Основные вопросы

 

"Доброе тепло" - инфракрасный обогреватель 

 

Что такое инфракрасный излучатель?

Керамические инфракрасные (ИК) излучатели, как и кафельные голландские и немецкие печи, являются созданными человеком источниками излучаемого тепла, близкого к естественному. Такими естественными источниками ИК излучения являются наше Солнце и Огонь. Мы получаем от них тепло не через нагрев воздуха, а в основном через излучение. Ведь говорят же русские испокон веков: «Я греюсь в лучах солнца» или «Пламя костра согреет».

      

Керамические ИК излучатели существенно отличаются от конвекционных отопительных приборов, которые преимущественно нагревают проходящий через их элементы воздух, который транспортирует тепло в окружающее пространство.

Так керамические излучатели «easyTherm» состоят конструктивно из специального электрического проводника-нагревателя, который полностью лежит в керамическом желобке под расположенной над ним излучающей поверхностью из керамики. Материалы, используемые для укладки проводника-нагревателя в керамический желоб и контакта с излучающей поверхностью должны быть хорошими электрическими изоляторами. Помимо этого они должны иметь как отличные теплопоглощающие, так и излучающие свойства в выбранном инфракрасном диапазоне.

 

Рис. 1. Конструкция инфракрасной панели «easyTherm» и принцип ее работы.

  1. Массивная деревянная или металлическая рама с теплоизолирующей полостью.
  2. Выфрезерованные на прецизионном оборудовании желобковые углубления.
  3. Гибкий карбоновый канатик из 6000 нитей для эффективной отдачи инфракрасного излучения.
  4. Свободная от вредных веществ, стойкая к высокой температуре силиконовая оболочка.
  5. Стойкая к коррозии тыльная стенка корпуса панели, отполированная до зеркальной поверхности для панелей «comfort» и обработана щетками для «emotional».
  6. Керамическая соединительная масса, изготовленная для «easyTherm» Институтом Фраунхофера в Германии.
  7. Прецизионно и абсолютно надежно уложенные элементы термозащиты.
  8. Теплоизоляционный, свободный от вредных веществ стеклянный гранулят, защищенный патентом «easyTherm».
  9. Оптимально теплороводящая керамическая соединительная масса, созданная специально для «easyTherm» Институтом Фраунхофера.
  10. Особенно прочная керамическая поверхность, разработанная для максимальной отдачи инфракрасных волн, защищенная патентом «easyTherm».

 

Рис. 2. Схема количеств излучаемого и теряемого тепла панелями «easyTherm».

ИК излучатели «easyTherm» конструируются таким образом, чтобы, по возможности, наибольшую часть потребляемой электрической энергии преобразовывать в тепловую энергию и отдавать ее в пространство через излучающую поверхность преимущественно в виде инфракрасного теплового излучения.

Панели «easyTherm» излучают в пространство 70% тепловой энергии, полученной от преобразования электрической энергии сети переменного тока. Это — самый высокий показатель в мире среди приборов этого класса.

 

Какой диапазон ИК излучения следует использовать для отопления?

 

При применении ИК нагревателей в жилищах и общественных зданиях температура излучающей поверхности должна составлять от 40 до 85oС, на промышленном производстве для нужд технологического процесса эта температура может составлять и несколько сотен градусов Цельсия.

 

Рис.3. Спектральное излучение нагретых («черных») тел по закону М. Планка. (Источник: Wikipedia).

Физика описывает спектральный диапазон излучения разогретого тела в виде несимметричной кривой с максимумом на длине волны, которая обратно пропорциональна вызывающей это излучение температуре. Рекомендуемый выше для жилищ человека диапазон температур лежит в пределах длин волн от 8,09 мкм (микрометров) до 9,2 мкм. Эти длины волн располагаются в левой верхней части красной кривой, обозначенной температурой 300 К (Кельвина). Смотри Рис. 3.

Длины инфракрасных волн от 3 — 15 мкм соответствуют длинноволновому диапазону «С». Именно значительная часть этого излучения солнца проходит через атмосферу Земли без задержки, чтобы дать тепло всему живому. Смотри Рис 4.

Примечательно, что в этом диапазоне живые организмы получают тепло и от ядра нашей планеты. В этом же диапазоне, человек сам излучает тепло в окружающее пространство в результате своей жизнедеятельности.

 

Рис. 4. Диаграмма потерь электромагнитного излучения Солнца в атмосфере Земли. Окно в атмосфере Земли, пропускающее длинноволновое ИК излучение в диапазоне от 5 до 15 мкм, обозначено желтым цветом и выделено темно-красным пунктирным прямоугольником. (Источник: Wikipedia).

Логично, что тепло от такого керамического нагревателя будет не только благоприятно воспринято человеком, но и даст его телу и органам предназначенное самой природой тепло.

От этого излучения не нужно защищаться, как от ультрафиолетовых, видимых или коротковолновых инфракрасных лучей. Оно благоприятно действует на кожу, не высушивает слизистую оболочку глаз, согревает внутренние органы, скелет и мускулы.

Известен и терапевтический эффект использования этого ИК излучения. ИК излучения «С» диапазона находит широкое применение в саунах, при терапии болей в конечностях при перенапряжениях и перегрузках двигательного аппарата.

 

 

Как следует устанавливать ИК панели отопления?

В жилых помещениях следует использовать ИК панели с такой температурой излучающей поверхности, чтобы не вызвать случайных ожогов при соприкосновении с ними. Естественно, что при этом не сможет произойти и случайного возгорания попавшего на излучающую поверхность горючего предмета, ткани, бумаги, пленки. Такие панели вы сможете оставить включенными в вашем загородном доме зимой, чтобы в ваше отсутствие дом и водопровод не разморозились.

Особенностью высококачественных ИК панелей «easyTherm» является температура излучающей поверхности 85oС и низкая температура тыльной стороны, не превышающая 40oС. Поэтому эти панели можно не только вешать как картины на стену или на потолок «внакладку», но и встраивать «заподлицо» в натяжные потолки в специальных коробах.

      

Рис. 4. ИК панели «easyTherm» установлены на деревянной облицовке стены в гостиной, в натяжном потолке ванной комнаты и в оконном простенке личной спальни.

При установке ИК панелей на стенах не следует располагать их напротив окон, это может создать чувствительную температурную асимметрию. Более того, с увеличением угла падения ИК излучения на оконное стекло растет поглощение им инфракрасного излучения, чего следует, как потерь, избегать.

Наилучшим местом для панелей следует считать оконные простенки и стены, где излучение панелей будет направлено вдоль окон. При установке панелей на потолке, следует выдерживать минимальное расстояние до головы человека не менее 1 м.

Преимуществом ИК панелей является их полная независимость от типичной для водяного отопления трубопроводной инфраструктуры. Все, что нужно для их подключения, это — розетка сети переменного тока 220/230 V в нужном месте.

Совершенно ясно, что человек, предки которого грелись в течение тысячелетий под солнцем и возле костра, воспринимает особенно охотно тепло излучающих ИК панелей прежде всего спереди, со стороны или под углом сверху.

 

 

 Что такое «чувствуемая температура»?

 

Если температура в помещении, которую вы чувствуете, представляет для вас комфортные и уютные условия, то цель установленного вами отопительного оборудования достигнута. В этом случае говорят об «уютной температуре» или о «добром тепле».

Чувствуемая вами температура и, соответственно, «уютная температура» зависят от следующих факторов:

  • температуры окружающего воздуха,
  • температуры ИК излучения в окружении,
  • распределения температуры воздуха по вертикали,
  • потоков воздуха через помещение, сквозняков и
  • относительной влажности воздуха в помещении.

Если стены помещения или предметы имеют различные поверхностные температуры, в данном помещении устанавливается температурная асимметрия. При этом вы никогда не будете чувствовать себя в данном месте уютно.

Поэтому никогда не следует использовать панели с температурами излучающей поверхности более 100 — 120oС, при которых эта асимметрия чувствуется особенно отчетливо. При расположении ИК панелей с низкой температурой напротив окон, эта асимметрия чувствуется даже при 80oС.

Среди различных видов распределения температуры воздуха в помещении наиболее важным является вертикальное, так называемое «послойное» распределение воздуха.

На практике же чувство «уютного тепла» зависит в первую очередь от температуры воздуха и излучающей температуры окружающих предметов. В немецких стандартах DIN EN ISO 7730 определено понятие «оперативной температуры», которое точно отражает величину этого параметра.

В простейшем случае, без проявления сильного сквозного ветра, «оперативная температура» равна средней арифметической величине из температуры воздуха в помещении Tr и средней температуры излучения предметов в данном пространстве Tu:

To = (Tr + Tu)/2

Таким образом, при повышении температуры излучения ИК нагревателя, можно без вреда для ощущения субъекта, понизить температуру воздуха в помещении. Это, в свою очередь становится важным фактором экономии затрат энергии на отопление помещения по сравнению с системами конвекциального отопления

Оптимальная оперативная температура зависит в основном от активности и одежды человека в помещении. При сидячей деятельности и легкой одежде оптимальное значение оперативной температуры составляет около 21,5oС. Это значит, что при температуре воздуха 18oС температура излучения ИК панели и окружающих предметов в сумме должна достигать 25oС.

Как показывает практика, такое соотношение температур оказывает положительный эффект на восприятие человека. Более высокие по отношению к температурам воздуха температуры излучения воспринимаются субъектом, как более приятные, создающие для него комфорт и уют.

Следует заметить, что кафельные и каминные печи без вертикального воздушного канала аналогичны простой плоской нагревательной панели. Их поверхность, ввиду объемной конструкции печи, как правило, больше одной плоскости. Но поскольку поверхность нагревается типично до 80oС, речь в данном случае идет естественно о классическом отопительном излучателе длинноволнового ИК диапазона.

 

 

Типичные случаи применения ИК панелей для отопления

До сих пор типичные случаи применения инфракрасных отопительных систем имели место в больших специализированных зданиях или полуоткрытых помещениях, как например:

  • сборочные или складские залы,
  • выставочные и увеселительные здания,
  • спортивные и конно-спортивные закрытые стадионы,
  • авиационные ангары,
  • космические станции, например «МИР»,
  • стойла и парники в аграром секторе,
  • церкви и
  • футбольные стадионы.

Основной причиной этого было целенаправленное и точечное утепление рабочих мест вместо энергозатратных систем нагрева воздуха.

Высококачественные панели «easyTherm» уже как несколько лет используются в качестве дополнительного точечного источника «уютного тепла» в жилых помещениях.

 

Рис. 6. ИК панель «easyTherm» мощностью 250 W расположена как декоративный предмет на стене жилой комнаты. Ее излучения достаточно для обогрева более 10 м2.

 

Рис. 7. Стоящая ИК панель «easyTherm», мощностью 500 W может быть установлена в любом необходимом для вас месте, как тепловая ширма.

В настоящее время высококачественные и высокоэффективные плоские панели «easyTherm» используются с успехом не только, как вспомогательные элементы отопления в жилых и общественных помещениях, но и берут на себя полностью отопление целых домов.

 

Рис. 8. Новый дом, площадью около 270 м2 в пригороде Вены был в этом году полностью оборудован системами отопления на ИК панелях «easyTherm».

 

Рис. 9. Холл на входе в виллу, площадью около 60 м2, с большими стеклянными окнами отапливается двумя потолочными панелями «easyTherm» мощностью 500 W каждая.

 

Рис. 10. ИК панели «easyTherm», мощностью 500 W каждая, встроены вертикально в стены большого холла, площадью около 40 м2.

 

Рис. 11. Две квадратные ИК панели «easyTherm», мощностью 250 W каждая расположены в натяжном потолке кухни в районе плиты. Каждая панель отапливает площадь кухни размером до 10 м2.

 

Рис. 12. На все помещение кухни в натяжном потолке установлено четыре квадратные ИК панели «easyTherm», мощностью 250 W. Каждая панель отапливает площадь кухни размером до 10 м2.

 

Рис. 13. ИК панель «easyTherm», мощностью 500 W установлена в натяжном потолке над лестничным пролетом и около двери на террасу.

 

Рис. 14. ИК панель «easyTherm», мощностью 250 W установлена в натяжном потолке над ванной.

 

Рис. 15. Узкая накладная ИК панель «easyTherm», мощностью 125 W обогревает туалетную комнату.

Насколько энергоэффективна ИК панель?

 

Серьезное сравнение энергоэффективности конвекторных и инфракрасных систем отопления были сделаны в исследовании ученых Технического университета в Кайзерслаутене, Германия в 2009 г.

www.bayportal.de/img/firms/events/4fe19ef9e2c97.pdf

Эксперимент проводился в двухэтажном доме на одну семью со слегка различающимися, но не значительно, жилыми площадями на обоих этажах.

На нижнем этаже было установлено полностью только инфракрасное оборудование, состоящее из плоских излучателей одной из выбранных немецких фирм. Все излучатели имели автоматическое управление, при котором датчик температуры излучения через радиосигналы подавал команды на включение и выключение приемнику в электрической розетке, к которой была подключена та или иная ИК панель.

На верхнем этаже была сохранена прежняя система отопления на основе нагреваемого газом водяного котла, системы трубопроводов и радиаторов конвекторного отопления. Старое отопление на нижнем этаже было отключено.

Для сравнения затраченной на отопление в обоих случаях энергии было принято, что при сжигании 1 кубического метра газа в систему вводилось 10 kWh (киловатчас) энергии.

Анализ эффективности конвекторного отопления

В исследовании было установлено, что:

  • Несмотря на хорошую изоляцию труб с горячей водой, проложенных в стенах, существенная часть тепла уходит из-за большой разницы температур в зимнее время наружу и, тем самым, теряется. Потери энергии имеют место как во время подачи горячей воды в радиаторы, так и во время оттока обратно к котлу.
  • С помощью радиаторов подводимое тепло передается продуктивно окружающему воздуху. Отдаваемое радиаторами в помещение излучаемое тепло — по своему значению незначительно и составляет только несколько процентов.
  • Через нагрев воздуха и конвекцию нагреваются как предметы в помещении, так и ограничивающие помещение стены, потолок и пол. При этом температура воздуха остается выше, чем температура стен и предметов в помещении.

Анализ эффективности инфракрасного отопления

  • Между питающими домовую сеть электростанциями и нагрузкой дома имеют место потери передачи, величина которых оценивается в среднем около 10%.
  • В доме подведенная электроэнергия преобразуется в ИК панелях в тепловое излучение и излучается непосредственно в помещения. Прямым нагреванием воздуха при этом можно пренебречь.
  • Величина конвекции при этом также незначительна.
  • Инфракрасное излучение нагревает преимущественно поверхности стен, потолка и пола, а также предметов в помещении.
  • Воздух нагревается преимущественно со стороны больших нагретых площадей помещения с помощью слабой конвекции.
  • Как правило, поверхности в помещении более нагреты, чем воздух.
  • Для точного измерения температуры излучения радио-термостаты должны быть расположены напротив ИК панелей и иметь с ними контакт по прямой линии. Только в этом случае они могут измерять оперативную температуру.

Важнейшее различие

  • Важнейшим различием между двумя методами отопления является то, что при ИК отоплении от домового подключения сети переменного тока до преобразования в полезную тепловую энергию не возникают никакие потери.
  • При традиционном конвекторном отоплении в помещении устанавливается противоестественный температурный профиль, при котором «голова находится в тепле, а ноги в холоде». При этом разница температур между полом и потолком достигает 5 — 60С.
  • В случае отопления при помощи ИК панелей в помещении устанавливается равнозначная температура от потолка до пола. Поэтому инфракрасное излучение гораздо лучше подходит, чем горячий воздух, для того, чтобы создать «уютную» температуру «доброго тепла» в комнате.

Результаты сравнительных испытаний

В период сравнительных измерений на выбранном объекте с ноября 2008 г. по конец апреля 2009 г. было установлено, что:

  • Общее потребление первичной энергии (газа) на обогрев с помощью обычного газового отопления (NTG) составило на 1 квадратный метр: 208,73 kWh/m2.
  • Общее потребление первичной энергии (газа) на обогрев с помощью улучшенного газового отопления (BWG) составило на 1 квадратный метр: 187,85 kWh/m2.
  • Общее потребление первичной энергии (электричества) на обогрев выбранного объекта с помощью ИК панелей составило: 71,21 kWh/m2.

Рис. 16. Диаграмма потребления первичной энергии на квадратный метр при сравнительных испытаниях систем отопления жилого помещения на газе (NTG), на газе с улучшенными параметрами сгорания (BWG) и на ИК панелях (IR).

Основные выводы

Таким образом, потребление первичной энергии на отопление одного квадратного метра жилой площади односемейного дома в Германии системой отопления на ИК панелях длинноволнового диапазона «С» составило:

  • по сравнению с низкотемпературным газовым отоплением NTG только 34,1%,
  • по сравнению с улучшенным газовым отоплением BWG только 37,9%,
  • иными словами, потребление энергии газовым отоплением было в 2,5 раза больше, чем отоплением на инфракрасных длинноволновых излучателях.

Почему отопление на ИК панелях более эффективно и менее энергозатратно?

Потери энергии при конвекционном отоплении

Основные затраты энергии в случае конвекционного отопления идут на нагрев воздуха в помещении. Радиаторы водяного или парового отопления работают как воздушные насосы, перегоняющие холодный воздух, нагревая его, в верхнюю часть помещения. При этом в обогреваемом помещении устанавливается совершенно неправильный температурный профиль.

Солдатская пословица из времен фельдмаршала Александра Суворова гласит: «Держи голову в холоде, а ноги — в тепле». А в случае конвекторного отопления происходит все наоборот. И дело даже не в том, что человек чувствует себя в горячем воздухе плохо, особенно, если у него грипп, астма, диабет, повышенное кровяное давление или другие болезни.

Дело в том, что в верхней части помещения скапливается масса бесполезного для отопления горячего воздуха. Вы сжигаете массу газа для того, чтобы произвести необходимую массу теплоносителя, а он, этот самый горячий воздух, висит в верхней части комнаты, нагревает потолок и стены и отдает через теплопроводность имеющееся тепло наружу, то есть «отапливает вселенную».

Отдав тепло, воздух охлаждается и опускается опять к радиаторам отопления. После нагрева воздух вновь поднимается вверх и процесс с «нагревом вселенной» повторяется.

Рис. 17. Движение воздуха и распределение его температур при нагреве помещения конвекторной системой отопления. (Источник: easyTherm GmbH).

Все это усугубляется еще тем, что, поднимаясь вверх, горячий воздух, из-за плохой теплопроводности, не успевает согреть поверхности стен помещения, не говоря уже о пространстве у пола.

Разница температур воздуха между пространством у пола (типично 18oС) и потолочным пространством (около 24 — 26oС) явно не способствует установлению «уютной» или комфортной температуры в помещении. При слоях воздуха, как теплоносителе, с такой пространственной разницей температур трудно говорить о «чувствуемой температуре».

Понятно, что дополнительные и существенные потери тепла происходят при каждом открывании наружных дверей, проветривании помещения. Нагретый теплоноситель очень быстро уходит наружу и процесс нагрева помещения нужно начинать сначала.

Дополнительно к этому следует учесть и уход тепла через холодные влажные стены. Как отмечают специалисты, низкие температуры недостаточно утепленных стен при конвекторном отоплении являются причиной конденсации на них влаги нагретого воздуха. Воздух в помещении становится сухим, нездоровым и неприятным, а конденсация влаги на стенах ведет к резкому уменьшению их теплоизоляционных свойств. Так в исследовании Технического университета в Кайзерслаутене, Германия, подчеркивается, что увеличение влажности стен только на 4% снижает их теплоизоляционные свойства на 50%. (Источник: www.bayportal.de/img/firms/events/4fe19ef9e2c97.pdf).

Где ИК отопительные системы выигрывают?

Как уже отмечалось выше, ИК панели отопления нагревают все окружающие предметы в помещении, включая стены. Через некоторое время эти предметы становятся излучателями тепла, способствуя установлению в помещении равновесного уютного состояния.

Температура воздуха остается ниже температуры стен. Вследствие этого конденсация влаги из воздуха на стенах не происходит, теплоизоляция стен резко улучшается. Воздух не поднимается в верхнюю часть помещения и более не теряется на непродуктивный нагрев верхней и наружной части здания.

 

Рис. 18. Распределение «чувствуемой» температуры в помещении, отапливаемого ИК панелями. (Источник: easyTherm GmbH).

Более того, исходя из формулы для «чувствуемой температуры», можно снизить температуру воздуха до 18 — 19oС и поднять температуру излучения ИК панелей до 24 — 25oС. При этом энергия, излучаемая инфракрасными панелями, расходуется только целенаправленно и непосредственно на ее потребителя, жильцов или гостей данного дома.

Кроме этого следует отметить и следующие преимущества ИК систем отопления:

  • Меньшие инвестиционные затраты.
  • Простая установка.
  • Практическое отсутствие затрат на обслуживание специалистами.
  • Отсутствие необходимости ухода за оборудованием.
  • Противопожарная устойчивость.
  • Незначительная масса тепловой инерции.
  • Простая плоская конструкция, исключающая возникновение конвекции воздуха.

 

 

Как управлять инфракрасными обогревателями автоматически?

Общее

Инфракрасными обогревателями «easyTherm» можно управлять автоматически и без проводов. Для этого необходимо иметь в обогреваемом помещении наш терморегулятор с радиопередатчиком кодированных команд и предлагаемую нами электрическую розетку с контактным реле и приемником этих кодированных сигналов.

Установленные в данном помещении инфракрасные обогреватели подключаются к сети переменного тока через электрическую розетку-реле. Одна розетка-реле может включать и выключать приборы общей мощностью до 1000 Вт, т. е. например, сразу 4 панели типа «comfort500» или 2 панели типа «comfort1000». Смотри Рис. 1.

 

Рис. 1. Порядок подключения инфракрасного обогревателя «easyTherm» к сети переменного тока через электрическую розетку-реле.

Внимание!

Для нормальной работы инфракрасных обогревателей «easyTherm» необходимо наличие нормированного напряжения в питающей сети переменного тока величиной 220 — 230 В. При понижении сетевого напряжения снижается температура излучающей поверхности и уменьшается количество тепла, поступающего в обогреваемое пространство.

Данная система беспроводного радиоуправления использует диапазон частот 868 МГц (норма EN 300 220). Радиоуправление не может быть применено в помещении, где на этой частоте работают другие устройства, постоянно излучающие радиосигналы (например, беспроводные головные телефоны или боксы с громкоговорителями).