. нагревом обтекающего радиатор воздуха, и излучением. Если тот же радиатор установить под потолком, то конвективная составляющая теплообмена сведется к минимуму и останется в основном излучение, которое можно усилить, установив за радиатором отражатель. В результате мы получим прибор, который вполне можно назвать инфракрасным обогревателем. Не смейтесь! Это совсем не шутка, а вполне серьезная техническая идея, реализованная, как мы увидим в дальнейшем, в конструкции инфракрасных обогревателей, работающих на горячей воде

Что такое инфракрасные (ИК) лучи?

Инфракрасные (ИК) лучи - это электромагнитное излучение, подчиняющееся законам оптики и, следовательно, имеющее ту же природу, что и видимый свет. Они занимают спектральную область между красным видимым светом (длина волны 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1-2 мм). В свою очередь, инфракрасную область спектра условно разделяют на коротковолновую (от 0,74 до 2,5 мкм), средневолновую (2,5-50 мкм) и длинноволновую (50-2000 мкм). ИК-лучи излучают все нагретые твёрдые и жидкие тела, при этом длина излучаемой волны зависит от температуры тела - чем она выше, тем короче волны, но выше интенсивность излучения.

Следует так же напомнить, что при низких температурах излучение нагретого твёрдого тела почти целиком расположено в инфракрасной области, и такое тело кажется тёмным. При повышении температуры излучаемые телом волны смещаются в видимую область спектра, и тело вначале кажется тёмно-красным, затем красным, жёлтым и, наконец - при высоких температурах - белым.

Для чего мы об этом рассказываем? Прежде всего, чтобы можно было разобраться с путаницей, существующей в терминологии. Один производитель пишет, что его обогреватели инфракрасные, второй, что длинноволновые, третий, что темные, четвертый, что светлые. Так вот, все они являются инфракрасными, просто те обогреватели, которые называют длинноволновыми, имеют наименьшую температуру излучающей поверхности, и потому излучают волны преимущественно в длинноволновой части спектра. Их же и называют темными - при такой температуре поверхности они не светятся. Средневолновые обогреватели имеют температуру поверхности выше и их обычно называют серыми, а коротковолновые, с максимальной температурой - белыми или светлыми.


Свойства инфракрасного излучения

Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в инфракрасной области спектра, как правило, значительно отличаются от оптических свойств в привычной для нас видимой области. Например, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны более 1мкм, (в связи с чем вода часто используется как теплозащитный фильтр), а пластинки кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны в инфракрасной. У большинства металлов отражательная способность для инфракрасного излучения значительно больше, чем для видимого света, и возрастает с увеличением длины волны инфракрасного излучения. Например, коэффициент отражения Al , Au, Ag при длине волны около 10мкм достигает 98%. Вот такие материалы, прозрачные для ИК-лучей, или обладающие высокой способностью к их отражению и используются при создании инфракрасных приборов. Первые - в качестве <светофильтров> (в основном кварц), вторые - в качестве рефлекторов, позволяющих направить ИК-излучение в определенном направлении (в основном, алюминий).

Теперь расскажем немного о поглощении и рассеянии. Через воздух ИК-лучи проходят почти беспрепятственно. То есть, молекулы азота и кислород сами по себе ИК-излучения не поглощают, а лишь несколько ослабляют его в результате рассеяния. А вот пары воды, углекислый газ, озон и другие примеси, имеющиеся в воздухе, избирательно поглощают инфракрасное излучение: пары воды - почти во всей инфракрасной области спектра, углекислый газ - в средней части инфракрасной области. Наличие в воздухе взвешенных частиц - дыма, пыли, мелких капель воды также приводит к ослаблению инфракрасного излучения в результате рассеяния его на этих частицах. К чему это мы опять углубляемся в научные <дебри>? Прежде всего, чтобы объяснить принцип ИК-обогрева.



Принцип инфракрасного обогрева
Инфрокрасный обогреватель MASTER XL9S. Москва
Тепловое излучение от ИК-обогревателя (или ИКО), как мы выяснили, не поглощается воздухом, поэтому вся энергия от прибора почти без потерь достигает обогреваемых поверхностей и людей в зоне его действия. И греет он именно их, а не воздух помещения, как это происходит в конвекторах. То есть, тепло от обогревателя передается в первую очередь твердотельным предметам (пол, стены, мебель и т.п.), а уже от них воздуху. Естественно, чем ближе к инфракрасному обогревателю, тем плотнее поток тепла и выше температура предметов. Причем выделение тепла от ИК-обогревателя происходит только в зоне его прямого действия, т.е. обогрев носит локальный характер, что и обеспечивает ИКО целый ряд преимуществ перед другими отопительными приборами.

Во-первых, при использовании инфракрасного отопления практически отсутствует скапливание более теплого воздуха под потолком, что характерно, например, для конвективного обогрева (при этом способе обогрева теплый воздух в ряде случаем приходится принудительно возвращать вниз, используя для этого потолочные вентиляторы). Говоря проще, инфракрасный обогреватель это как раз тот самый отопительный прибор, который как нельзя лучше реализует старую врачебную мудрость - <Держи ноги в тепле, голову в холоде, :>. Эта особенность работы обогревателей инфракрасных делает их практически незаменимыми при решении задач экономичного обогрева помещений с высокими потолками, прогреть огромный объем которых технически слишком дорого, или аналогичных помещений, в которых обогревать надо только определенные - рабочие зоны, а также производственных помещений, в которых создание конвективных потоков воздуха, а значит и потоков содержащейся в этом воздухе пыли, нежелательно.

Во-вторых, при использовании локального "догрева" с помощью инфракрасных обогревателей зон, в которых непосредственно находятся люди, можно позволить снижение температуры, создаваемой основной системой отопления во всем помещении, на несколько градусов. При этом <ощущаемая> температура останется неизменной, поскольку снижение температуры воздуха будет компенсироваться <ИК-добавкой>, поглощаемой непосредственно человеческим телом.

Таким образом использование инфракрасных обогревателей приводит к снижению потребления энергии и уменьшению затрат на обогрев по сравнению с традиционными способами его осуществления. В публикуемых статьях на тему инфракрасного отопления особенно эффективным принято считать его использование в офисах, цехах, складах, магазинах, кафе, ресторанах, госучреждениях, больницах, детских садах и т.п. заведениях, где удается не только создавать локальные зоны обогрева, но и экономить электроэнергию, снижая температуру до минимальной или даже вовсе отключая обогрев на время отсутствия персонала и посетителей. С этим утверждением просто нельзя не поспорить. Почему же такое отопление эффективно только для учреждений и что мешает эффективно использовать его в жилом секторе? Пожалуй, ничего, кроме вот такой не совсем верно подаваемой информации и некоторой закостенелости мышления - ну, не привык наш потребитель к системам отопления подобного рода. Но к счастью это положение меняется - все большее число людей (в основном это владельцы частных загородных домов, дач и коттеджей, как совсем маленьких, так и весьма больших) приобретают и устанавливают инфракрасные обогреватели и целые системы отопления, на них основанные. Все логично - кому же, как не владельцу загородного дома знать, во что обходится отопление дома в зимнее время и оттого не задумываться о том, как организовать режим экономии при сохранении комфорта.

В-третьих, инфракрасные обогреватели, устанавливаемые под потолком (потолочные обогреватели) или даже встраиваемые в него не накладывают никаких ограничений на размещение мебели и оборудования.

В-четвертых, при помощи систем инфракрасного отопления можно решать специфические задачи, справиться с которыми другим способом просто невозможно. Это может быть, например, защита от холодного <излучения> в зимнее время высоких стеклянных витражей, куполов, окон с большой площадью остекления и т.п., светопрозрачных конструкций. Обогреватели, установленные параллельно плоскости такой конструкции, создают высокоэффективный тепловой барьер для холода. И при этом (попутно) решают задачу очистки упомянутых конструкций от снега и льда, причем, очистки такого качества, на которое вряд ли способны даже <золотые> человеческие руки (инфракрасные обогреватели нагревает конструкцию, и снег со льдом просто тают). Кстати, подобным образом решается и задача очистки от снега и льда ступеней крыльца, дорожки, ведущей к нему, а также выездов из гаражей, расположенных ниже уровня земли.

И еще немного о выделении и поглощении инфракрасных лучей. На этот раз речь пойдет о человеческом организме. ИК-лучи излучают все нагретые в той или иной степени тела. Например, Земля, прогретая солнцем, излучает ИК-лучи в интервале от 7 до 14 мкм с пиком интенсивности излучения при 10 мкм. И организм человека исключением из этого правила не является - он излучает ИК-лучи в диапазоне от 3 до 50 мкм с пиком при 9,6 мкм. И что интересно, организм может не только излучать, но и интенсивно (и даже, если можно так сказать, с удовольствием) поглощать ИК-лучи с длиной волны 9,6 мкм. Они наиболее глубоко проникают в организм, вызывая его максимальный прогрев. Именно на этом их свойстве основан эффект теплового лечения, широко используемый в физиотерапевтических кабинетах наших и зарубежных клиник и поликлиник. Инфракрасные лучи как с большей, так и с меньшей длиной волны, проникают в организм менее глубоко.



Как происходит управление приборами и системой отопления на инфракрасных обогревателях?

В наиболее простом случае регулировка производится ручным включением/выключением инфракрасного обогревателя, для чего некоторые из них, как мы увидим в дальнейшем, снабжаются выключателями различного типа. Автоматическое же поддержание температуры в помещении производится с помощью терморегулятора - электронного или электромеханического. Если помещение небольшое, то в нем достаточно установить один терморегулятор, аналогичный терморегуляторам для теплых полов. Он-то и будет управлять как одним, так и несколькими обогревателями, установленными в данном помещении. Если помещение большое, то его можно разбить на несколько зон, установив в каждой из них собственный терморегулятор, что даст возможность устанавливать для каждой зоны собственную температуру. Думаем, что принцип работы терморегулятора подробно объяснять нет необходимости. Для потребителя их работа выглядит очень просто: задал температуру - нагрев начался. При достижении заданной температуры инфракрасные обогреватели отключатся, при падении температуры на 1-2°С, вновь включатся.

Существуют и более сложные системы управления. Их обеспечивают специальные приборы, с помощью которых можно не только управлять системой отопления (причем делать это по определенной и наперед заданной вами программе), но и всем электрооборудованием в доме. Такая система сама выключит систему отопления вечером воскресенья после отъезда хозяев или переведет её в режим незамерзания (+7°С), а к вечеру пятницы вновь её включит, чтобы <подогреть> дом до комфортной температуры (причем для каждого помещения может быть задана собственная комфортная температура). Потом на какое-то время отключит большинство энергопотребителей, но включит мощную электропечь сауны. И в результате к вашему приезду в доме будет тепло, и даже баня будет готова. А если необходимо, система будет ежедневно снижать температуру в доме до режима антиобледенения после вашего отъезда на работу и вновь поднимать её до комфортной к вашему приезду.В общем, при программировании можно удовлетворить любые пожелания.



Электрические инфракрасные обогреватели с температурой поверхности от 101 до 280°С

К этому классу относятся прежде всего инфракрасные однопанельные обогреватели для установки на высоте от 2,5 до 4м. Температура излучающей поверхности - порядка 250°С (у некоторых фирм 280°С). Нагреватель - стальной ТЭН. Передняя панель выполнена из алюминия с эмалевым покрытием повышенной прочности. В задней части корпуса имеются прорези для прохода воздуха, что позволяет обогревателю работать не только в ИК режиме, но и в режиме конвектора. Температура излучающей поверхности - 200°С. Напряжение питания 220 или 360В. Ширина и высота для всех моделей одинаковы - 90х100 мм, а вот длина может быть различной.

Приборы устанавливаются горизонтально под потолком на монтажных скобах (они, как правило, и входят в комплект) или тросовой растяжке. С помощью дополнительных монтажных скоб они могут крепиться к стене. Отдельные приборы или группы приборов общей мощностью до 3кВт, обогревающие одно помещение, могут управляться любым одноступенчатым термостатом или регулятором обогрева. Группы приборов большей мощности запитываются через магнитный пускатель, в цепь управления которого включается термостат. Корпус изготавливается из оцинкованного стального листа и окрашивается. Нагреватель - стальной ТЭН. Греющая панель, в специальный паз которой и устанавливается (проще говоря, вкладывается) ТЭН, изготавливается из анодированного алюминия. На её внешней поверхности имеется продольное оребрение (очень мелкие ребра, идущие вдоль панели), обеспечивающее наилучшее распределение тепла. В пространстве между передней панелью и задней стенкой укладывается теплоизоляционный материал (в большинстве случаев - минеральная вата).

Многие фирмы на основе однопанельных инфракрасных обогревателей производят <сдвоенные> и <строенные> изделия. Проще говоря, в одном корпусе монтируется сразу 2 или 3 однопанельных обогревателя - это серия промышленных обогревателей. Мощность таких инфракрасных обогревателей лежит в диапазоне от 1500 до 4000Вт. Устанавливаться такие панели должны на высоте не менее 3-х метров. Цена у них естественно выше, чем у однопанельных, правда, растет она не прямо пропорционально количеству использованных однопанельных инфракрасных обогревателей - единый корпус обходится все-таки дешевле, чем 2-3 отдельных.

В принципе на этом можно и закончить перечисление электрических инфракрасных обогревателей используемых для жилых помещений, т.к. согласно СниП 2.04.05-91 (далее цитируем) <температуру поверхности высокотемпературных приборов лучистого обогрева не следует принимать выше 250°С>.



Подведем итоги. Как подобрать систему отопления?

Итак, рассматриваемые инфракрасные обогреватели обеспечивают:

Экономию энергии;
Низкие затраты на монтаж и высокую скоростью его проведения;
Возможность задавать любые температурные режимы и автоматически их обеспечивать, а также возможность централизованного компьютерного управления комплексом помещений;
Бесшумность, экологичность, влагоустойчивость, пожаробезопасность;
Освобождение рабочей зоны от отопительных приборов;
Использование как в качестве основной, так и в качестве дополнительной или аварийной системы отопления;
Организацию локального обогрева желаемых зон;
Прогрев помещения до заданной температуры быстрее, чем при любых других способах отопления (поверхность теплоотдачи значительно выше, чем у любого отопительного прибора);
Эффект аккумуляции тепла конструкцией и предметами интерьера.
Длинноволновый обогрев можно сравнить с освещением. Правильно распределив в комнате источники света, можно добиться того, чтобы освещение стало равномерным и, следовательно, комфортным. Точно так же распределяются и длинноволновые обогреватели. Мощность нагревателя подбирается в зависимости от типа помещения и высоты потолка. Вычислив сначала суммарную мощность необходимую для обогрева помещения в целом, можно затем найти мощность обогревателей, необходимую для равномерного распределения тепла в помещении. При расчетах необходимо исходить из высоты потолков, суммарной потребляемой мощности, а также типа помещения, в котором будет установлена система отопленияя. Но: Заниматься этими расчетами самому нет никакой необходимости - специалисты сделают все и лучше и быстрее. Просто возьмите проект дома с поэтажным планом и приходите к нам. Вам надо будет только подробно объяснить, что бы вы хотели получить в результате, а специалисты и необходимые расчеты теплопотерь проведут (теплотехнический расчет), и ИК-обогреватели подберут и покажут, как расположить их в помещении так, чтобы вы почувствовали максимальный комфорт. Причем, сделают это абсолютно бесплатно. Причина? Да все просто! Серьезный продавец не хочет дискредитировать предлагаемое им ИК-оборудование. Ведь оно для нашего потребителя все еще новинка!


Установка инфракрасных обогревателей
Электрические инфракрасные обогреватели как правило устанавливаются на потолок
Монтаж электрических инфракрасных обогревателей довольно прост. Преимущественно он устанавливается к потолку, для его крепления используются специальные монтажные кронштейны, поставляемые с обогревателем в комплекте. Для этого необязательно владеть техническим образованием, инфракрасный обогреватель вполне может установить каждый. Главное правильно выбрать место для его монтажа. Инфракрасный излучатель должен устанавливаться на определенном расстоянии от человека, иначе ощущения от перегрева будут не самыми комфортными. Рекомендуемая дистанция во многом зависит от мощности обогревателя. Для мощности в 700-800 Вт допустимо расположение агрегата на расстоянии 0,7 метра. Если границы мощности обогревателя лежат в пределах 1-1,5 кВт, то рекомендуется отдаляться от него как минимум на метр. Тонкость в том, что расстояние, измеряется от поверхности ИК-обогревателя до головы человека. Поэтому, если излучатель с мощностью обогрева 700 Вт возможно установить практически в любом месте жилого или офисного помещения с высотой потолка 2,5 м, то при мощности в два раза большей монтаж должен грамотно продумываться. Это может быть точка над рабочим местом в офисе, либо над кроватью в спальне. А при установке инфракрасного обогревателя на подвижных кронштейнах возможен вариант его расположения под углом к горизонту, что также избавит Вас от нежелательного дискомфорта. В таком случае его можно крепить как на потолок, так и на стену.
При подключении нескольких обогревателей необходимо соблюдать следующие правила. Во-первых, внимательно отследить, чтобы все обогреватели были подключены к электросети параллельно. Во-вторых, в распределительном щитке для обогревателей лучше сделать отдельный автомат для защиты от перегрузок.
Что же касается подключения газового инфракрасного обогревателя, то всё зависит от его модификации. Если он по конструкции напоминает фонарный столб, то есть емкость для газа находится в самом обогревателе, то все необходимые действия - периодическая дозаправка. Как правило, такая модификация используется в качестве уличного обогревателя (на верандах, детских площадках). Все другие варианты предполагают подключение к газовому баллону. Эту операции лучше доверить специалистам.

Спрос на инфракрасные обогреватели все больше возрастает, и связано это в первую очередь с принципом обогрева схожим с естественным теплом, приносимым вместе с солнечными лучами. Тем более, что с помощью этих устройств можно создать комфортные условия, избежав высушивания воздуха. В плане пожаробезопасности инфракрасные обогреватели также надежны. Единственное, что такой способ обогрева доступен не каждому, этим и обусловлено их не такое широкое распространение в качестве бытовой техники.
Но технологии неудержимо движутся вперед, поэтому вполне возможно, что инфракрасные обогреватели в недалеком будущем появятся и в Вашем доме.

2 комментария:

  1. При использовании ИК столкнулись с неудобством в плане того, что ощущение тепла очень зависит от расстояния до ИК излучателя. Возникало неудобство в плане если слишком близко то голова "горит" если далеко то "мерзнет". Насчет экономии, при установке ПЛЭН полностью покрывающего потолок, особой экономии не выявлено по сравнению с электротэнами или электротепловентиляторами. В данный момент ИК система отопления простаивает из-за высокого электропотребления.

    ОтветитьУдалить
  2. Скажите правда ли что инфракрасные обогреватели китайского производства опасны?

    ОтветитьУдалить

Очень любопытно! Я долго искал информацию об этом!
Интересно такое надо применять!