Три способа передачи тепла
Тепло от более нагретого тела к менее нагретому может передаваться тремя основными способами. Первый — теплопередача, которая происходит при непосредственном контакте через разделяющую поверхность. Второй — конвекция, когда теплоносителем выступает предварительно нагретый газ или жидкость. Третий способ — тепловое излучение, основанное на передаче энергии электромагнитными волнами от нагретых тел. Именно этот принцип лежит в основе работы инфракрасных систем отопления.
Иллюстрация, демонстрирующая основные способы передачи тепла.
Суть инфракрасного отопления
Приборы инфракрасного отопления получили своё название благодаря излучению, спектр которого аналогичен инфракрасным лучам солнца. В отличие от традиционных радиаторов, которые обогревают помещение в значительной степени за счёт конвекции, в инфракрасных обогревателях доминирует именно лучистый теплообмен, а теплопередача как таковая отсутствует.
Схематичное устройство типичного инфракрасного отопительного прибора.
Что такое инфракрасные лучи?
Инфракрасное (ИК) излучение — это электромагнитные волны с длиной волны от 0,74 мкм (граница видимого красного света) до 1-2 мм (начало диапазона радиоизлучения). На рынке можно встретить обогреватели, которые производители называют «тёмными», «светлыми», «длинноволновыми». По сути, все они являются инфракрасными, а разница в названиях часто — лишь маркетинговый ход. Специалисты классифицируют их прежде всего по температуре нагрева излучающего элемента.
Схема, поясняющая работу электрического инфракрасного обогревателя.
Особенности взаимодействия ИК-лучей с материалами
Инфракрасные лучи обладают уникальными свойствами взаимодействия с различными материалами. Например, они свободно проходят через кремниевые пластины, что позволяет использовать кремний для изготовления светофильтров. Металлы, в свою очередь, почти полностью отражают ИК-излучение, поэтому алюминий часто применяют для создания эффективных отражателей (рефлекторов) в обогревателях направленного действия.
По-разному ведут себя лучи и в воздушной среде. Молекулы основных газов воздуха (азот, кислород) почти не поглощают ИК-излучение, лишь слегка его рассеивая. А вот водяной пар и углекислый газ ослабляют его. Сильное рассеивание вызывают также дым, пыль и капли воды в воздухе.
Принцип действия потолочного плёночного нагревателя.
Принцип обогрева помещения
Ключевой принцип инфракрасного обогрева заключается в том, что лучистая энергия, почти не теряясь в чистом воздухе, достигает поверхностей (пола, стен, мебели) и людей, поглощается ими и превращается в тепло. Таким образом, сначала нагреваются не воздух, а твёрдые объекты, которые затем сами отдают тепло окружающей среде уже за счёт конвекции. Это позволяет осуществлять локальный, зональный обогрев, что является одним из главных преимуществ ИК-систем перед традиционными, равномерно нагревающими весь объём помещения.
Сравнение схемы работы традиционного конвекционного обогревателя и принципа ИК-нагрева.
Виды и управление инфракрасными системами обогрева
Рассмотрим популярные виды электрических инфракрасных обогревателей для частного использования.
Плёночные инфракрасные обогреватели (ИКО)
Это современное и практичное решение. Они работают при относительно низких температурах (40–70°C), что делает их безопасными. Конструктивно представляют собой металлическую фольгу, запаянную между слоями прочной пластиковой плёнки. Нагревшаяся фольга становится источником мягкого инфракрасного излучения.
Их преимущества: не занимают полезную площадь, мобильны, влагостойки (подходят для ванных), не сушат воздух и не сжигают кислород. Часто оснащаются термодатчиками для экономии энергии и защиты от перегрева. Существуют даже дизайнерские модели, оформленные как картины.
Карбоновые обогреватели
В основе этих приборов — нагревательный элемент из карбона (искусственной формы углерода), обладающего исключительно высокой теплопроводностью. Карбоновые нити имеют огромный срок службы, что дало повод называть такие обогреватели «вечными».
Нагревательный элемент обычно помещён в прочную кварцевую трубку, которая обеспечивает влагозащиту. Внутри трубки часто есть отражатель для повышения эффективности. Приборы оснащены системами безопасности: автоматически отключаются при падении, перегреве, повреждении кварцевой колбы или скачках напряжения.
Управление температурой осуществляется с помощью терморегуляторов — от простых механических до программируемых, позволяющих задавать график обогрева (например, поддержание температуры +7°C в отсутствие хозяев с последующим прогревом ко времени их возвращения).