Отопление в инфракрасном спектре

Попадая на поверхность ограждений и предметов, излучение частично поглощается и частично отражается. При отражении происходит эффект вторичного излучения. В условиях установившегося теплового режима разница между температурой поверхностей, находящейся под воздействием лучей системы отопления, и температурой окружающего воздуха в условиях установившегося теплового режима, как правило, составляет 1-2°С для металлических поверхностей и 3,5-5°С – для неметаллических. При конвективном отоплении (воздушные, радиаторные и конвекторные системы) температура воздуха, наоборот, превышает температуру поверхностей строительных конструкций и предметов. В помещениях небольшого объема (квартира, офис) повышение температуры воздуха существенно не увеличивает расход тепла. При отоплении крупных производственных или коммерческих помещений высотой 5 и более метров поднимающийся к потолку нагретый воздух создает значительный градиент температур, в результате возникает так называемая тепловая подушка в верхней зоне помещения, при этом теплопотери объекта возрастают.
Лучистое отопление не создает значительного градиента температур по высоте помещения, способствуя тем самым более равномерному распределению тепла. Температурные условия практически идентичны природным: в солнечный день за счет получения части энергии от излучения человек чувствует себя комфортно даже при умеренной (15-16°С) температуре воздуха. Напомним, что теплоотдача человека происходит следующим образом: 50% – излучением, 25% – конвекцией, 22% – с испарением и 3% – с дыханием. Таким образом, на излучение приходится половина всех теплопотерь. Идеальный вариант – компенсировать потери тепловой энергии человеком с учетом данных пропорций.
В зависимости от интенсивности и длины волны инфракрасного излучения реакции человеческого организма на его воздействие могут быть оптимальными, допустимыми и повреждающими. Человеческое тело излучает тепло в диапазоне 3-50 мкм. Пик приходится на 9,6 мкм. При воздействии на организм волн длиной более 1,5 мкм происходит активное поглощение внешней энергии, а на клеточном уровне активизируются позитивные процессы. Напротив, излучение с длиной волны менее 2,27 мкм отрицательно влияет на здоровье человека.
В зависимости от количества и расположения по площади помещения, системы лучистого отопления можно разделить на: локальные (отопление отдельных рабочих мест), зональные (отапливается значительная площадь помещения) и общее отопление (отопление по всей площади здания). Лучшие микроклиматические условия обеспечиваются лучистым отоплением по всей площади. Полная классификация инфракрасных обогревателей включает «светлые» высокотемпературные излучатели (температура излучающей поверхности – 800-1200°С), «темные» (300-600°С) и «супертемные» (150-400°С). В странах СНГ для отопления производственных и коммерческих помещений чаще всего используются инфракрасные «темные» газовые обогреватели (ИТГО). Обычно лучистые системы отопления, созданные на базе ИТГО, применяются для цехов средней высоты (от 4-х до 20-ти м).
Процесс горения в камерах сгорания «темных» или «супертемных» излучателей организован следующим образом: природный газ или другие виды топлива (жидкое топливо, сжиженный газ) поступают в блочную горелку и сжигаются внутри закрытой стальной или алюминизированной трубы, которая при нагреве становится источником инфракрасного излучения. Продукты сгорания удаляются принудительно при помощи вентилятора и не попадают в помещение: применение «темных» излучателей не требует принудительной вентиляции помещения. «Супертемные» обогреватели входят в состав длинных систем различной конфигурации с одним горелочным блоком, собираемых в соответствии с геометрией помещения и необходимостью в обогреве локальных зон для отопления крупных цехов. За рубежом принято размещать излучающие трубы «супертемных» обогревателей внутри, а горелочный блок – за пределами отапливаемого помещения. В восточно-европейских странах размещение блока горелки за пределами здания, исходя из климатических условий, проблематично по причине так называемых холодных стартов.
Как и в других областях отопительной техники, производители инфракрасных обогревателей стремятся реализовывать в конструкциях выпускаемых приборов инновационные решения, направленные на повышение экономичности, экологичности и безопасности их работы. Например, такое техническое решение, как рециркуляция дымовых газов, широко применяется в горелочной технике. Часть продуктов сгорания не выводится в дымовую трубу, а подается обратно к горелке через рециркуляционную трубку, соединяющую установленные на противоположных концах излучающей трубы блоки вытяжного вентилятора и горелки. Возврат части продуктов сгорания уменьшает парциальное давление кислорода в зоне горения, что приводит к понижению температуры в самой горячей области факела и, следовательно, меньшему образованию оксидов азота. Это происходит без потери тепловой мощности горелочного устройства – часть газа, не получившего кислород для быстрого окисления за соплом, сгорает позже. Факел удлиняется, что способствует более равномерному нагреву излучающей трубы. А в результате применения специальной огневой головки, содержание в дымовых газах оксидов азота (NOx) и угарного газа (СО) настолько мало, что продукты сгорания могут напрямую, без доочистки, подаваться в теплицы. Содержащийся в них углекислый газ будет служить своеобразным удобрением для растений.
Автоматизация работы излучателей снижает потребление энергии и облегчает управление ими. Например, система IQ предусматривает оснащение каждого прибора микропроцессорным контроллером, позволяющим запрограммировать режим его работы. При этом оптимизация процесса горения производится автоматически и не требует дополнительных устройств. Такие приборы могут быть объединены в комплексные системы отопления больших помещений, микроклимат в которых будет максимально соответствовать заданным параметрам. Наряду с излучателями в единую интеллектуальную сеть можно включить воздухонагреватели, дестратификаторы, воздушные завесы, датчики внутренней и наружной температуры и т.д. Управление системой производится удаленно (с персонального компьютера диспетчера) или непосредственно на объекте (пультом, через инфракрасный порт).
Стоит отметить, что «супертемные» обогреватели европейских производителей обычно выпускают как в газовом, так и в жидкотопливном исполнении. Переход с одного вида топлива на другой осуществляется посредством замены горелки. «Темные» излучатели могут работать как на природном, так и сжиженном газе. Перевод инфракрасного обогревателя с одного вида газа на другой производится заменой форсунки и перенастройкой регулятора давления. Это позволяет организовать автономное отопление объекта вне зависимости от наличия подключения к газовой магистрали, а также согласования и получения технических условий на газоснабжение.

В газовых инфракрасных обогревателях «светлого» типа отсутствует система удаления дымовых газов. Вместе с более высокими, чем у «темных» приборов, плотностью потока излучения и КПД лучистой составляющей это определило их область применения: стадионы и другие открытые площадки, помещения с высоким (более 7 м) потолком. Кроме того, «светлые» излучатели применяют в таких технологических процессах, как сушка, термообработка, технологический нагрев, разморозка вагонов и т.д. В обогревателях «светлого» типа газ под давлением подается в специальную камеру и смешивается с воздухом, затем газовоздушная смесь через поры попадает на поверхность керамических пластин, снабженных множеством отверстий, где и происходит сгорание. Нагреваясь, пластины становятся источником инфракрасного излучения. Для усиления эффекта обогрева, направления излучения в обогреваемую зону и снижения теплопотерь над излучателем размещается отражатель, изготавливаемый из полированной нержавеющей стали или алюминия. У «светлых» излучателей отражатели не изолируются по причине отсутствия необходимости, у «темных» изоляция отражателя применяется для поднятия лучистого КПД прибора, если этого требует здание или излучатель не способен без изоляции отражателя обеспечить необходимый лучевой КПД. У «супертемных» отражатель изолирован практически всегда.

Отдельную нишу среди инфракрасных излучателей занимают мобильные обогреватели, различающиеся по областям применения и источнику энергии. Переносные приборы, сконструированные для работы на сжиженном газе, используются для временного создания комфортных условий на небольших открытых площадках – террасах ресторанов, приусадебных участках и т.д. Типичная компоновка такого прибора представляет собой (снизу вверх) цилиндрический корпус в основании, стойку, инжекционную горелку низкого давления и конусообразный отражатель («зонтик»). В корпусе размещается баллон для сжиженного газа, шланг от которого проходит внутри стойки. Зона горения локализована металлическим сетчатым излучателем. Блок ручного управления (пьезорозжиг, регулятор мощности) находится в верхней части стойки. Для локального обогрева производственных помещений (строительные объекты, склады, мастерские), а также технологических процессов (нагрев трубопроводов, оттаивание, просушка, применяют мобильные инфракрасные теплогенераторы на жидком топливе.
В особый класс можно выделить электрические инфракрасные обогреватели. Область их применения охватывает не только бытовой обогрев, но и промышленное отопление с установкой на высоте до 20 м.
Главное преимущество лучистого отопления заключается в возможности создания комфортных температурных условий при более низкой (на 3-5°С) температуре воздуха. Лучистая энергия без промежуточного носителя направленно поступает в обслуживаемую зону, что также приводит к снижению теплопотерь. Таким образом, применение систем лучистого отопления позволяет сэкономить 25-40% тепловой энергии в производственных помещениях высотой 5 и более метров.

Анастасия ВЛАДИ