Електричні інфрачервоні обігрівачі Білюкс
Вацлав КОПЕРІН
Інфрачервоні (ІЧ) випромінювачі все частіше використовують в практиці. Ці пристрої вже перестали бути екзотикою і стають повсякденністю. Проте досі не багато навіть фахівців в змозі пояснити, наприклад, яка ж ефективність інфрачервоних обігрівачів, який критерій вибору, не кажучи вже про складніші питання. Але тим не менше ринок цих пристроїв формується згідно з усіма законами економіки, і розвиток його відбувається досить інтенсивно.
Інфрачервоні випромінювачі (обігрівачі) – один з видів опалення. Інфрачервоні електричні обігрівачі, як правило, використовуються для допоміжного обігріву житлових приміщень, відкритих майданчиків, складів, а також виробничих приміщень. Такі прилади грунтовані на принципі, що кардинально відрізняється від принципу побудови звичайних опалювальних систем-конвекции. Інфрачервоні обігрівачі нагрівають не повітря в приміщенні, а предмети, які потім передають теплову енергію повітрю. Як правило, обігрів робочого місця або майданчика є точковим, тому ІЧ-обігрівачі частіше використовуються для обігріву конкретних предметів або областей приміщення. Такий принцип дії інфрачервоних обігрівачів значно зменшує енерговитрати на опалення. Розміщення інфрачервоних обігрівачів може бути різним: його кріплять до стелі (такі обігрівачі називають стельовими), є також можливість віконної або настінної установки інфрачервоного обігрівача.
Електричні інфрачервоні обігрівачі
Інфрачервоне обладнання, представлене сьогодні на українському ринку, має різні дизайн, компактність і зручність в застосуванні.
Предмет обговорення
Представлені в Україні ІЧ-випромінювачі можна розділити за кількома ознаками. В першу чергу, по виду енергоносія – електричні та газові. За сферою застосування ІЧ-випромінювачі поділяють на побутові та промислові. За місцем монтажу – стельові, настінні, віконні, підлогові і ін.
Для промислового обігріву, як правило, використовують газові ІЧ-випромінювачі, так як експлуатація електричних обходиться десь у 3 дорожче. Електричні інфрачервоні обігрівачі в основному застосовують в побуті, в адміністративних приміщеннях і т.д. Найбільш яскравим прикладом електричного обігрівача є широко рекламовані популярные коротковолновые излучатели. Менш відомі, але які вирішують проблеми загального побутового та промислового опалення, які по економічності прирівнюються до газових – довгохвильові обігрівачі системи Білюкс.
Переваги та недоліки притаманні всім типам інфрачервоних обігрівачів.
Електричні пристрої працюють безшумно, без вібрацій. Відсутність продуктів згоряння усуває потребу в додаткових системах витяжної вентиляції, але не в газових ІЧ. Використовують інфрачервоні електричні обігрівачі і в приміщеннях, і на відкритому повітрі: стадіонах, вуличних кафе, концертних майданчиках. Такі пристрої знаходять також широке застосування в різних промислових процесах, наприклад, для сушки і нагріву. Їх висока практичність полягає в простому і швидкому монтажі, простоті експлуатації устаткування і управлінні температурним режимом, звільняються значні площі, виключається небезпека розморожування системи. У інфрачервоних електричних обігрівачів не використовуються рухомі частини. Основною проблемою їх застосування є необхідність дотримання гігієнічних нормативів: обмеження температури поверхні обігрівача і щільності променистого теплового потоку на робочому місці. Це вимагає детального розрахунку розподілу променистого тепла по поверхнях обслуговуваних приміщень.
Газові обігрівачі класифікуються: за типом пальників і по температурі на поверхні випромінювача на так звані «світлі» випромінювачі (ГІІ – високотемпературні, 850-1200°С), «темні» випромінювачі (середньотемпературні – ІГТО, 350-550°С) і «супертемні» (низькотемпературні – 200-250°С). Сучасні інфрачервоні обігрівачі різних марок і виробників, як правило, можуть відрізнятися ступенем автоматизації і управління, монтуватися у вертикальній або горизонтальній площині.
«Світлі» випромінювачі є різновидом інжекційних пальників, розрахованих на роботу з коефіцієнтом надлишку повітря 1,05-1,1, що забезпечує стандартну повноту згоряння газу. При нормальній експлуатації пальників в продуктах згоряння виявляються тільки сліди чадного газу (СО) і невеликі концентрації оксидів азоту. Газ, виходячи з великою швидкістю з сопла, інжектує необхідну для згоряння кількість повітря і разом з повітрям, надходить в змішувальну камеру. При цьому відбувається інтенсивне перемішування повітря з газом. З розподільної камери, повністю підготовлена для згорання суміш через отвори керамічного випромінюючого тіла виходить на поверхню останнього, де згорає в тонкому (приблизно 1-1,5 мм) шарі. Значна частина теплоти при горінні передається керамічним плиткам (випромінювачу), поверхня яких через 40-60с нагрівається до температури 850-1200ºС. Пластини стають потужним джерелом теплового (інфрачервоного) випромінювання. Залежно від конструкції керамічних плиток та їх температури променистий ККД становить 40-65% від теплової потужності випромінювача.
«Темні» випромінювачі найчастіше складаються з атмосферного пальника, випромінюючих труб, відбивачів, вентилятора і системи забезпечення подання і згорання газового палива. Розрядження, що створюється вентилятором в трубах, призводить до того, що під атмосферним тиском через калібрований отвір в труби надходить повітря. Пальники зазвичай сконструйовані так, щоб забезпечити максимально можливе змішування газу і повітря. Деякі виробники в своїх пальниках застосовують пристосування для рекуперативного підігріву повітря відпрацьованими газами. Підпал суміші виконується електродом, який в процесі згоряння газу здійснює моніторинг за наявністю полум’я. Пальники забезпечені електронікою контролю полум’я. Є пристрої, які використовують електроніку, здатну визначати стан працездатності обігрівача. До вентилятора і труб випромінювачів пред’являються підвищені вимоги з точки зору надійності і термостійкості, оскільки і труби і вентилятор стикаються з високотемпературним і агресивним середовищем. При цьому необхідно забезпечити високий променистий ККД обігрівачів. Сама по собі висока випромінююча здатність пристрою не гарантує високий ККД випромінювача. Багато що залежить від відбивачів, що направляють променеву енергію в робочу зону.
«Супертемні» (компактні) випромінювачі від стандартних «темних» випромінювачів відрізняються рядом параметрів:
– потужність пальника може досягати декількох сотень кВт;
– оснащеність трубами більшого діаметра і ізольованими відбивачами;
– завдяки примусовій циркуляції димових газів була отримана майже рівномірна температура на всій довжині випромінювача;
– частина димових газів виводиться з системи (виведена кількість димових газів оптимізовано залежна від режиму роботи пальника);
– довжина випромінюючих труб становить від десятків до сотень метрів;
– потужність може регулюватися в межах 10-100% (правда, у більшості моделей є лише 2-ступінчасте регулювання);
– «супертемні» випромінювачі можна встановлювати на висоті 4 м і більше.
Принцип роботи
Спектральна область ІЧ-випромінювання лежить між кінцем видимого світла (з довжиною хвилі 0,74 мкм) і короткохвильовим випромінюванням (0,1-0,2 мкм). Інфрачервону область спектра умовно поділяють на ближню (від 0,74 до 2,5 мкм), середню (2,5-50 мкм) і далеку (50-2000 мкм) частини.
Принцип роботи інфрачервоного обігрівача можна пояснити на класичних прикладах нагріву тел (предметів) тепловою енергією Сонця або багаття. І хоча цей принцип відомий людству з давніх часів, його матеріальне втілення стало можливим завдяки розвитку інфрачервоної техніки.
Опалення за допомогою інфрачервоних обігрівачів істотно відрізняється від конвекційного, при якому спочатку відбувається розігрів повітря, і тільки потім від нього нагріваються предмети. Довгохвильове інфрачервоне випромінювання, навпаки, в першу чергу рівномірно нагріває предмети і поверхні, які потім передають тепло повітрю. Фізична сутність цього явища полягає в тому, що ІЧ-випромінювання не поглинається і практично не розсіюється повітрям, а, значить, всю свою енергію інфрачервоні промені передають навколишнім предметам і поверхням.
При конвекційному опаленні різниця температур у підлоги і стелі може становити 6-10°С, а температурний градієнт по висоті – від 1,7°С/м до 2,5°С/м. При цьому нагріте повітря природним чином піднімається вгору, а холодне повітря залишається внізу.
При інфрачервоному обігріві температура в поверхні підлоги вище, ніж у стелі, температурний градієнт становить приблизно 0,3°С/м. Доведено, що в цих умовах комфортна температура на висоті 1,5 м може бути знижена на 2-3°С без шкоди для здоров’я людини, так як температура підлоги буде становити 18-19°С. Завдяки суттєвому зменшенню витрат на опалення і зниження комфортної температури економія коштів при використанні інфрачервоних обігрівачів в порівнянні з електроконвекторним опаленням може становити 20-25%. Крім того, побудова системи ІЧ-обігріву за принципом локального і/або зонального обігріву також забезпечує певну економію електроенергії.
Встановлений на стелі інфрачервоний обігрівач створює спрямований потік теплової енергії, яка не нагріває повітря. Тому такий опалювальний прилад забезпечує в приміщенні, що обігрівається абсолютно інший розподіл температури по висоті, ніж при конвекційному опаленні. В цьому випадку температура предметів і поверхонь стає вище за температуру навколишнього повітря, а повітря внизу прогрівається сильніше, ніж вгорі. Все це обумовлює більш приємний і комфортний характер опалювання.
Вимоги до ІЧ-обігрівачів
Для опалення виробничих приміщень з висотою стель від 4 м і більше, крім виробництв і приміщень, що відносяться з вибухопожежної безпеки до категорій А та Б, та будинків із ступенем вогнестійкості ІV і V, згідно ДБН В.2.5-20-2001 «Газопостачання», допускається встановлювати під стелею інфрачервоні газові трубчасті обігрівачі (ІГТО) променистого опалення («темні» випромінювачі), з відводом продуктів згоряння в атмосферу. Застосування ІГТО в житлових і громадських будинках не допускається.
Застосовувані ІГТО повинні бути обладнані повною автоматизацією процесу згоряння газового палива з блокуванням подачі газу на пальник випромінювача у випадках:
– зниження або підвищення тиску газу понад встановлених меж;
– відсутність розрядження в камері змішування газу з повітрям, тобто припинення роботи витяжного вентилятора;
– згасання полум’я в пальниках;
– при відсутності напруги в блоці управління і безпеки;
– при наявності несправностей в блоці управління.
Відповідно до ГОСТ і паспортом світлого випромінювача в продуктах згоряння цього типу випромінювачів вміст оксидів азоту не повинен перевищувати 40 мг/куб.м і СО – 220-250 мг/куб.м . Гранично допустима концентрація (ГДК) зазначених речовин в робочій зоні згідно ГОСТ «Повітря робочої зони» не повинна перевищувати 5 мг/ куб.м NОx і 20 мг/куб.м СО, при цьому, відповідно до рекомендацій АВОК, розрахункова концентрація повинна прийматися в розмірі 30% від ГДК.
Забезпечення безпечної концентрації шкідливих речовин під час роботи світлих випромінювачів може бути здійснено тільки за допомогою загальнообмінної вентіляціі.Для того щоб довести концентрацію шкідливих речовин зазначених до нормативної, необхідно, за розрахунками фахівців, подавати на розбавлення продуктів горіння одного світлого випромінювача близько 62 куб.м повітря в годину на 1 кВт встановленої потужності. Витрата електроенергії на подачу і підігрів такої кількості повітря становить приблизно 0,82 кВт∙год на кВт встановленої потужності.
Застосування інфрачервоних опалювальних приладів
Для опалення житлових приміщень, висота стель яких становить 2,5-3,5 м, фахівці рекомендують використовувати інфрачервоні нагрівачі з температурою випромінюючої поверхні від 100°С до 200°С. Ето м’яке і безпечне випромінювання, найбільш близьке за своїм спектром до природного тепла.
Для відкритих майданчиків, балконів з висотою більше 4 м слід застосовувати інфрачервоні обігрівачі з температурою поверхні, що випромінює до 950°С.
Найбільш повно переваги інфрачервоних обігрівачів проявляються при використанні їх для опалення офісів, магазинів, кафе і т.п., а також виробничих приміщень. Фахівці рекомендують встановлювати в цих приміщеннях касетні стелі і вбудовані стельові системи опалення. Використання такого обладнання забезпечує тепловий комфорт, дозволяє здійснювати оптимальне розміщення меблів і устаткування (відсутні радіатори, труби, кріпильні елементи). Крім цього, оскільки конвекція повітря при інфрачервоному опаленні практично відсутній, то піднімається значно менше пилу. На робочих місцях співробітників можна забезпечити локальний посилений обігрів, а в інших зонах промислових приміщень і в залах, де знаходяться відвідувачі, можна підтримувати більш низьку температуру. Все це дозволяє істотно зменшити енерговитрати на обігрів приміщень. Для цих цілей застосовують низькотемпературні прилади, спектр інфрачервоного випромінювання яких безпечний для знаходяться в приміщенні людей.
Крім того, перемикання системи інфрачервоного опалення на економічний режим обігріву (приблизно на рівні + 5°С протягом 2/3 опалювального часу) після закриття виробничого приміщення, магазину дозволяє істотно (на 30-40%) знизити споживання енергоресурсів (електроенергії, газу). У певний час система управління (грубо кажучи, таймер) може автоматично включити опалення і підвищити температуру приміщення до заданої.
Особливості та ефективність
Конструктивне виконання інфрачервоних обігрівачів забезпечує можливість їх установки в різних приміщеннях без будь-яких ускладнень.
Найбільш ефективним є застосування інфрачервоного опалення для приміщень з високими стелями (склади, виробничі приміщення, спортзали). У цих та подібних їм приміщеннях економія електроенергії може становити від 40% до 50%, так як немає необхідності прогрівати більшу частину об’єму приміщення через дуже незначну конвекцію теплого воздуха. ІЧ-обігрівачі здатні ефективно боротися з тим, що відволожується стін, пліснявою і надмірною вологістю. Їх також застосовують для захисту вітрин, вітражів тощо від снігу та льоду.
При локальному обігріві на робочому місці в навколишній зоні створюється більш комфортний температурний режим, ніж на решті площі приміщення. При цьому середня температура в приміщенні може бути на 2-3°С нижче оптимальної (22°С), проте за рахунок прямого поглинання енергії від інфрачервоного обігрівача, людина в зоні його дії відчуває себе комфортно. Крім того, в приміщенні при інфрачервоному опаленні не виникають протяги.
Електричні інфрачервоні обігрівачі не становлять небезпеки для людини: рівень їх електромагнітного випромінювання менше, ніж у деяких побутових електроприладів. Під час роботи ці пристрої не спалюють кисень і, отже, не виділяють шкідливих продуктів згоряння і неприємних запахів, зберігають природну вологість повітря в приміщенні, працюють безшумно.
Використання інфрачервоного опалення не викликає у людей астматичних і алергічних рецидивів. Тепло відчувається відразу після включення інфрачервоних обігрівачів, навколишні предмети мають теплі поверхні. При необхідності можуть бути створені зони підвищеного комфорту або більш рівномірно прогріте приміщення.
Суворе дотримання вимог з безпеки, правильний монтаж спільно з установкою пристроїв захисного відключення і автоматичних вимикачів виключає випадки ураження струмом і загоряння при експлуатації електричних інфрачервоних обігрівачів.
При установці систем інфрачервоного опалення немає необхідності в прокладанні складних і дорогих теплотрас. Поряд з цим, застосування інфрачервоних обігрівачів виключає незручності, пов’язані з експлуатацією та ремонтом традиційних систем опалення.
Для інфрачервоного обладнання характерний тривалий термін служби (більше 25 років). Витрати на інфрачервоне опалення менше в порівнянні з конвекторним на 20-25%. Капітальні витрати на створення системи інфрачервоного обігріву трохи вище в порівнянні з електроконвекторним опаленням, але нижче, ніж у традиційного опалення.
Ринкова складова
Ще кілька років тому на українському ринку були представлені ІЧ-обігрівачі виключно зарубіжного походження. Домінували, зрозуміло, вироби з країн Європи (Угорщини, Німеччини, Італії, Польщі, Словаччини, Франції, Чехії, Швеції), але присутні і пристрої з США, Туреччини, Росії. З тих пір ситуація трохи, але змінилася – з’явилося досить велика пропозиція інфрачервоних обігрівачів вітчизняного складання.
Проте на ринку як і раніше «правлять бал» імпортери. Найбільш широко представлені вироби Frico (Швеція), Roberts Gordon (США), «Теплофон» (Росія), популярные коротковолновые излучатели (Туреччина), MO-EL (Італія), ADRIAN (Чехія). Просувають закордонні інфрачервоні обігрівачі такі компанії, як Heating Ukraine, «Шванк Україна», Uden-Ukraine, «СКС», «Термо Плюс», «Грань-енерго», ВКФ «Енергогарант», «Бриллион», НВП «Ребус», ЦЕК «ЕСКО-Центр».
Українська продукція – це, в першу чергу, інфрачервоні обігрівачі заводу «Сейм» (Путивль Сумської обл.), «РОСС» (Харків), «Внедренческая фірма «РЕТА» (ТМ «Геліос», Донецьк), «Укрпром» (ТМ «Теплов», Харків), ТОВ Білюкс (ТМ “Білюкс”).
Порівняльні характеристики газових променистих обігрівачів
| Параметр | Світлі | Темні | Супертемні |
| Поверхнева температура,°С | 800-1200 | 400 (ефективна) | 150-200 (ефективна) |
| Добавка променевої температури, °С | ~7-10 | ~ 4-5 | ~ 2 |
| Потужність випромінювання, кВт/кв. м | 100-140 | 6-8 | 1-2 |
| ККД променевої складової,% | <72 | 45-65 | 25-45 |
| Довжина хвилі, мкм | 1,55-2,55 | 3,6-8,1 | 6-14 |
| Необхідність вентиляції приміщення | да (немає відводу відпрацьованих газів) | ні (є висновок відпрацьованих газів) | ні (є висновок відпрацьованих газів) |
| Використання для опалення робочих приміщень | обмежена | не обмежена для типових об’єктів | для об’єктів з хорошими теплотехнічними властивостями |
| Променисте тепло, яке використовується в робочій зоні, % | 65 | 60 | 25-45 |
| Втрати з димовими газами, % | 30 | 10-15 | 5-10 |
| Конвекція, % | 20 | 45-70 | |
| Абсорбція, % | 3-6 | 3-6 | |
| За даними компанії «Адріан» | |||