Существует три варианта передачи тепла от более нагретого тела к телу, имеющему меньшую температуру. Если между телами имеется разделяющая поверхность, то перенос тепла через нее называют теплопередачей. Окружающие тела можно обогревать предварительно нагретым газом или жидкостью. Такой способ называется конвекцией. И, наконец, способ обогрева, который называется тепловым. Этот способ использует электромагнитное излучение, которое исходит от нагретых тел. Таким способом передачи тепла обладают все нагретые тела.
Схема устройства инфракрасного отопления.
Эти приборы называют так потому, что их тепловое излучение такое же, как и инфракрасные лучи солнца.
О тепловом излучении подробнее
Схема работы инфракрасного электрического обогревателя.
Любое нагретое тело всегда отдает тепло тремя указанными выше способами. Если радиатор занавесить так, чтобы материал прилегал к нему вплотную, то обогрев занавески будет происходить за счет теплопередачи. Открытый радиатор обогревает помещение двумя способами: конвекцией и тепловым способом. При этом конвекция имеет существенное преимущество перед тепловым излучением. Инфракрасные излучатели тем и отличаются от радиатора, что у них тепловой способ передачи превалирует над конвекционным, а теплопередача отсутствует полностью.
Об инфракрасных лучах подробнее
Инфракрасными (ИК) лучи называют потому, что длина волны этого излучения меньше 0, 74 мкм, то есть меньше границы красной составляющей части солнечного спектра излучения и больше коротковолнового радиоизлучения, длина волны которого составляет 1-2 мм.
Приобретая ИК обогреватель, можно услышать, что производители одни из них называют темными, другие ‑ светлыми. Кто-то называет их длинноволновыми, а кто-то и инфракрасными. Последнее название правильное. Все остальное — от желания как-то отличить свой товар. Все инфракрасные обогреватели следует делить по температуре излучения (нагрева). Чтобы было понятно, как по рекламному названию разобраться, о чем идет речь, приведем принятую у специалистов градацию:
Схема работы потолочного пленочного нагревателя.
Инфракрасные лучи свободно проходят через пластинки кремния. Металлы практически полностью отражают такие лучи. Эти особенности ИК излучения используют при изготовлении обогревателей. Так, материалы на основе кремния используют для создания светофильтров, а алюминий применяют для создания рефлекторов отопительных приборов направленного действия.
Такие лучи по разному взаимодействуют с молекулами воздуха и находящимися в нем частицами. Так, молекулы азота и кислорода только слегка рассеивают ИК лучи, совершенно не поглощая их. Водяные пары, наоборот, ослабляют ИК излучение почти во всем диапазоне длин волн. Углекислый газ ослабляет лучи в средней части диапазона длин волн ИК излучения. Излучение существенно рассеивает дым, частицы пыли, капельки воды.
Принцип обогрева помещения ИК обогревателями
Поскольку в чистом прозрачном воздухе энергия излучения практически не расходуется, то она, естественно, достигает стен, пола и предметов, находящихся в комнате, в которых и поглощается, повышая их температуру. Теперь все предметы и люди, находящиеся в помещении, становятся источниками тепла и обогревают комнату конвекционным способом. В этом и вся суть ИК обогрева. Чем ближе к ИК обогревателю находится предмет, тем больше энергии он поглотит и, следовательно, тем больше он нагреет окружающий его воздух. Поскольку ослабления лучей в чистом воздухе не происходит, то предметы будут нагреты в разной степени только потому, что с расстоянием, даже при наличии рефлектора, уменьшается плотность потока теплового излучения.
Практически все отопительные системы не имеют возможности локально обогревать часть помещения. Такие возможности есть у инфракрасной системы отопления. Она имеет ряд преимуществ:
Схема работы традиционного обогревателя.
Инфракрасная система обогрева: виды, управление
Рассмотрим, пожалуй, самый простой вариант обогрева частного домовладения — обогрев с помощью электрического тока.
Пленочные ИКО
Такие обогреватели появились не так давно, но уже весьма популярны. Что-то более простое придумать трудно. Они не вписываются в перечисленную ранее градацию, так как имеют температуру нагрева 40-70 градусов. Низкая температура и надежная защита от поражения электротоком делает их безопасными в эксплуатации. Эти обогреватели практически не занимают полезной площади помещения, они легки, их не трудно перенести и закрепить в другом помещении. Они не боятся влаги, и их можно применить для обогрева ванной комнаты. Имея небольшую температуру нагрева, они не высушивают воздух и не поглощают кислород.
Пленочный ИК обогреватель состоит из металлической фольги, запрессованной между плотными пластиковыми пленками. Фольгу нагревают до температуры 40-70 градусов. Нагретый участок поверхности становится излучателем энергии в ИК диапазоне длин волн. На такие обогреватели можно установить термодатчик. Этим достигается экономное расходование электроэнергии и исключается перегрев источника тепла. Термодатчик может реагировать и на перепады напряжения в сети.
Иногда пленочные обогреватели изготавливают даже в виде картин. Его нельзя свернуть в рулон как обычную пленку, так как он по периметру окантован (например, деревянными планками), но зато никто и не будет подозревать, что это картина-обогреватель.
Карбоновые обогреватели
В природе существует две формы углерода: графит и алмаз. Карбон представляет искусственно созданную третью. Особенность этого материала заключается в его высокой теплопроводности, превышающей теплопроводность металлов. Причем максимальное значение коэффициента теплопроводности (более 3000 Втм∙К) находится в диапазоне, близком к комнатной температуре. В связи с очень большим сроком службы углеродной нити, рекламируя карбоновые обогреватели, их называют вечными.
На ИЗОБРАЖЕНИИ 1 показан вариант горизонтального расположения кварцевой трубки, на ИЗОБРАЖЕНИИ 2 — вариант вертикального расположения. Для большей эффективности прибора внутри кварцевой трубки имеется отражающая поверхность. Трубку можно поворачивать на 180 градусов в горизонтальной или в вертикальной плоскости.
Кварцевая трубка защищает прибор от проникновения влаги. Недостатком этого прибора является большая вероятность повреждения трубки при падении прибора или при ударном воздействии на нее. На этот случай прибор оснащен системой автоматического отключения при повреждении кварца и в положении, когда основание наклонено на угол, превышающий допустимый. Автоматическое отключение прибора происходит и при его перегреве, и при скачках напряжения в сети.
Поддержание требуемой температуры осуществляется с помощью терморегуляторов. Существуют и более сложные варианты управления, называемые программируемыми. Можно запрограммировать, например, перевод в режим не замерзания (плюс 7 град.) с последующим включением обогрева в установленный день и час.