Применение инфракрасных систем отопления - 76TK

Тепло и Комфорт
ООО "ПрофТехКомплект"
г. Ярославль 8-903-829-9665
www.76tk.ru info@76tk.ru
Лого сайта
Перейти к контенту
8-903-829-9665
Позвонить, задать вопрос

Применение инфракрасных систем отопления

  Начнем с небольшого описания «физики» процесса.
 Это позволит непосвященному пользователю уточнить для себя ряд вещей, которые возможно являются сдерживающим фактором широкого внедрения инфракрасных систем отопления в нашей жизни.
  Слово «излучение» в фразе инфракрасное излучение часто пугает, но на самом деле просто путает человека.
  Сразу скажем, что любое тело имеющее температуру выше абсолютного нуля – излучает.
 Излучают тепло и стены, и автомобили, и лампочки, и батареи отопления, и тело человека.
Процесс, при котором тепло передается от предмета с высокой температурой к предмету с низкой температурой называется тепловым излучением электромагнитными волнами.
Распространение электромагнитной волны в пространстве сопровождается переносом энергии по направлению движения волны.
 Эта энергия получила название лучистая энергия.
Длины волн в диапазоне 0,74 – 420 мкм называются инфракрасными.
Длина волны от 0,74 до 2,50 мкм относится к коротковолновой области.
                  От 2,50 до 50,00 мкм к средневолновой области.
                  От 50,00 до 420,00 мкм к длинноволновой области.

Количество излучаемой энергии зависит от характеристики тел, участвующих в процессе теплообмена, их формы, расположения по отношению друг к другу, температуры поверхности и среды их разделяющей.
Интенсивность теплового излучения зависит от температуры. Чем выше температура нагретого тела, тем больше интенсивность лучистого теплообмена.
Попадая на предметы, часть излучения поглощается, часть – отражается, часть – пропускается.

В общем случае можно записать соотношение
d+a+r=1
d – поглощение
a – пропускание
r – отражение
Отражательная способность тела ( коэффициент отражения ) характеризуется отношением отраженной телом лучистой энергии к падающей энергии.
Пропускательная способность тела ( коэффициент пропускания ) характеризуется отношением пропущенной телом лучистой энергии к падающей энергии.
Поглощательная способность тела (коэффициент поглощения ) характеризуется отношением поглощенной телом лучистой энергии к падающей энергии.
Если вся лучистая энергия, падающая на тело, поглощается, то такое тело принято называть абсолютно черным.
Поверхности с высокой степенью черноты хорошо поглощают падающее излучение и сами являются хорошими излучателями.
В природе нет абсолютно черных, белых и прозрачных тел. Поэтому соотношение a,r и d зависит от вида тел, характера их поверхности и температуры ( наши обычные оценки цвета поверхности неприменимы к инфракрасному излучению; большинство поверхностей по коэффициенту поглощения может быть отнесено к разделу «черных»). Все твердые тела и жидкости для области инфракрасного излучения практически не прозрачны.
Следовательно, если данное тело хорошо отражает лучистую энергию, то это тело плохо полощет ее и наоборот.
Белые поверхности хорошо отражают видимые световые лучи и практически поглощают инфракрасные. Для поглощения и отражения инфракрасных лучей большое значение имеет состояние поверхности тела. Отражательная способность у гладких и полированных поверхностей во много раз выше, чем у шероховатых.
При расчетах, связанных с лучистым теплообменом, применяются понятия о лучистом потоке Q, энергии излучения Е и спектральной интенсивности излучения I.
В основу теплотехнических расчетов при излучении положены универсальные законы излучения абсолютно черного тела, поглощающего излучение любой длины волны.
Плотность потока излучения уменьшается по мере удаления от источника и убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

 При расчете и проектировании систем отопления на базе инфракрасных излучателей необходимо учитывать прежде всего спектральную характеристику излучателя и терморадиационные свойства облучаемых материалов.
В общем случае рекомендуется подбирать излучатели с максимумом энергии излучения, совпадающим с максимумом поглощения ее материалом при данных длинах волн. При этих условиях материал должен иметь наименьшую отражательную и пропускную способность.
Отдача человеком тепла в окружающую среду при нормальных условиях и конвективном отоплении составляет: 25% ( конвекцией ); 50% ( излучением ); 22% (испарением ) и 3% ( дыханием и движением ).
Поскольку основным видом отопления до недавнего времени было конвективное, то и проводившиеся исследовании по определению комфортных условий для человека подтверждали, что нормальное тепловое ощущение человек испытываем при некотором интервале температур окружающего воздуха. Например, для человека, не выполняющего физическую работу, таким интервалом температур окружающего воздуха принято считать 18—22°.
В соответствии с этими условиями и были установлены нормы оптимальной температуры воздуха внутри жилых и общественных помещений.

Доля теплопотерь человеком в зависимости от способа отопления
  Теплопотери в ккал/ч     При лучистом отоплении     При конвективном отоплении
            Излучением                                   40                                                     54
            Конвекцией                                   53                                                     40
            Испарением                                   19                                                     20
            Итого                                             112                                                   114

Из приведенных данных видно, что при лучистом отоплении наибольшая часть теплопотерь осуществляется конвекцией, а при конвективном, наоборот, излучением. Таким образом, при лучистом отоплении тепловые ощущения человека будут более благоприятными, чем при конвективном.
Следовательно. при лучистом отоплении комфортные условия могут быть обеспечены при более низких температурах внутреннего воздуха, чем при конвективном отоплении при тех же температурах ограждающих конструкций.
Работоспособность человека значительно выше при вдыхании им воздуха с более (относительно) низкой температурой при одинаковых тепловых ощущениях.
При нормальных комнатных условиях целесообразно, чтобы человек дышал воздухом с температурой лишь несколько выше 10°С, ибо это облегчает экзотермические реакции. Исследования советских гигиенистов также показали положительное влияние на терморегуляцию и самочувствие человека при вдыхании им воздуха сравнительно низкой температуры.
При обогреве помещений горелками инфракрасного излучения наилучшее самочувствие людей бывает при температуре воздуха 13—13,5°С, т.е. ниже общепринятой 18—19° С.
Весьма существенным фактором в теплоощущениях человека является уровень его физической деятельности. Тепловыделения с увеличением физической нагрузки могут повыситься с 100 до 450 ккал/ч и более. Эти избытки тепловыделений должны быть погашены за счет передачи их окружающей среде: путем конвекции окружающему воздуху и лучеиспусканием на ограждающие конструкции или окружающие предметы. Наилучшим в этом случае является преобладание теплопотерь за счет конвекции.
При лучистом отоплении как раз доля теплопотерь конвекцией и увеличивается. Это достигается, по-видимому, как за счет повышения температуры кожи, так и за счет увеличении скорости движения воздуха в непосредственной близости от тела человека.
Лучистое отопление требует от терморегулирующего аппарата человека меньших усилий для приспособляемости.
Если человек теряет 80 ккал/ч, то для комфортных условий его существовании при лучистом отоплении необходимо поддерживать температуру внутреннего воздуха 19° С, а при конвективном 21° С.
При обычной температуре помещений 15—20° С можно считать, что теплопотери влаговыделением не имеют большого значения, так как они составляют незначительную величину (около 20 ккал/ч) и при этой температуре остаются почти постоянными.

Другим влияющим фактором на комфортные условия, является постоянство температуры по высоте помещения. По существующим нормам максимально допустимая разница по высоте помещения не должна превышать 3,5°С.
Согласно проводимым исследованиям, лучистое отопление дает более равномерную температуру по высоте помещения.
Из всех факторов, влияющих на комфортные условия, при лучистом отоплении наиболее важным следует считать плотность облучения человека и спектральный состав этого облучения.
Рекомендуется при температуре внутреннего воздуха 13-15°С и ограждающих конструкций 5-9°С устанавливать дозу облучения на уровне 1,6..1.8 м от пола в пределах - 47-58 Вт/м²ч.
  Итак, при работе инфракрасных нагревателей теплоотдача в помещении имеет две составляющие: лучистую и конвективную. Поток теплового излучения попадает на пол помещения, а также на оборудование, конструкции и материалы, находящиеся на нем в зоне облучения, и нагревает их до температуры выше окружающей температуры воздуха. Нагретый пол, оборудование, конструкции и материалы полученное тепло трансформируют в конвективный тепловой поток, в результате чего нагревается воздух, находящийся в помещении.
  Расчет систем инфракрасного отопления
Расчет инфракрасного отопления заключается в выборе схемы размещения источников излучения, определении мощности и тепловой нагрузки на систему и состоит из следующих этапов:
- расчет тепловых потерь через все ограждения при нормируемой температуре окружающей среды и принятой расчетной температуре воздуха в помещении;
- расчет потерь тепла на воздухообмен;
- определение суммарных потерь тепла через ограждения и на воздухообмен;
- расчет общей  тепловой мощности системы инфракрасного отопления;
- выбор типа, рабочих и геометрических параметров, количества инфракрасных нагревателей, определение высоты и угла подвеса, координат расположения а плоскости подвеса;
- определение лучистого КПД излучателя, абсорбционных потерь, потерь на рассеивание;
- расчет общего вклада излучения в отопление;
- расчет распределения интенсивности облучения на уровне головы человека вдоль оси нагревателя;
- определение максимального уровня интенсивности излучение и сравнение его с допустимым значением;
- определяем значение комфортной температуры в пределах оптимальных величин рекомендованных ГОСТ;
- определение необходимого воздухообмена и выбор приточно-вытяжной вентиляции.

В настоящее время, инфракрасное отопление реализуется на основе:
- газовых обогревателей светлого типа ( температура на излучающей поверхности 800-1200гр.С ),
- темного типа (температура на излучающей поверхности 350-500 гр.С);
- супертемного типа (ленточные) (температура на излучающей поверхности 200-400 гр.С);
- водяных излучающих потолочных панелей (температура теплоносителя 40-180 гр.С);
- электрических инфракрасных обогревателей (температура на излучающей поверхности 60-300 гр.С).
- электрических инфракрасных излучателей и панелей с температурой поверхности от 200 до 350 гр.С

  Основные преимущества инфракрасных отопительных систем:
- за счет лучистой составляющей обогревается не воздух в помещении, а непосредственно предметы в рабочей зоне;
- человек вместе с температурой окружающего воздуха воспринимает тепловое излучение от обогревателя и окружающих предметов. Можно поддерживать температуру воздуха в рабочей зоне на 2-3 градуса ниже по сравнению с температурой при воздушном отоплении;
- малое движение воздуха в рабочей зоне, т.е. минимальный перенос пыли, запахов и т.п;
- высокая эффективность при зональном обогреве.

  Основные характеристики инфракрасных систем отопления
1. Газовые обогреватели:
- Светлые (высокоинтенсивные) излучатели.


Тепловой КПД 92%. КПД излучения от 52% до заявляемых в последнее время производителями 75% Стандартное, типовое оборудование. Простые и надежные газовые излучатели. Возможность монтажа на высотах от 4 -17 метров. Нет необходимости использовать дымоходы. Отсутствует промежуточный теплоносителя, а значит, нет протечек и размораживания. Требуется дополнительная вентиляция для разбавления продуктов сгорания, поступающих в помещение от излучателей. Разводка газа внутри отапливаемого помещения.
Область применения - различные складские и производственные помещения, локальное отопление рабочих зон в не отапливаемых помещениях, открытые площадки, места разгрузки, размораживание сыпучих грузов.
- Темные (низкоинтенсивные ) излучатели.


Тепловой КПД 92%. КПД излучения 55%. На новых моделях КПД излучения достигает 72-79% по данным производителя. Стандартное, типовое оборудование. Отсутствие промежуточного теплоносителя, а значит, - протечек и размораживания. Возможность монтажа на высотах от 3,5 -14 метров в особо высоких помещениях. Необходимость устройства дымоходов. Возможные неисправности: прогорание излучающей трубы, выход из строя дымососного вентилятора. Разводка газа внутри отапливаемого помещения. Вентиляция незначительная или за счет инфильтрации.
Область применения - отопление производственных, складских помещений, мастерских, спортивных залов, гаражей, сельскохозяйственных построек, нестандартных помещений (ниши, изолированные и труднодоступные места, отопление отдельных рабочих мест), веранд, террас.

- Супертемные (ленточные) излучатели.


Тепловой КПД 92%. КПД излучения 60%. Заказные изделия, изготавливаемые под каждый конкретный объект. Высота монтажа от 4 м, максимальная высота - 10-12 м (есть примеры объектов с монтажом на высоте до 20 м при использовании отражателей с теплоизоляцией). Возможно размещение блока горелки и вытяжки вне отапливаемого помещения. Отсутствие промежуточного теплоносителя, а значит, - протечек и размораживания. Меньше точек подключения газа и отвода продуктов сгорания (мощность одного излучателя 30-300 кВт).
Область применения - отопление производственных, складских помещений, мастерских, спортивных залов, гаражей, сельскохозяйственных построек.
2. Электрические инфракрасные обогреватели.


Проектирование и монтаж без надзора. Низкие капитальные затраты. Отсутствие промежуточного теплоносителя, а значит, - протечек и размораживания.
Высота монтажа от 2,5 м. до 10 м. Приоритет помещений с низкой теплоизоляцией или сверхвысокие помещения, в которых вентиляция незначительная или достаточно инфильтрации.

Выбор всегда есть.
Назад к содержимому