В этой статье: история инфракрасного отопления; принцип работы ИК обогревателей; их виды и характеристики; опасно ли инфракрасное излучение для человека; как выбирать инфракрасные обогреватели.
Издревле человеку известно, что вместе с заходящим Солнцем уходит и тепло, холод ночи заставляет зябко ежится и искать источники тепла. Тысячи лет основным поставщиком тепла был открытый огонь, после в наших домах появились центральные и индивидуальные системы отопления, различные электрические обогреватели… Вот только все эти источники тепла имеют одни общий минус — сушат воздух, бесцеремонно удаляя влагу и вынуждая домовладельцев приобретать не только сами обогреватели, но и увлажнители воздуха. И все же есть один тип обогревателей, не иссушающий воздух по той причине, что не нагревает его — это инфракрасные обогреватели, принцип работы которых позаимствован у самого Солнца.
Инфракрасное отопление — история
Само инфракрасное излучение открыто и исследовано английским астрономом и композитором Уильямом Гершелем. 220 лет назад этот астроном решил выяснить, какой именно цвет солнечного спектра нагревает созданный им телескоп больше всего. Он разложил солнечный луч на составляющие с помощью призмы и, замерив температуру градусником, установил, что более всего температура нарастает за гранью красного светового луча. Гершель заключил, что за видимой красной частью спектра есть некое невидимое излучение, которое и нагревает объекты больше всего.
Вильям Гершель (Фридрих Вильгельм Гершель). 1738-1822
Создателем первого инфракрасного обогревателя, источником энергии для которого служил газ, был немецкий изобретатель Гюнтер Шванк — в 1933 году им получен патент на это изобретение. В России инфракрасное отопление еще в 1905 году пытался внедрить его изобретатель — инженер В.А. Яхимович, правда, носителем лучистой энергии по его проекту выступала горячая вода и пар, передаваемые по зданию стальными трубами, вделанными в стены, перекрытия и колонны.
Первые инфракрасные излучатели тепла производились в основном для технических нужд — они по сей день широко применяются для сушки окрашенных поверхностей, с их помощью стерилизуют и подсушивают пищевые продукты.
Принцип работы и виды инфракрасных обогревателей
Если большинство популярных отопительных устройств и систем основано на конвективном теплообмене, при котором вначале нагревается воздух, нагревающий в свою очередь стены, потолок, пол и предметы в помещении, то лучистый теплообмен свойственен только инфракрасным обогревателям.
Инфракрасное излучение включает в себя три диапазона электромагнитных волн: 0,77-15 мкм — коротковолновый; 15-100 мкм — средневолновый; 100-340 мкм — длинноволновый. Благодаря спектральной близости коротковолнового диапазона к визуально различимому свету и практически совпадению длинноволнового диапазона с ультракороткими радиоволнами, инфракрасное излучение ведет себя подобно видимому свету (проецируясь прямолинейно, преломляясь и отражаясь) и, подобно радиоволнам, проникая через некоторые непроницаемые для света материалы насквозь. Другими словами, этот вид излучения не может нагреть светопроницаемые среды, подобные воздуху, и нагревает те объекты, которые непроницаемы для видимого спектра солнечных лучей. Эффективность обогрева длинноволновыми инфракрасными лучами наглядно демонстрирует Солнце, обогревающее Землю миллиарды лет именно этими лучами.
Любой инфракрасный обогреватель основан на принципе лучистого нагрева — получаемые в результате инфракрасные лучи отражаются рефлектором в зону обогрева. В зависимости от источника энергии существуют газовые, дизельные и электрические инфракрасные обогреватели. В первом варианте с помощью пьезоэлемента поджигается смесь воздуха с пропаном, такие обогреватели предназначены для открытых пространств, как-то спортивные площадки и парковые зоны — газовые инфракрасные обогреватели излучают длинные волны, обогревая площадь около 25 м2 (в зависимости от модели).
Второй вариант ИК обогревателя также предназначен для открытых пространств и помещений, но он работает по принципу тепловой пушки и легко перемещаем — его конструкция, помимо заправленного бака с топливом, требует подключения к электросети. Его принцип работы: при подаче электропитания разогреваются электроды горелки; запускаются топливный насос и вентилятор, формирующий топливовоздушную смесь; поступившая к горелке смесь паров топлива и воздуха воспламеняется, излучая ИК лучи.
Стоит заметить, что только инфракрасным излучением можно эффективно обогревать открытые пространства вне зависимости от сквозняков!
Третий вариант инфракрасного обогревателя работает от электроэнергии, источником излучения выступает заключенная в цоколь нитевая катушка, разогревающаяся до температуры в 900 оС. Получаемые в результате инфракрасные лучи, как и в конструкции газового и дизельного обогревателей, направляются в зону обогрева с помощью рефлектора.
Внешне газовый ИК обогреватель напоминает классический уличный фонарь — цилиндрическое основание, к которому подводится газ или в котором размещается газовый баллон, стойка, внутри нее проложен соединяющий источник газа и горелку шланг. Завершает конструкцию инжекционная горелка, над которой размещен рефлектор излучателя. КПД таких обогревателей достаточно высок — 80-85%, обогреваемая площадь — порядка 25 м2. Средняя стоимость газовых инфракрасных обогревателей составляет 16 000 руб.
Дизельный инфракрасный обогреватель состоит из рамы, оснащенной колесной базой, установленным на ней баком для топлива (дизтопливо или керосин) и корпусом излучателя, внешне похожего на горизонтально направленный прожектор, соединенного шлангами с топливным баком. Средняя цена на дизельный ИК обогреватель — 18 000 руб.
Электрические ИК обогреватели оснащаются излучателями трех типов, различающихся по оболочке, в которой размещена нить накаливания — кварцевой, керамической или металлической (как правило, алюминиевой). Вакуумной трубкой из прозрачного кварцевого стекла, с расположенной внутри нитью накаливания, оснащаются инфракрасные обогреватели простой конструкции, поэтому такие обогреватели дешевы (от 2 000 руб.) Минусы таких излучателей: короткий срок службы — около 2-х лет; относительно высокое энергопотребление — около 1-2,5 кВт; различаемое человеческим глазом красноватое свечение, неприятное для чувствительного зрения. Излучаемые такими трубками ИК коротковолновые лучи не подходят для обогрева в течение длительного времени, они удобны для быстрого прогрева помещения или для помещений значительной площади.
Спираль в керамических инфракрасных обогревателях скрыта внутри оболочки и не видна, т.е. никакого свечения не отмечается. Срок службы керамических излучателей выше — от 3-х лет, но они стоят дороже (от 9 000 руб.). Плюс керамических ИК обогревателей в меньшей, по сравнению с кварцевыми излучателями, потребность в электроэнергии — в диапазоне 50 Вт-2 кВт (зависит от конкретной модели). Медленные нагрев и охлаждение керамических ИК излучателей компенсируется их прочностью, они применяются в инфракрасных саунах и лечебных учреждениях.
По своим характеристикам излучатели с нагревательной спиралью внутри металлического корпуса схожи с керамическими нагревательными элементами, стоимость инфракрасных обогревателей с такими излучателями несколько выше — порядка 11 000 руб. Все плоские обогреватели оборудованы излучателями в металлическом корпусе.
По температуре разогрева излучающей пластины инфракрасные обогреватели подразделяются на высокотемпературные (более 400 оС) и низкотемпературные (в диапазоне 25-50 оС). Обогреватели с разогревом излучающей пластины в пределах 100-200 оС называют длинноволновыми. Длина инфракрасных волн высокотемпературных приборов обогрева слишком коротка — менее 7,5 мкм, они «жесткие» и при длительном воздействии нанесут человеческой коже повреждения, сравнимые с солнечным ожогом. Поэтому такие излучатели используют только в местах кратковременного пребывания людей, к примеру, в помещениях цехов. Безопасные для человеческой кожи низкотемпературные обогреватели применяются повсеместно, они выполняются в разных формах, в том числе в виде плоских панелей, размещаемых на потолках офисов и жилых помещений. Приборы ИК обогрева с длинноволновым излучением чаще используются в жилых помещениях с высотой потолков до 3 м, для кожи человека их излучение безопасно. В жилых помещениях, где размещаются дети, наибольшая температура разогрева спирали излучающего ИК элемента не должна превышать 65 оС.
Инфракрасные обогреватели могут быть настроены на работу в автоматическом режиме, стать частью оборудования «умного дома». Это особенно удобно для загородных домов, пустующих в холодный сезон — исключить падение температуры внутри жилых помещений можно, задав ИК обогревателям поддержание температуры в них на оптимальном уровне в 5 оС.
Как действует инфракрасное излучение на человека
В целом ИК излучение для человека безопасно — более того, оно улучшает общее самочувствие. Но стоит учитывать, что прямое воздействие излучения инфракрасного обогревателя аналогично облучению солнечных лучей, оказаться под которыми в летний полдень без защиты головного убора чревато перегревом. В погожий день на солнцепеке тепловое облучение действует с интенсивностью порядка 400 Вт/м2 — тепловой удар неминуем. Обогрев инфракрасным излучением с интенсивностью свыше 150 Вт/м2 опасен для человека, т.к. может ослабить иммунную систему, нарушить структуру белковых молекул. Оптимальным для взрослого человека будет ИК излучение, чья интенсивность находится в диапазоне от 60 до 100 Вт/м2.
Следует избегать ИК обогревателей коротковолнового излучения, способного проникать в человеческое тело. Длинноволновые инфракрасные излучатели в целом безопасны, но требуется устанавливать их строго на заявленной производителем высоте — чем меньше расстояние до облучаемой поверхности, тем ее достигает излучение большей интенсивности. При появлении чувства дискомфорта, возникающего при ходьбе или сидении под ИК обогревателем, его интенсивность излучения следует понизить. С этой точки зрения правильным будет установка нескольких маломощных обогревателей, чем одного, но большой мощности.
В отношении дизельных и газовых инфракрасных обогревателей необходимо строго соблюдать одно правило — размещать их только на открытом воздухе!
Инфракрасные обогреватели — как их выбирать
Прежде всего, ИК обогреватель не так экзотичен, чем кажется на первый взгляд — в СССР были такие бытовые приборы, внешне напоминающие круглую чашу радарной установки. Круглый, вогнутый рефлектор, по центру керамический конус, вокруг которого обмотана оголенная нагревательная спираль, при включении разогревающаяся докрасна — вспоминаете?
Подобные инфракрасные приборы отопления не производятся лет этак 15 — они откровенно опасны, т.к. могут привести к пожару, не говоря уже о сжигании кислорода.
Изучая современные типы электрических ИК обогревателей, рассмотрим подробно два из них — с нагревательным элементом в кварцевой трубке и в металлическом корпусе. Кварцевая трубка обладает лишь одним преимуществом — КПД такого обогревателя немногим выше, чем у излучающей тепло металлической пластины, примерно на 5%. Температура разогрева спирали внутри кварцевой трубки превышает 600 оС, излучаемый ею поток тепла достаточно силен — по этой причине такие инфракрасные излучатели устанавливают на жаровни для шаурмы. Как уже упоминалось выше, срок службы кварцевой трубки невелик, а замена обойдет дороговато — стоимость кварцевой трубки составляет значительную часть цены самого обогревателя.
ИК обогреватели с низкотемпературной спиралью-тэном внутри алюминиевой пластины (теплоизлучающим элементом) не разогреваются выше 300 оС, единственный их «рабочий» минус заключается в негромком потрескивании — у нержавеющей стали, образующей спираль и алюминия различные коэффициенты расширения, это нормально и не должно вызывать беспокойства. Внимательно изучите внутреннее устройство такого обогревателя, выяснив характеристики тэна, термоизлучающей пластины, корпуса, изолятора и фольги.
Итак, просим продавца снять внешнюю крышку с обогревателя, внимательно изучаем его внутреннее устройство и задаем вопросы продавцу:
- какова толщина анодирующего слоя на термоизлучающей пластине? Слой качественного анодирования должен быть не менее 25 мкм. Слой такой толщины обеспечит около 20 лет исправной работы прибора, при меньшем слое пластина прогорит года через три, обогреватель, соответственно, выйдет из строя. К сожалению, внешне определить толщину анодирующего слоя невозможно — придется довериться продавцу;
- из какого металла выполнен тэн? Тэны могут быть из нержавеющей стали или обычного черного металла, во втором варианте устанавливать обогреватель можно лишь в сухих помещениях (балкон и гараж таковыми не являются);
- внимательно изучите металлический корпус изнутри, он здесь не будет окрашен — это нормально. Убедитесь, что на металле нет следов ржавчины, если таковые присутствуют, откажитесь от покупки — значит снаружи металл был окрашен по ржавчине, которая через пару лет проступит и снаружи, испортив вид прибора;
- какова толщина фольги рефлектора? Минимально допустимая толщина — 120 мкм, если фольга будет тоньше, то значительная часть инфракрасных лучей уйдет в потолок и не будет отражена в нужном направлении. Воспользуйтесь обычной шариковой ручкой — снимите колпачек и слегка нажмите на фольгу (усилие при нажатии то же, что и при постановке точки на бумажном листе). Замятие или появление дырки в фольге означают, что ее толщина не более 100 мкм — нажатие на фольгу толщиной от 120 мкм не оставит практически никакого следа.
Кстати, наличие в конструкции инфракрасного обогревателя вентилятора означает не преимущество, а недостаток — по сути, это будет обычный конвекционный обогреватель, поднимающий в помещении пыль.
Убедитесь в правильной и полноценной маркировке самого ИК обогревателя и его упаковки — глянцевые заводские наклейки (матовые наклейки можно сделать на обычном лазерном принтере), четко нанесенный текст, обозначен производитель, соответствие ГОСТ или ТУ, указана дата выпуска. Будьте внимательны со сроком гарантии — слишком короткий или слишком уж долгий срок при неизвестной марке производителя должен внушать подозрение.
