Системы жизнеобеспечения играют значительную роль в современном мире. Человеку уже не обойтись без инфраструктуры переноса и доставки воды, тепла, энергоносителей.
Тепловое излучение
Как известно, все способы отопления основаны на физических законах передачи тепла от более теплого тела к более холодному. Можно выделить три основных типа теплообмена: теплопроводность (внутри твёрдого тела), конвекция (подразумевает наличие между объектами газообразной или жидкой среды) и лучистый теплообмен. Лучистый теплообмен, в отличие от остальных видов теплообмена, не требует непосредственного контакта или наличия проводящей среды: тепловое излучение (электромагнитные волны инфракрасного диапазона длиной от 0,77 до 340 мкм) может переносить энергию даже через вакуум.
Любой предмет с температурой, отличной от абсолютного нуля, излучает инфракрасные волны, будь то чайник или электрическая лампа. То же можно сказать и о традиционном радиаторе отопления, хотя в этом случае основная доля тепла будет передаваться все же путем конвекции (~80%) и только малая часть – посредством излучения (~20%). Но если установить отопительный прибор под потолком, оборудовать его отражающими и изоляционными поверхностями, то конвективная составляющая минимизируется (~20-25%). Именно такой принцип заложен в концепции потолочных инфракрасных (ИК) обогревателей – самых эффективных излучателях тепла.
Потолочные инфракрасные обогреватели
Основными преимуществами использования инфракрасных отопительных потолочных обогревателей являются:
- экономия энергии при отоплении помещений с высокими потолками (>3,5м) до 40 % по сравнению с другими системами отопления;
возможность обогрева локальных рабочих зон;
малая тепловая инерционность и короткое время реагирования (“мгновенный нагрев”);
* отсутствие необходимости в выделении части эффективной площади помещения для размещения отопительных устройств;
- бесшумность работы, экологичность (отсутствие пылевых циркулирующих потоков, сквозняков), простота монтажа и высокий КПД (>90%).
ИК-обогреватели принято классифицировать по температуре (Т) излучающей поверхности (и соответствующей длине волны (?)) на три категории:
- низкотемпературные (длинноволновые) с Т = 45-300С (100-340 мкм);
среднетемпературные (средневолновые) с Т = 300-750С (15-100 мкм);
высокотемпературные (коротковолновые) с Т > 750?С (0,77-15 мкм).
Кроме того, часто можно встретить разделение приборов лучистого отопления на «темные обогреватели» и «светлые обогреватели». Дело в том, что при сильном нагреве (накаливании) предмет меняет свой цвет, т. к. испускаемые им волны перемещаются в видимую область спектра. Низкотемпературные обогреватели не светятся, их излучение полностью находится в ИК-диапазоне. Поэтому они получили название «темные обогреватели». «Светлыми обогревателями» являются соответственно средне- и коротковолновые отопительные приборы.
Источником энергии для потолочных ИК обогревателей могут служить газ, электричество и вода. Газовые ик обогреватели могут относиться к средне- и высокотемпературным обогревателям. В «светлых» коротковолновых газовых ИК обогревателях основным нагревательным элементом является керамическая пластина (толщиной порядка 12 мм), внутри которой происходит сжигание газа. При этом температура поверхности керамики может достигать 1000С, однако особенности ее конструкции и хорошие теплоизоляционные показатели пористой керамики обеспечивают высокий нагрев только на излучающей (рабочей) стороне, тыльная часть панели не прогревается более ~100С.
В среднетемпературных газовых ИК обогревателях излучателями являются металлические трубки, каждая из которых обеспечивается системами подвода газа и электроэнергии, а также отвода продуктов горения. Воздух и газ поступают в специальную камеру, где образуют горючую смесь, которая в свою очередь сжигается в керамической пластине. Продукты сгорания равномерно распределяются внутри трубок, излучающих тепло.
Электрические потолочные ИК-излучатели в основном представлены длинно- и средневолновыми приборами. Их основным компонентом, преобразователем электрической энергии в тепловую, как правило, является стальной трубчатый электронагреватель (ТЭН). Реже используется пленочный нагреватель, который имеет трехслойную конструкцию (между двумя полимерными пленками размещается угольно-графитовый порошок). Преобразователь устанавливается в корпусе из оцинкованной стали. В нем же находится отражатель из полированного алюминия. Задняя стенка корпуса защищена теплоизоляционным материалом (в основном минеральной ватой). При подаче тока ТЭН нагревается и тепло (в виде электромагнитных волн) с помощью отражателя излучается в зоны обогрева.
Ещё один тип приборов лучистого отопления – это водяные потолочные ИК обогреватели. В отличие от уже рассмотренных газовых и электрических обогревателей им свойственна высокая взрыво- и пожаробезопасность. Потолочные водяные ИК обогреватели могут применяться на предприятиях химической, деревообрабатывающей, бумажной промышленности, а также в складских помещениях. Источником нагрева в данных приборах служит теплая или горячая вода (температурой от 40 до 120С). Поэтому водяные инфракрасные обогреватели относятся к группе низкотемпературных (длинноволновых) обогревателей.
Конструкция водяных потолочных ИК-обогревателей представляет собой панель, нижняя часть которой является излучающим экраном, а верхняя снабжена изоляцией с отражающим слоем, направляющим всё излучение вниз. Внутри панели расположены трубки (диаметром от 15 до 28 мм), проводящие воду. От них тепло передается экрану, который излучает волны, нагревая находящиеся в помещении предметы. Также необходимо отметить, что в летнее время водяные панели могут быть использованы в качестве приборов охлаждения, которые, в отличие от кондиционеров, не создают сквозняков, пылевых потоков, не несут бактериальной опасности, а также не допускают пересушивания воздуха.
Область применения потолочных ИК-обогревателей весьма широка. Главным образом, они предназначены для отопления помещений высотой от 2,5 до 30 м. Торговые залы, производственные цеха, склады, различные промышленные и сельскохозяйственные объекты, спортзалы, терминалы аэропортов, автосалоны, офисы – вот лишь краткий перечень объектов, где могут применяться данные отопительные приборы.
Кроме того, модульная компоновка некоторых изделий позволяет собирать конструкции необходимых типоразмеров исходя из исключительных пространственных характеристик того или иного помещения. Для зданий с повышенной влажностью (автомоек, бассейнов и т.д.) существуют коррозионно-устойчивые варианты исполнения приборов, для медицинских учреждений – высоко гигиеничные решения ИК-отопления.
Стоит заметить, что, по оценкам экспертов, на человеческий организм наиболее благоприятное влияние оказывают именно длинные волны, которые испускаются объектами с температурой поверхности менее 90?С. Таким образом, в помещениях с высотой потолка 2,5-3,5 м оптимальным решением представляются ИК-панели с нагревом источника 100-120С, дающие безопасное и мягкое излучение.
Итак, по своим теплофизическим свойствам потолочные технологии лучистого излучения идеально подходят для отопления объемных площадей. Главное – энергия практически не тратится впустую. В отличие от западных стран, в нашей стране такие системы пока еще применяются редко, но в последнее время ситуация постепенно изменяется. Так, по прогнозам многих специалистов, потолочные технологии ИК-отопления, в частности, водяные, получат широкое внедрение уже в самой ближайшей перспективе.
