Рис. 1. Различия между традиционной и инфракрасной системами отопления
Рис. 2. Потери при транспортировке тепла
Рис. 3. Принцип работы газового инфракрасного излучателя «светлого» типа
Рис. 4. Принцип работы газового инфракрасного излучателя «темного» типа
Инфракрасное (лучистое) отопление основано на принципе теплового излучения. Тепловое излучение — это переход тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой. Количество переданного тепла зависит от физических свойств самих тел, их взаимного расположения, температуры их поверхностей и т.д.
Примером передачи тепла от одного тела другому посредством излучения представляют собой Солнце и Земля. Тепло, излучаемое Солнцем, проходит через космический вакуум и атмосферу, достигает поверхности Земли и нагревает ее именно в результате излучения. Нагретое тело излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн, вследствие чего его температура уменьшается, и если какое-нибудь тело подвергается тепловому излучению, его температура увеличивается.
Установлено, что применение инфракрасного отопления благоприятно сказывается на человеке. При определенной интенсивности теплового потока его воздействие вызывает приятное тепловое ощущение. При лучистом обогреве человеческое тело отдает большую часть избыточного тепла путем конвекции окружающему воздуху, имеющему, как правило, более низкую температуру. Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно влияет на самочувствие.
Различия традиционной и инфракрасной систем отопления
В традиционных конвективных системах отопления температура воздуха в районе потолка заметно выше, чем в районе пола, т.к. нагретый воздух поднимается вверх. Это ведет к неравномерности распределения температуры по высоте и непроизводительным потерям тепла в районе кровли, что заставляет проектировщиков увеличивать мощность отопительной системы (рис. 1). В установках лучистого отопления предполагается направленное излучение в нижнюю зону помещения.
Тепло при этом передается непосредственно обогреваемым поверхностям, а не воздуху, отсутствует необходимость приращения мощности установки в расчете на высоту помещения. Отсутствие застоя теплого воздуха в районе кровли способствует уменьшению тепловых потерь и созданию более комфортных условий микроклимата. Температура воздуха может быть немного ниже расчетной, в то время как поверхности стен и оборудования имеют температуру выше, что в целом дает то же ощущение комфорта для человека.
В традиционных конвективных системах происходит двухступенчатый нагрев: сначала теплоносителя и затем воздуха помещения, что уменьшает КПД и значительно сокращает мощность отопительной системы. Системы лучистого отопления не нуждаются в промежуточном теплоносителе. Их принцип — прямой нагрев. При использовании центрального отопления неизбежны потери.
В системах с газовыми инфракрасными излучателями (ГИИ) теплоноситель сгорает непосредственно на месте его использования, поэтому потери при передаче тепла на расстояние отсутствуют (рис. 2). Отопительные системы инфракрасного излучения дают возможность регулирования параметров их работы под каждый конкретный объект: от поддержания температуры на заданном уровне до программирования недельного режима работы системы с выделением рабочего времени, ночных часов и режима выходного дня.
Такая гибкость позволяет значительно сократить общие затраты на отопление.
Принцип действия инфракрасного (лучевого) отопления
Инфракрасное отопление осуществляется при помощи инфракрасных излучателей. Излучатель генерирует, формирует в пространстве и направляет тепловое излучение в зону обогрева. Оно попадает на пол, стены, технологическое оборудование и людей, находящихся в зоне действия инфракрасного излучения, поглощается ими и нагревает их.
Поток излучения, поглощаясь поверхностями, одеждой и кожей человека, создает тепловой комфорт без повышения температуры окружающего воздуха. Воздух практически прозрачен для инфракрасного излучения, он нагревается за счет вторичного тепла, т.е. конвекции от конструкции и предметов, нагретых излучением.
Системы газового инфракрасного отопления используются для отопления промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений, открытых и полуоткрытых площадок различного назначения, помещений, функционирующих короткое время, например, спортивных манежей, теннисных кортов, частично защищенных от ветра, монтажных участков, строительных площадок, террас, кафе и т.д. Кроме того, инфракрасные системы можно задействовать в различных технологических процессах, таких как сушка, термообработка и т.д.
Излучатели подвешиваются к потолку (высотой от 4 м), не занимая полезной площади, их незначительный вес не нарушает статику строительных конструкций. Инфракрасные излучатели делят на «светлые» и «темные». «Светлые» — с температурой на поверхности от 700 до 1000°С, по длине волны они ближе к видимому свету.
Излучатели с температурой поверхности около 400°C называются «темными». Рассмотрим принципы действия «светлых» и «темных» инфракрасных излучателей на примере оборудования самого крупного российского производителя инфракрасных систем — ЗАО «Сибшванк». Инфракрасные излучатели и первого и второго типов, как правило, размещают внутри самого помещения, но возможна их установка на открытом воздухе (при условии, что излучатель защищен от ветра).
Там, где требуется обогреть максимальную площадь относительно невысокого помещения, рекомендуются излучатели «темного» типа. Для «светлых» излучателей требуется подведение газа и электропитания. Точно дозированное количество газа поступает в смесительную трубу, где он смешивается с воздухом, превращаясь в легковоспламеняемую смесь (газ-воздух).
Она равномерно распределяется в смесительной камере, предварительно подогревается и затем попадает на керамическую плитку (рис. 3, а). Тысячи маленьких отверстий плитки обеспечивают процесс низкотемпературного горения.
Сама плитка при этом нагревается до температуры 900°С. Количество выбросов вредных продуктов сгорания (СО2 иNO2) при низкотемпературном горении незначительно (рис. 3, б), поэтому местной и общеобменной вытяжной вентиляции достаточно для применения этого типа инфракрасных обогревателей. Каждый излучатель постоянно контролируется датчиком контроля горения.
При отсутствии газа, напряжения в сети или прерывания горения автоматически срабатывает газовый электромагнитный клапан. Все эти процессы обеспечивает микропроцессорный блок управления процессом розжига и контроля горения. Давление поступающего газа поддерживается на постоянном уровне посредством электромагнитного клапана-редуктора (рис. 3, в). ля «темных» излучателей необходимо кроме газовой и электрической подводки оборудовать отдельный воздуховод для отвода продуктов сгорания.
Газ, проходя через комбинированный газовый клапан, смешивается с воздухом и поступает в специальную смесительную камеру, где образуется горючая смесь. Она проходит через керамическую плитку и зажигается на ее передней поверхности. Пламя и продукты сгорания равномерно распределяются по всей длине излучающей трубы, обеспечивая приятное тепловое ощущение.
Несгоревшие остатки выводятся при помощи вентилятора в системе отвода отходящих газов, которая монтируется отдельно для каждого излучателя. Система безопасности и регулирования работы аналогична примененной для «светлых» излучателей: утечка газа невозможна. Принцип работы «темного» газового излучателя представлен схематично на рис. 4.
Системы отопления с ГИИ допускается применять в помещениях категории взрывопожароопасности В2, B3, B4; Д и Г, кроме зданий IVa и V степени огнестойкости. Рекомендации по применению систем обогрева с ГИИ разработаны АВОК, одобрены и рекомендованы к применению Главным управлением стандартизации, технического нормирования и сертификации Минстроя России. Подводя итоги вышесказанному, можно выделить следующие преимущества системы инфракрасного отопления:
- температура воздуха ниже за счет эффекта обогрева только поверхностей, а не объема воздуха, при котором количество затрачиваемой энергии меньше, чем в традиционной системе централизованного отопления;
- отсутствует движение воздуха и пыли, образующейся при различных технологических процессах, что благоприятно сказывается на общем микроклимате в помещении;
- тепло направлено непосредственно в нижнюю зону помещения, поэтому самая высокая температура у пола и технологического оборудования, по этой причине установки лучистого отопления широко применяются в помещениях большой высоты;
- обогрев поверхностей, а не объемов, позволяет обогревать отдельные зоны или рабочие места без необходимости отопления всего помещения;
- возможность поддерживать различную температуру в различных зонах, что невозможно в системах конвекционного обогрева;
- отпадает необходимость строительства котельных и прокладки теплотрасс;
- отсутствие постоянного обслуживающего персонала;
- минимальные потери тепла;
- исключено замерзание системы отопления;
- быстрый прогрев помещений (15–30 мин после включения).
