Как работает инфракрасный обогреватель

Как работает инфракрасный обогреватель

Самым известным источником инфракрасного излучения является Солнце. Оно излучает 50 % инфракрасной энергии. Человеческий глаз не видит это излучение, но его тепловая энергия отлично воспринимается телом. Кроме Солнца, в нагретом состоянии все твердые предметы и жидкие вещества постоянно излучают инфракрасные волны. Это происходит потому, что светило отдает им свою энергию, а они в свою очередь нагревают воздух.

УСТРОЙСТВО ТИПОВЫХ ИК ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЕЙ

Хотя принцип работы инфракрасных обогревателей для помещений одинаковый, конструктивное решение у моделей разное. В классических образцах нагревательным элементом является спиралеобразная металлическая нить из вольфрама, помещающаяся в металлическую трубку.

Позади спирали устанавливается рефлектор с зеркальной поверхностью для отражения тепловых лучей и направления их на объект. Работают электроприборы этой категории от сети со стандартным напряжением 220±V.

Типы ИК излучателей.

Производителями выпускаются разные типы электрических инфракрасных обогревателей:

1. Пленочные.
2. Керамические.
3. Микатермические.
4. Галогенные.
5. Карбоновые.

Пленочные модели представляют собой широкие ленты из диэлектрического материала, в которые встроены тонкие нагревательные нити. Сегодня пленочные напольные и потолочные инфракрасные обогреватели для дома уверенно занимают позиции среди бытового отопительного оборудования. Они скрыты от глаз, не портят вид интерьера, работают автономно, безопасны и долговечны.

Керамические отопители изготавливаются в виде настенных панелей. В них нагревательный элемент замурован в керамическую панель, хорошо аккумулирующую тепло и долго его отдающую. Чаще всего эти модели работают как ИК-излучатель и конвектор одновременно. Предметы нагреваются напрямую инфракрасными лучами плюс тепло разносится по помещению потоком воздуха.

Микатермические обогреватели также сочетают обогрев окружающей среды длинноволновым ИК-излучением с конвекционным эффектом. Но в них электрическая спираль нагревает не керамику, а спрессованные листы слюды – миканитовую панель, от которой прибор получил свое название.

Карбоновые и галогенные электрообогреватели по строению похожи – в них электрическая спираль заключена в стеклянную трубку. Отличия лишь в материале, из которого сделана нагревательная нить, и в газе, заполняющем стеклянную трубку. В случае карбоновых приборов нить неметаллическая, сделана из углеродного волокна – карбона.

Поскольку коэффициент расширения у нее меньше, чем у металла, углеродная нить рвется реже, поэтому карбоновый ИК-прибор прослужит дольше. В галогенных электро отопителях металлическая нить помещена в заполненную особым газом-галогеном, препятствующим перегоранию спирали.

Способы установки.

По месту монтажа все инфракрасные обогреватели для частного дома делятся на несколько видов:

• потолочные;
• напольные;
• настенные.

Важным преимуществом отопления инфракрасными обогревателями является возможность направления тепла в зону пола. Концентрация теплых воздушных масс происходит не под потолком, как это случается в ситуации с конвекторами или масляными радиаторами, а на уровне пола или в рабочей зоне, куда направлен прибор.

Эту задачу могут решить все ИК электрообогреватели, вне зависимости от их места монтажа – на потолке, полу или стене. Для локального обогрева лучше подойдут отдельно стоящие напольные или настенные ИК-приборы, для общего отопления предпочтительнее использовать пленочные образцы – потолочные или напольные.

Классификация инфракрасных обогревателей

Классифицировать приборы можно по нескольким критериям:

• длине волны излучения;
• формату;
• источнику питания.

Рассмотрим подробнее каждый критерий.

Виды обогревателей в зависимости от длины волны излучения

Физические принципы в основу данного типа обогревателей заложены такие, что тепловое излучение на выходе может быть разное по длине волны, прибор сильно отличаются и по возможному температурному режиму. Выделяют следующие виды обогревателей: коротковолновые, средне- и длинноволновые.

1. Коротковолновые приборы излучают тепло с длиной волны 0,74мкм-2,5 мкм. Рабочая температура таких устройств от 100 градусов и больше. Для эффективной работы такой обогреватель надо устанавливать в помещение с высотой потолков не менее 7 м. Обычно они используются на производственных площадках или на открытом воздухе.
2. Средневолновые обогреватели работают на длине волны 2,5-5,6 мкм. Они работают на высоких температурах: 600-1000 градусов по Цельсию. Здесь нужны потолки 3-6 метров. Этот вид обогревателей устанавливают в частных домах и офисах, в цехах и административных зданиях.
3. Длинноволновые обогреватели имеют рабочий диапазон 5,6-100 мкм. Температура может варьироваться в пределах 100-600 градусов. Чаще всего эти приборы стоят в жилых помещениях и офисах с высотой потолка до 3 м. Для квартиры подойдет устройство с максимальной температурой 100-150 градусов.

Виды обогревателей по формату

Здесь рассматриваются обогреватели в зависимости от типа их установки. Бывают: потолочные, напольные и настенные. Потолочные обогреватели удобны на производствах: в цехах, на станциях ТО и в промышленных гаражах, в теплицах. Настенные и напольные имеют большую сферу применения. Они используются также для офисов и домов, в уличных беседках.

Виды обогревателей в зависимости от источника энергии

В зависимости от того, какую энергию прибор преобразует в тепло, бывают:

• газовые обогреватели;
• дизельные;
• электрические ИК-обогреватели.

Основные технические параметры

При выборе ИК-обогревателей нужно обратить внимание на следующие технические характеристики, определяющие эффективность инфракрасных обогревателей:

• мощность бытового ИК-обогревателя варьируется от 300 до 2000 Вт. Выбор мощности зависит от площади, на которой он будет использоваться. Соотношение следующее: 1 кв.м. на 100 Вт для основного отопления и 2 кв.м. на 100 Вт для дополнительного;
• длина волны. Она находится в диапазоне от 0,74 мкм до 1000 мкм. Чем короче волна, тем быстрее и сильнее происходит нагрев. Наиболее привычным для тела человека является излучение в диапазоне от 7 до 14 мкм;
• сеть с напряжением в 220 В выдерживает мощность ИК-обогревателя до 2 000 Вт, для более мощных необходимо трехфазное (380 В) подключение;
• наличие термостата и влагозащищенность конструкции. Современные модели могут работать в очень влажных условиях, если это позволяет их технические рекомендации. Также важно чтобы в ИК-обогревателе был термостат, который защитит устройство от поломки, а помещение от пожара;
• материал изготовления. Сегмент ИК-обогревателей представляет два типа корпусов – из стали и из алюминия. Стальной вариант более тяжелый, но прочный, алюминий – легкий, но склонен к деформации.

Как работают обогреватели

Принцип действия любого ИК-обогревателя подобен солнечному излучению. Он создает волну в инфракрасном диапазоне, которая поглощается предметами, которые впоследствии отдают тепло окружающей среде. Основа устройства любого ИК-обогревателя – это излучатель и отражатель, который помогает сфокусировать поток в нужном направлении. При работе ИК-обогревателя не нагревается воздух, что позволяет без потерь энергии доставить тепло к необходимому объекту, не высушивая при этом воздух. Нагретый объект лишь спустя некоторое время начнет отдавать тепло в атмосферу. Данный механизм работы позволяет на 40-50% экономить электроэнергию, направленную на обогрев помещения.

Настенные инфракрасные обогреватели керамические

Настенные инфракрасные обогреватели керамические ECL — один из типов керамических инфракрасных обогревателей, которые состоят из одного или двух керамических обогревателей в оправе. Максимальная мощность таких обогревателей 1300 Вт. Они зачастую используются для обогрева бытовых и промышленных помещений. Также они могут использоваться в качестве нагревательных элементов в различных камерах сушки.

Инфракрасный обогреватель: как это работает?

Чтобы получить представление о том, как функционируют аппараты инфракрасного обогрева, сначала разберемся, какими способами может передаваться тепловая энергия в пространстве помещения. Их всего два:

• конвекция: любой предмет, чья температура выше, чем окружающего воздуха, обменивается с ним теплом напрямую. Воздух, нагреваясь от этого предмета, теряет в плотности и массе, за счет чего устремляется вверх, вытесняемый более тяжелым холодным потоком. Таким образом, в пространстве комнаты начинается циркуляция воздушных масс разной температуры.
• лучистое тепло: поверхность, имеющая температуру более 60 ºС, начинает интенсивно испускать электромагнитные волны в диапазоне 0.75—100 мкм, несущие в себе тепловую энергию. На этом и основана работа инфракрасных обогревателей, чьи нагревательные элементы выделяют такие волны.

Самый комфортный для человека диапазон ИК-излучения – от 5.6 до 100 мкм, в его рамках функционирует большинство инфракрасных обогревателей. Исключение – приборы дальнего действия, устанавливаемые на потолках производственных зданий. Они излучают в среднем (2.5—5.6 мкм) и коротком (0.75—2.5 мкм) диапазонах и располагаются на расстоянии от цели 3—6 м и 6—12 м соответственно. Использовать такие излучатели в жилых зданиях недопустимо.

Попадая на поверхности, находящиеся в пределах видимости, ИК-лучи повышают их температуру. После этого вступает в действие принцип конвекции, тепло начинает передаваться от поверхностей воздуху комнаты. Такой прогрев является более равномерным, чем при работе традиционных конвективных систем, что и отражено на рисунке:

Специфика функциональности инфракрасных обогревателей

Не все преимущества и недостатки ИК обогревательных приборов нужно рассматривать в абсолютном соотношении. Большое значение имеет: где установлен обогревательный прибор, специфика его пользования и многие другие факторы.

Плюсы:

Длительный срок службы. Конструкция ИК обогревателей не состоит из элементов, которые могут сломаться или перегореть во время эксплуатации. Также в отличие от других типов обогревателей в них нет деталей требующих периодической замены.

Легкость и экономичность в установке. Важным аспектом является то, что для монтажа ИК приборов исключается надобность брать документальное разрешение на возможность их использования в помещениях. Да и сама установка вовсе не затруднительна. Практически полное отсутствие инерционности.

Набор заданных температурных параметров в закрытом помещении происходит за очень короткое время. Такие характеристики очень практичны для применения ИК обогревателей в плохо отапливаемых помещениях, которые нужно прогревать лишь при их посещении (дачи, офисы, кабинеты).

Инфракрасные обогреватели не сушат воздух.

Можно произвести обогрев отдельных зон. Это одна из методик экономии отопления и электричества всего здания.

Равномерный прогрев по всему объему отапливаемой комнаты.

Беззвучная работа. При использовании ИК устройств по обогреву вы избавляетесь от гула вентилятора, и звуков издаваемых при наполнении водяных систем.

Монтаж обогревателя на потолке не требует наличия контура теплового пола, ведь его покрытие будет нагреваться до определенных регулируемых показателей. Такие особенности являются большим преимуществом для семей с маленькими детками.

Безопасность использования. В период работы ИК обогревателя нет необходимости постоянного присутствия для предотвращения самовоспламенения или выхода из строя. Применять данные устройства рекомендуется в местах, где невозможно выполнить требования пожарной безопасности либо их выполнение займет большое количество расходов.

Благоприятное воздействие инфракрасных лучей на человеческий организм относится к еще одному положительному фактору использования данных приборов. Помимо всего, волны излучаемого спектра пагубно действуют на разнообразные бактерии.

Неимение каких-либо испарений в виде токсических веществ и специфических запахов, негативно влияющих на состояние здоровья.

Возможность экономии небольшого пространства методикой установки обогревателя на стене либо потолке.

Сравнительно с водяной системой отопления ИК обогревательные приборы не требуют дополнительного оснащения в виде, прокладывания труб, насосов, баков для расширения и многого другого.

Функциональность ИК обогревателей напрямую зависит от электропитания.

Быстрое понижение температуры в комнате при отключении прибора.

Панельные датчики ИК устройства во время эксплуатации сопровождаются подсветкой, что не очень удобно во время сна. Для устранения данного неудобства существуют дополнительные манипуляции в виде наложения декоративных дополнительных панелей, либо монтаж устройства в месте, где подсветка не будет видна.

Обязательное наличие автоматики, в противном случае обогреватель способен выйти из строя по причине перегрева.

Классификация

Следует отметить, что далеко не все газовые обогреватели работают по вышеприведенному принципу. В зависимости от способа получения тепловой энергии из голубого топлива газовые обогреватели подразделяются на три основные класса:

• Газовые конвекторы – имеют конструкцию горелки и работают по принципу газовой пушки. При сгорании топлива возникает тепловая энергия, которая при помощи вентилятора направляется потоком в нужную область. Недостатком является наличие открытого пламени и относительно большие потери.
• Каталитические обогреватели – их отличительная особенность – наличие каталитической панели, преобразующей топливо в тепловую энергию посредством его окисления. В таких устройствах процесс горения отсутствует, поэтому они являются наиболее безопасными и экологичным источниками тепла. Но их главным недостатком является относительно высокая себестоимость самой панели. Поэтому обогреватели, работающие по принципу каталитического горения, приобретаются относительно редко.
• Инфракрасные обогреватели выделяют направленное ИК излучение из керамической горелки. В отличии от предыдущего типа, они все-таки требуют сгорания газа, но способны вырабатывать большую тепловую мощность и характеризуются значительно большей площадью обогрева.

Рис. 3: устройство инфракрасного газового обогревателя

Сравнивая вышеперечисленные виды газовых обогревателей, можно отметить, что каталитический и инфракрасный обладают весомыми преимуществами в сравнении с классическим нагревательным прибором. Из этих двух каталитические являются предпочтительными для помещений с квадратурой до 20м 2 . Свыше 20м 2 бесспорным преимуществом обладают инфракрасные, поэтому их можно применять не только как систему отопления помещений, но и в качестве уличных обогревателей.

Классификация инфракрасных газовых обогревателей может разделяться по нескольким критериям. Так все устройства условно можно подразделить на две основные группы: автономные и работающие от магистральных газопроводов. Для первых из них требуется установка баллона с газом, который осуществляет подпитку обогревателя, их можно брать с собой на природу для обогрева палаток. Вторые должны запитываться от центрального газопровода и не могут перемещаться с места на место, на новые объекты без подведения системы газоснабжения к этой точке.

По типу размещения инфракрасные газовые обогреватели подразделяются на:

• Напольные – которые устанавливаются на горизонтальные поверхности при помощи специальной подставки или посредством конструкционных элементов; Рис. 4: напольный ИК газовый обогреватель
• Потолочные – подвешиваемые к потолку непосредственно над той зоной, которую необходимо обогреть, такие модели позволяют экономить место в помещения с небольшой квадратурой, так как сами не занимают полезного пространства; Рис. 5: потолочный ИК газовый обогреватель
• Настенные – идентичны предыдущим газовым обогревателям с тем отличием, что инфракрасное излучение от них может направляться в нужное место, как возле устройства, так и на другом конце комнаты, а не только под газовым обогревателем.

Минусы

Очень важным недостатком инфракрасного обогревателя является то, что излучаемое им тепло не проходит сквозь стены. Потому прогрев сколько-нибудь большого дома почти невозможен. Да и перегородки становятся почти непреодолимым препятствием.

Необходимо учитывать также особенности влияния на организм, которые характерны ИК-обогревателям. На опыте доказано, что при длительном воздействии тепловые лучи могут пересушить кожу. Ничего удивительного в этом нет: получая значительный тепловой импульс, кожа прогревается, и из нее испаряется вода. Вплотную к обогревателю находиться вряд ли оправдано. Такой поступок очень опасен для здоровья человека и даже может привести к ожогу. Полезное воздействие инфракрасные лучи оказывают только при дозированном, упорядоченном применении в медицинских целях. На производствах, где такие лучи присутствуют постоянно, они признаются одним из опасных факторов.

Вред не ограничивается появлением ожогов и волдырей – страдают и твердые части кожных покровов. Белки могут подвергнуться денатурации (свертыванию, как при тепловой обработке на плите). В медицинских исследованиях отмечается даже риск перегрева хрусталика, что провоцирует возникновение катаракты. Вреден постоянный инфракрасный подогрев и для кровяных клеток.

Потолочные ИК-обогреватели ничуть не безопаснее, чем устанавливаемые на стену или пол. Их излучение воздействует прежде всего на головной мозг. Снизить риск можно, если подвешивать аппарат повыше и направлять его в сторону от мест, где постоянно находятся люди. В спальне, в детской или ванной комнате использовать такие приборы практически недопустимо.

Разбор качеств инфракрасного обогревателя нельзя, конечно, свести к его воздействию на организм. Его зависимость от электрической сети или газоснабжения вынуждает заботиться о резервных источниках снабжения энергией. Нужно учитывать, что при отключении прибора температура быстро падает. Только во включенном состоянии он поддержит тепло на одном уровне.

И еще один момент — придется приобретать не один обогреватель, а еще и управляющую автоматику, в противном случае он может быстро перегреться.