Электрические инфракрасные обогреватели Билюкс

 

 Вацлав КОПЕРИН

Загадочные Инфракрасные ИК излучатели

Инфракрасные (ИК) излучатели все чаще используют в практике. Эти устройства уже перестали быть экзотикой и становятся повседневностью. Однако до сих пор не многие даже специалисты в состоянии объяснить, например, какова же эффективность ИК-обогревателей, каковы критерий выбора, не говоря уже о более сложных вопросах. Но тем не менее рынок этих устройств формируется согласно всем законам экономики, и развитие его происходит весьма интенсивно.

Инфракрасные излучатели

Инфракрасные излучатели (обогреватели) — один из видов отопления. Инфракрасные электрические обогреватели, как правило, используются для вспомогательного обогрева жилых помещений, открытых площадок, складов, а также производственных помещений. Такие приборы основаны на принципе, кардинально отличающемся от принципа построения обычных отопительных систем-конвекции. Инфракрасные обогреватели нагревают не воздух в помещении, а предметы, которые затем передают тепловую энергию воздуху. Как правило, обогрев рабочего места или площадки является точечным, поэтому ИК-обогреватели чаще используются для обогрева конкретных предметов или областей помещения. Такой принцип действия инфракрасных обогревателей значительно уменьшает энергозатраты на отопление. Размещение ИК-обогревателей может быть различным: его крепят к потолку (такие обогреватели называют потолочными), есть также возможность оконной или настенной установки инфракрасного обогревателя.

Электрические инфракрасные обогреватели

Инфракрасное оборудование, представленное сегодня на украинском рынке, имеет различные дизайн, компактность и удобство в применении.

 Предмет обсуждения

Представленные в Украине ИК-излучатели можно разделить по нескольким признакам. В первую очередь, по виду энергоносителя — электрические и газовые. По сфере применения ИК-излучатели подразделяют на бытовые и промышленные. По месту монтажа — потолочные, настенные, оконные, напольные и др.

Для промышленного обогрева, как правило, используют газовые ИК-излучатели, так как эксплуатация электрических обходится раза в 3 дороже. Электрические инфракрасные обогреватели в основном применяют в быту, в административных помещениях и т.д. Наиболее ярким примером электрического обогревателя являются широко рекламируемые популярные коротковолновые излучатели. Менее известные, но решающие проблемы общего бытового и промышленного отопления, которые по экономичности приравниваются к газовым — длинноволновые обогреватели системы Билюкс.

Достоинства и недостатки присущи всем типам ИК-обогревателей.

Электрические устройства работают бесшумно, без вибраций. Отсутствие продуктов сгорания устраняет потребность в дополнительных системах вытяжной вентиляции, но не в газовых ИК. Используют инфракрасные электрические обогреватели и в помещениях, и на открытом воздухе: стадионах, уличных кафе, концертных площадках. Такие устройства находят также широкое применение в различных промышленных процессах, к примеру, для сушки и нагрева. Их высокая практичность заключается в простом и быстром монтаже, простоте эксплуатации оборудования и управлении температурным режимом, освобождаются значительные площади, исключается опасность размораживания системы. В инфракрасных электрических обогревателях не используются движущиеся части. Основной проблемой их применения является необходимость соблюдения гигиенических нормативов: ограничение температуры поверхности обогревателя и плотности лучистого теплового потока на рабочем месте. Это требует детального расчета распределения лучистого тепла по поверхностям обслуживаемых помещений.

Газовые обогреватели классифицируются: по типу горелочных устройств и по температуре на поверхности излучателя на так называемые «светлые» излучатели (ГИИ – высокотемпературные, 850-1200°С), «темные» излучатели (среднетемпературные – ИГТО, 350-550°С) и «супертемные» (низкотемпературные – 200-250°С). Современные инфракрасные обогреватели различных марок и производителей, как правило, могут отличаться степенью автоматизации и управления, монтироваться в вертикальной или горизонтальной плоскости.

«Светлые» излучатели представляют собой разновидность инжекционных горелок, рассчитанных на работу с коэффициентом избытка воздуха 1,05-1,1, что обеспечивает стандартную полноту сгорания газа. При нормальной эксплуатации горелок в продуктах сгорания обнаруживаются только следы угарного газа (СО) и небольшие концентрации окислов азота. Газ, выходя с большой скоростью из сопла, инжектирует необходимое для сгорания количество воздуха и вместе с воздухом, поступает в смесительную камеру. При этом происходит интенсивное перемешивание воздуха с газом. Из распределительной камеры, полностью подготовленная для сгорания смесь через отверстия керамического излучающего тела выходит на поверхность последнего, где сгорает в тонком (примерно 1-1,5 мм) слое. Значительная часть теплоты при горении передается керамическим плиткам (излучателю), поверхность которых через 40-60 с нагревается до температуры 850-1200ºС. Пластины становится мощным источником теплового (инфракрасного) излучения. В зависимости от конструкции керамических плиток и их температуры лучистый КПД составляет 40-65% от тепловой мощности излучателя.

«Темные» излучатели чаще всегосостоят из атмосферной горелки, излучающих труб, отражателей, вентилятора и системы обеспечения подачи и сгорания газового топлива. Разряжение, создаваемое вентилятором в трубах, приводит к тому, что под атмосферным давлением через калиброванное отверстие в трубы поступает воздух. Горелки обычно сконструированы так, чтобы обеспечить максимально возможное смешивание газа и воздуха. Некоторые изготовители в своих горелках применяют приспособления для рекуперативного подогрева воздуха отработанными газами. Поджиг смеси выполняется электродом, который в процессе сгорания газа осуществляет мониторинг наличия пламени. Горелки снабжены электроникой контроля пламени. Имеются устройства, которые используют электронику, способную определять состояние работоспособности обогревателя. К вентилятору и трубам излучателей предъявляются повышенные требования с точки зрения надежности и термоустойчивости, поскольку и трубы и вентилятор соприкасаются с высокотемпературной и агрессивной средой. При этом необходимо обеспечить высокий лучистый КПД обогревателей. Сама по себе высокая излучающая способность устройства не гарантирует высокий КПД излучателя. Многое зависит от отражателей, направляющих лучевую энергию в рабочую зону.

«Супертемные» (компактные) излучатели от стандартных «темных» излучателей отличаются рядом параметров:

— мощность горелки может достигать нескольких сотен кВт;

— оснащенность трубами бóльшего диаметра и изолированными отражателями;

— благодаря принудительной циркуляции дымовых газов была получена почти равномерная температура на всей длине излучателя;

— часть дымовых газов выводится из системы (выводимое количество дымовых газов оптимизировано в зависимости от режима работы горелки);

— длина излучающих труб составляет от десятков до сотен метров;

— мощность может регулироваться в границах 10-100% (правда, у большинства моделей имеется лишь 2-ступенчатая регулировка);

— «супертемные» излучатели можно устанавливать на высоте 4 м и более.

Принцип работы

Спектральная область ИК-излучения лежит между концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и коротковолновым излучением (0,1-0,2 мкм). Инфракрасную область спектра условно разделяют на ближнюю (от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далекую (50-2000 мкм) части.

Принцип работы инфракрасного обогревателя можно пояснить на классических примерах нагрева тел (предметов) тепловой энергией Солнца или костра. И хотя этот принцип известен человечеству с давних времен, его материальное воплощение стало возможным благодаря развитию инфракрасной техники.

Отопление с помощью инфракрасных обогревателей существенно отличается от конвекционного, при котором сначала происходит разогрев воздуха, и только потом от него нагреваются предметы. Длинноволновое инфракрасное излучение, наоборот, в первую очередь равномерно нагревает предметы и поверхности, которые затем передают тепло воздуху. Физическая сущность этого явления состоит в том, что ИК-излучение не поглощается и практически не рассеивается воздухом, а, значит, всю

При конвекционном отоплении разница температур у пола и потолка может составлять 6-10°С, а температурный градиент по высоте – от 1,7°С/м до 2,5°С/м. При этом нагретый воздух естественным образом поднимается вверх, а холодный воздух остается внизу.свою энергию инфракрасные лучи передают окружающим предметам и поверхностям.

При инфракрасном обогреве температура у поверхности пола выше, чем у потолка, температурный градиент составляет приблизительно 0,3°С/м. Доказано, что в этих условиях комфортная температура на высоте 1,5 м может быть понижена на 2-3°С без ущерба для самочувствия человека, так как температура пола будет составлять 18-19°С. Благодаря существенному уменьшению затрат на отопление и снижению комфортной температуры экономия средств при использовании ИК-обогревателей по сравнению электроконвекторным отоплением может составлять 20-25%. Кроме того, построение системы ИК-обогрева по принципу локального и/или зонального обогрева также обеспечивает определенную экономию электроэнергии.

Установленный на потолке инфракрасный обогреватель создает направленный поток тепловой энергии, который не нагревает воздух. Поэтому такой отопительный прибор обеспечивает в обогреваемом помещении совершенно иное распределение температуры по высоте, чем при конвекционном отоплении. В этом случае температура предметов и поверхностейстановится выше температуры окружающего воздуха, а воздух внизу прогревается сильнее, чем вверху. Все это обусловливает более приятный и комфортный характеротопления.

Требования к ИК-обогревателям

Для отопления производственных помещений с высотой потолков от 4 м и более, кроме производств и помещений, относящихся по взрывопожарной безопасности к категориям А и Б, и зданий со степенью огнестойкости ІV и V, согласно ДБН В.2.5-20-2001 «Газопостачання»,допускается устанавливать под потолком инфракрасные газовые трубчатые обогреватели (ИГТО) лучистого отопления («темные» излучатели), с отводом продуктов сгорания в атмосферу. Применение ИГТО в жилых и общественных зданиях не допускается.

Применяемые ИГТО должны быть оборудованы полной автоматизацией процесса сгорания газового топлива с блокированием подачи газа на горелку излучателя в случаях:

— понижения или повышения давления газа сверх установленных границ;

— отсутствия разряжения в камере смешивания газа с воздухом, т.е. остановки работы вытяжного вентилятора;

— погасания пламени в горелках;

— при отсутствии напряжения в блоке управления и безопасности;

— при наличии неисправностей в блоке управления.

В соответствии с ГОСТ и паспортом светлого излучателя в продуктах сгорания этого типа излучателей содержание оксидов азота не должно превышать 40 мг/куб.м и СО — 220-250 мг/куб.м. Предельно допустимая концентрация (ПДК) указанных веществ в рабочей зоне согласно ГОСТ «Воздух рабочей зоны» не должна превышать 5 мг/куб.м NОx и 20 мг/куб.м СО, при этом, в соответствии с рекомендациями АВОК, расчетная концентрация должна приниматься в размере 30% от ПДК.

Обеспечение безопасной концентрации вредных веществ во время работы светлых излучателей может быть осуществлено только с помощью общеобменной вентиляции.Для того чтобы довести концентрацию вредных веществ указанных до нормативной, необходимо, по расчетам специалистов, подавать на разбавление продуктов горения одного светлого излучателя около 62 куб.м воздуха в час на 1 кВт установленной мощности. Расход электроэнергии на подачу и подогрев такого количества воздуха составляет примерно 0,82 кВт∙ч на кВт установленной мощности.

Применение инфракрасных отопительных приборов

Для отопления жилых помещений, высота потолков которых составляет 2,5-3,5 м, специалисты рекомендуют использовать инфракрасные нагреватели с температурой излучающей поверхности от 100°С до 200°С.Это мягкое и безопасное излучение, наиболее близкое по своему спектру к природному теплу.

Для открытых площадок, балконов с высотой более 4 м следует применять инфракрасные обогреватели стемпературой излучающей поверхности до 950°С.

Наиболее полно преимущества ИК-обогревателей проявляются при использовании их для отопления офисов, магазинов, кафе и т.п., а также производственных помещений. Специалисты рекомендуют устанавливать в этих помещениях кассетные потолки и встроенные потолочные системы отопления. Использование такого оборудования обеспечивает тепловой комфорт, позволяет осуществлять оптимальное размещение мебели и оборудования (отсутствуют радиаторы, трубы, крепежные элементы). Кроме этого, поскольку конвекция воздуха при инфракрасном отоплении практически отсутствует, то поднимается значительно меньше пыли. На рабочих местах сотрудников можно обеспечить локальный усиленный обогрев, а в остальных зонах промышленных помещений и в залах, где находятся посетители, можно поддерживать более низкую температуру. Все это позволяет существенно уменьшить энергозатраты на обогрев помещений. Для этих целей применяют низкотемпературные приборы, спектр инфракрасного излучения которых безопасен для находящихся в помещении людей.

Кроме того, переключение системы инфракрасного отопления на экономичный режим обогрева (примерно на уровне +5°С в течение 2/3 отапливаемого времени) после закрытия производственного помещения, магазина позволяет существенно (на 30-40%) снизить потребление энергоресурсов (электроэнергии, газа). В определенное время система управления (грубо говоря, таймер) может автоматически включить отопление и повысить температуру помещения до заданной.

Особенности и эффективность

Конструктивное исполнение ИК-обогревателей обеспечивает возможность их установки в различных помещениях без каких-либо затруднений.

Наиболее эффективно применение инфракрасного отопления для помещений с высокими потолками (склады, производственные помещения, спортзалы). В этих и подобных им помещениях экономия электроэнергии может составлять от 40% до 50%, так как нет необходимости прогревать большую часть объема помещения из-за очень незначительной конвекции теплого воздуха.ИК-обогреватели способны эффективно бороться с отсыреванием стен, плесенью и чрезмерной влажностью. Их также применяют для защиты витрин, витражей и т.п. от снега и льда.

При локальном обогреве на рабочем местеи в окружающей зоне создается более комфортный температурный режим, чем на остальной площади помещения. При этом средняя температура в помещении может быть на 2-3°С ниже оптимальной (22°С), однако за счет прямого поглощения энергии от инфракрасного обогревателя, человек в зоне его действия чувствует себя комфортно. Кроме того, в помещении при инфракрасном отоплении не возникают сквозняки.

Электрические ИК-обогреватели не представляют опасности для человека: уровень их электромагнитного излучения меньше, чем у некоторых бытовых электроприборов. Во время работы эти устройства не сжигают кислород и, следовательно, не выделяют вредных продуктов сгорания и неприятных запахов, сохраняют естественную влажность воздуха в помещении, работают бесшумно.

Использование инфракрасного отопления не вызывает у людей астматических и аллергических рецидивов. Тепло ощущается сразу после включения инфракрасных обогревателей, окружающие предметы имеют теплые поверхности. При необходимости могут быть созданы зоны повышенного комфорта или более равномерно прогретое помещение.

Строгое соблюдение требований по безопасности, правильный монтаж совместно с установкой устройств защитного отключения и автоматических выключателей исключает случаи поражения током и возгорания при эксплуатации электрических инфракрасных обогревателей.

При установке систем инфракрасного отопления нет необходимости в прокладке сложных и дорогих теплотрасс. Наряду с этим, применение инфракрасных обогревателей исключает неудобства, связанные с эксплуатацией и ремонтом традиционных систем отопления.

Для инфракрасного оборудования характерен длительный срок службы (более 25 лет). Затраты на инфракрасное отопление меньше по сравнению с конвекторным на 20–25%. Капитальные затраты на создание системы инфракрасного обогрева несколько выше по сравнению с электроконвекторным отоплением, но ниже, чем у традиционного отопления.

Рыночная составляющая

Еще несколько лет назад на украинском рынке были представлены ИК-обогреватели исключительно зарубежного происхождения. Доминировали, разумеется, изделия из стран Европы (Венгрии, Германии, Италии, Польши, Словакии, Франции, Чехии, Швеции), но присутствовали и устройства из США, Турции, России. С тех пор ситуация незначительно, но изменилась — появилось довольно большое предложение ИК-обогревателей отечественной сборки.

Тем не менее на рынке по-прежнему «правят бал» импортеры. Наиболее широко представлены изделия Frico (Швеция), Roberts Gordon (США), «Теплофон» (Россия), популярные коротковолновые излучатели (Турция), MO-EL (Италия), ADRIAN (Чехия). Продвигают зарубежные ИК-обогреватели такие компании, как Heating Ukraine, «Шванк Украина», Uden-Ukraine, «СКС», «Термо Плюс», «Грань-энерго», ПКФ «Энергогарант», «Бриллион», НПП «Ребус», ЦЭК «ЭСКО-Центр».

Украинская продукция — это, в первую очередь, ИК-обогреватели завода «Сейм» (Путивль Сумской обл.), «РОСС» (Харьков), «Внедренческая фирма «РЭТА» (ТМ «Гелиос», Донецк), «Укрпром» (ТМ «Теплов», Харьков), ООО Билюкс (ТМ «Билюкс»).

Сравнительные характеристики газовых лучистых обогревателей

Параметр	Светлые	Темные	Супертемные
Поверхностная температура, °С	800-1200	400 (эффективная)	150-200 (эффективная)
Добавка лучистой температуры, °С	~7-10	~ 4-5	~ 2
Мощность излучения, кВт/кв. м	100-140	6-8	1-2
КПД лучистой составляющей, %	<72	45-65	25-45
Длина волны, мкм	1,55-2,55	3,6-8,1	6-14
Необходимость вентиляции помещения	да (нет отвода отработанных газов)	нет (есть вывод отработанных газов)	нет (есть вывод отработанных газов)
Использование для отопления рабочих помещений	ограничено	не ограничено для типичных объектов	для объектов с хорошими теплотехническими свойствами
Лучистое тепло, используемое в рабочей зоне, %	65	60	25-45
Потери с дымовыми газами, %	30	10-15	5-10
Конвекция, %		20	45-70
Абсорбция, %	3-6	3-6
По данным компании «Адриан»