Инфракрасные излучающие обогреватели

Инфракрасный (ИК) обогреватель — отопительный прибор, излучающий тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения. Энергия ИК обогревателей подобна солнечной. Единственное отличие: ИК обогреватели имеют ограниченный спектр излучения – длинные инфракрасные волны, которые абсолютно безопасны для человека.

Излучаемая энергия поглощается окружающими поверхностями, нагревает их и затем тепло передается воздуху. Это дает существенный экономический эффект по сравнению с конвекционным обогревом, где тепло в значительной степени расходуется на обогрев неиспользуемого подпотолочного пространства.

Кроме того, при помощи ИК обогревателей появляется возможность местного обогрева только тех площадей в помещении, в которых это необходимо без обогрева всего объёма помещения. Тепловой эффект от инфракрасных обогревателей ощущается сразу после включения, что позволяет избежать предварительного нагрева помещения. Все эти факторы снижают затраты энергии.

Главным конструктивным элементом инфракрасного обогревателя является излучатель, испускающий инфракрасное излучение за счёт нагрева. В электрических обогревателях обычно используется трубчатый электронагреватель (ТЭН) или открытая (либо защищённая кварцевой трубкой) спираль, в газовых — металлическая сетка или трубка с чёрным покрытием либо керамическая пластина со специальными отверстиями, нагреваемая проходящими сквозь неё продуктами сгорания природного газа, также карбоновое покрытие в пленочных обогревателях.

Для более направленного обогрева и защиты корпуса и его содержимого от перегрева применяется рефлектор из хорошо отражающего и теплостойкого металла. Если излучатель имеет компактную форму, то рефлектор делают в форме параболоида вращения, если линейную — параболического цилиндра. Для смягчения и частичного расширения диаграммы направленности рефлектор иногда делают матовым или наносят на него неровности.

Итак, электрические ИК обогреватели имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с масляными радиаторами:

Экологичность. Каждый человек изо дня в день, от часа к часу подвергается воздействию инфракрасного излучения, посылаемого солнцем.

Высокая эффективность работы и экономичность, – энергопотребление ИК обогревателей вне конкуренции. Если во всех других типах обогревателей речь идет о тысячах ватт, то здесь можно говорить о сотнях. ИК обогреватели способны достаточно быстро прогреть помещение – это качество обусловлено принципом их работы. Инфракрасное излучение нагревает не воздух, а окружающие предметы (полы, стены, мебель), которые в свою очередь отдают тепло в воздух.

Универсальность, – область применения данного оборудования довольно обширная. Существуют как бытовые инфракрасные обогреватели, так и промышленные, способные обогревать большие помещения. Производятся даже уличные инфракрасные обогреватели, которые способны обеспечить тепло на небольшом участке открытого пространства.

Абсолютная пожаробезопасность.

Простота в обслуживании, возможность их установки в любой точке помещения.

Эти обогреватели не сушат воздух и не выжигают кислород.

В заключение отметим особенность, которой обладают инфракрасные обогреватели для дома, – это их медицинские свойства. Инфракрасное излучение благоприятно сказывается на здоровье человека – оно улучшает кровообращение, тем самым помогая избавиться от болей в суставах.

Особенности конструкции и принцип действия

ИК обогреватели греют отнюдь не воздух, а предметы, находящиеся в комнате, в том числе пол и стены. В общем-то, инфракрасный обогреватель можно сравнить с домашним солнцем: его излучение, подобно солнечным лучам, пронизывает воздух, абсолютно не грея его. А вот как только луч дойдет до предмета, не пропускающего свет, тот его сразу же поглощает, естественно, нагреваясь при этом.

Инфракрасные волны имеют большую длину – именно они воспринимаются нашей кожей как тепло, исходящее от солнечных лучей. Мы его чувствуем, но увидеть не сможем никогда. И согревают нас эти лучи независимо от ветров и сквозняков.

Ни один конвектор не может нагреть комнату мгновенно – ведь при его работе происходит постоянное движение теплого воздуха вверх. То есть в первую очередь нагревается пространство в районе потолка, а мы-то находимся внизу, и пока воздушные массы (теплые и холодные) перемешаются, проходит немало времени.

Длинна волны и зависимость от нее температуры нагревательного элемента

Инфракрасное излучение находится в промежутке 0,78 мкм -1000 мкм (780 - 10 000 нм).

Нагревательные элементы, расположенные внутри ИК обогревателей, могут иметь разную длину излучаемых волн и разную температуру нагрева. Они бывают следующими:

Излучатели, испускающие длинные (в пределах от 5,6 до 100 микрон) волны. Их рабочая температура колеблется от 100 до 600 градусов, они могут использоваться и в домах, и в офисах, и в производственных помещениях, потолки в которых не выше трех метров. Впрочем, в квартире предостаточно обогревателя с рабочей температурой до 120 градусов.

Средние волны (с длиной от 2,5 до 5,6 микрон) излучают нагревательные элементы, греющиеся сильнее – от 600 до 1000 градусов. При этом потолок в помещении должен быть от 3 до 6 метров. Это может быть, например, частный дом или административное здание.

Короткие волны (от 0,74 до 2,5 микрон) испускают нагревательные элементы, работающие при температуре от 100 градусов. Тут уже требуемая высота потолка – от 6 до 8 метров. Такие потолки могут быть в фабричном или заводском цеху. Кроме того, обогреватели данного типа можно использовать и на улице. В домашних условиях мы не рекомендуем их использовать.

Зависимость температуры от мощности модели

Мощность 100-400 Вт. К приборам такой мощности относятся устройства обогрева так называемой «мягкой теплоты», максимальная температура которых достигает 60º. Нагреватель может использоваться во влажностном режиме до 100%. Кроме того нагреватели такого типа рекомендуется использовать в дошкольных образовательных учреждениях, чтобы дети не могли пораниться.

Мощность 400-600 Вт, температура от 60 до 100 ºС. Предназначенные, в большинстве своем, для установки в офисах. Некоторые обогреватели имеют крепления для потолка Армстронг. Корпуса металлические с различной защитой от IP55 до IP21.

Мощность 600-1000 Вт при температуре 101- 280 ºС. Инфракрасные обогреватели, технические характеристики которых ограниченны данной температурой выпускаются многими фирмами. Устройства предназначены для создания теплых завес над окнами или дверными проемами.

Мощность более 1000 Вт, температура поверхности более 300 ºС. В основном, предназначены для внешнего использования для обогрева открытых террас, зимних садов, балконов.

Типы нагревательных элементов

По виду излучателя инфракрасные обогреватели разделяются на карбоновые, галогенные, кварцевые и микатермические. Кроме того, производятся так называемые газовые обогреватели инфракрасного излучения.

Кварцевые ИК нагревательные элементы (Quartz Infrared Heater)

Кварцевые инфракрасные излучатели достаточно часто использовали и используют в больницах, производя дезинфекцию помещений.

Но кварцевые ИК нагревательные элементы принципиально отличаются от больничных излучателей спектром излучения. При этом принцип работы остается неизменным.

В кварцевую стеклянную трубку, из которой полностью выкачан весь воздух, помещена вольфрамовая спираль, раскаляющаяся до температуры 2000˚С при подаче на нее электроэнергии. Именно при таких условиях происходит образование длинноволнового инфракрасного излучения. Нельзя назвать такой нагреватель совершенно экономичным, – необходим нагрев спирали, что ведет к повышенному энергопотреблению.

Имеют относительно низкую стоимость, но их не всегда удобно использовать в жилых помещениях: при работе они светятся. Кварцевые ИК нагревательные элементы светятся красноватым цветом. Могут работать в течение многих лет.

Кварцевые (стеклянные) трубки являются незаменимыми нагревательными элементами в современных бытовых и промышленных установках. Они также часто используются в качестве защитного покрытия для электрических обогревателей, с помощью которых создается инфракрасный спектр, который передает тепло рабочей зоне. Кварцевые трубки входят в конструкцию ультрафиолетовых антибактериальных ламп, кварцевых ламп для соляриев, колб и мн. п.

Кварцевый нагреватель состоит из прозрачной трубчатой оболочки, которая в свою очередь может состоять из окиси кремния, окиси бора и алюминия. Данный прибор с легкостью выдерживает температуры до 1200 градусов Цельсия.

Конструкция стандартных кварцевых излучателей включает несколько труб, собранных в стальном корпусе. Средняя продолжительность работы составляет около 5 тысяч часов.

Кварцевые трубки являются незаменимыми составляющими во многих электрических устройствах. В современном мире возможности их использования расширяются все больше и больше. Часто ИК кварцевые элементы устанавливаются в сушильном оборудовании, начиная с устройств для сушки продуктов и заканчивая обработкой лакокрасочных материалов. В оснастку инновационных приборов для обогрева помещений входят также кварцевые ИК излучатели. Многофункциональные паяльные станции оснащены трубками для верхнего нагрева. Список применения кварцевых ИК нагревателей можно продолжать бесконечно. При этом с каждым днем появляется все больше устройств работающих от этих нагревателей, так как они отлично зарекомендовали себя в длительной эксплуатации и являются высокоэффективными.

Галогенные ИК нагревательные элементы (Halogen lamps, Halogen infrared heater)

Имеют относительно низкую стоимость, но их не всегда удобно использовать в жилых помещениях: при работе они светятся. Это не всегда удобно, например, при размещении в спальне.

Галогенный инфракрасный обогреватель – принцип его работы точно такой же, как и у кварцевого излучателя. Разница в том, что стеклянная трубка не является вакуумной – в нее закачивают инертный газ, благодаря которому испаряющиеся частички вольфрамовой спирали не оседают на внутренней поверхности трубки, а возвращаются назад на спираль. Такие излучатели работают намного дольше, но экономичными их также трудно назвать.

Внутри лампы находится нить накала выполненная из вольфрама или углеволокна. При нагревании нити происходит выделение инфракрасной энергии и передача ее трубке лампы. Все галогеновые лампы излучают золотистый свет, который может раздражать глаза, для борьбы с этим некоторые производители покрывают лампу специальным составом.

Эти нагреватели имеют компактные размеры и большую мощность быстро нагревают помещение, могут использоваться на улице.

Основной недостаток галогенных ИК нагревателей заключается в том, что они излучают короткие волны, а они (при высокой мощности) могут оказывать негативное воздействие на человека. Не рекомендуется использовать мощные галогенные нагреватели.

Карбоновые ИК нагревательные элементы (Carbon infrared heater)

Спектр излучения карбоновых ИК нагревателей практически не выходит за пределы невидимого ИК-диапазона.

Карбоновый нагреватель выполнен в виде трубки из кварца. Внутри неё создан вакуум, в котором находится углеродная (карбоновая) спираль. Достоинствами такого элемента являются очень быстрый разогрев, а также то, что его коэффициент полезного действия превышает КПД разогретой пластины из металла.

Карбоновые нагревательные элементы появились относительно недавно, однако они уже нашли широкое распространение в различных сферах промышленности и в быту: в карбоновых обогревателях для отопления помещений, в мультиварках и аэрогрилях для приготовления еды, в медицинском оборудовании и в других подобных устройствах, в которых нужен удаленный нагрев.

В качестве нагревательного элемента вместо традиционной металлической проволоки выступает углеводородное волокно, теплопроводность которого намного выше. Карбоновое волокно также имеет отрицательный температурный коэффициент, следовательно, с ростом температуры нагрева снижается сопротивление, т.е. уменьшается потребление электроэнергии. Закрученный в спираль карбоновый жгут размещается в кварцевой вакуумной трубке.

Карбоновые трубчатые излучатели являются одним из наиболее экономичных типов обогревателей. Такие нагреватели не пересушивают воздух, поскольку не сжигают кислород. Карбоновые лампы являются инфракрасными длинноволновыми излучателями, которые нагревают не воздух, а окружающие предметы.

Неоспоримым преимуществом перед тепловентиляторами и масляными обогревателями является то, что при малом потреблении электроэнергии эти устройства обладают высокой теплопроизводительностью. Так, если масляного обогревателя мощностью 1 кВт хватит на прогрев 10 кв. м. площади, то карбоновый, имеющий ту же мощность, обеспечит теплом 30 кв. м., и будет далее поддерживать необходимую температуру.

Помимо рационального расхода электроэнергии, инфракрасные карбоновые обогреватели обладают эстетически привлекательным внешним видом, имеют компактные размеры и современный дизайн.

Температура нагревательного элемента не может превышать 90 ̊С. Следовательно, отсутствует негативное влияние на экологию и микроклимат помещения: обогреватель не сушит воздух и не сжигает кислород.

Эксплуатационные характеристики, которые присущи обогревателям такого типа, довольно привлекательны для потребителя. К ним можно отнести:

экономное энергопотребление;

практически неограниченный срок эксплуатации нагревательного элемента, который защищен от проникновения влаги и пыли;

компактные размеры и вес в пределах 4-х килограмм;

мобильность; довольно мощный тепловой поток;

мгновенный целенаправленный нагрев и очень быстрое охлаждение при отключении;

возможность применения на открытом воздухе (балкон, теплица); пожаробезопасность.

Впрочем, имеются и недостатки:

Потребляют довольно много электроэнергии, – от одного до двух с половиной киловатт.

Светятся красноватым светом, раздражающим глаза.

Не стоит ими пользоваться астматикам и аллергикам.

Вывод: карбоновые ИК нагреватели годятся лишь для кратковременной работы – долго ими пользоваться вредно.

Микотермические ИК нагревательные элементы (Micathermic infrared heater)

Являются наиболее экономичным среди всех существующих и, как следствие, самым дорогим среди них. Их нагревательный элемент изготовлен из неметаллических пластин, покрытых несколькими тонкими слоями слюды – именно благодаря этому он не нагревается и в то же время эффективно прогревает окружающие предметы. Микотермический инфракрасный обогреватель можно назвать абсолютно безопасным и эффективным.

Трубчатый (микотермический) элемент из металла напоминает по конструкции элемент из керамики, но стоит дороже. Работают такие обогреватели хорошо, они вполне надежны и удобны в быту. Если вас не будет раздражать небольшое потрескивание при работе, то можете остановить свой выбор на подобном приборе. А трещит он потому, что коэффициенты температурного расширения стальной спирали и алюминиевого корпуса различные. Ничего страшного в этом нет.

Микотермические ИК нагреватели - лучший вариант для длительного использования. Единственный минус - небольшое потрескивание, в основном при нагреве и остывании.

Микотермический обогреватель – это электроприбор, распространяющий инфракрасные тепловые волны. ИК тепло – это электромагнитное излучение, занимающее область спектра между красным краем видимого человеческим глазом света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (длина волны около 1-2 мм).

Нагреватель в виде пластины, изолированный слюдой, помещен в металлический корпус с решеткой, которая не мешает прохождению инфракрасных лучей. Поскольку пластина излучает в обе стороны, то большинство нагревателей имеет 2 решетки и действует в двух направлениях. Как известно, инфракрасное излучение при попадании на предметы и поверхности в зоне действия нагревает их. А уж потом от этих поверхностей прогревается воздух комнаты, это и есть принцип действия микотермических обогревателей.

Микотермический обогреватель состоит из:

нагревательного элемента – слюдяной пластинки, с погруженными в нее резистивными плоскими элементами или нитрохромовыми проволочными витками;

изолятора, предотвращающего чрезмерный нагрев оборудования (чаще всего выполняется с использованием базальта);

металлического корпуса устройства;

защитной металлической решетки, через которую проходит инфракрасное излучение;

подставки для опор и роликов для перемещения.

Обогреватель отличается многослойной конструкцией. Каждый из входящих в нее слоев неметаллов и металлов выполняет строго определенную функцию. Одни изолируют, другие концентрируют и отражают тепловые волны.

Керамические ИК нагревательные элементы (закрытый корпус)

Керамический инфракрасный излучатель состоит из резистивного нагревательного провода (металлической нити обладающей высоким сопротивлением), полностью погруженного в керамический материал. Благодаря эффекту магнитной индукции нить сообщает керамической панели не только температуру, но и импульс для излучения ИК волн. А благодаря полному погружению создаваемая нагревательным кабелем энергия передается окружающему его материалу. Это защищает нагревательный кабель от перегрева и увеличивает его срок службы. Материал, используемый для укладки нагревательного кабеля, является неэлектропроводным и обладает высокими абсорбционными и эмиссионными качествами в инфракрасном диапазоне волн. Производятся керамические ИК-излучатели самой различной геометрии.

Керамический инфракрасный излучатель был изобретен компанией Elstein-Werk. Базовая модель керамического излучателя с винтовым цоколем запатентована 24 марта 1949 года. Параллельно с этим был разработан плоский керамический ИК-излучатель, который позволял выстраивать большие инфракрасные нагревательные площади. Патент на плоские керамические ИК-излучатели был выдан компании Elstein-Werk 8 марта 1950 года.

Из-за особенностей конструкции банный тип генерации ИК волн подходит и используется только в плоских (панельных) моделях, — настенных и потолочных, а в напольных устройствах не используется.

такие нагреватели отлично защищены, не светятся в процессе работы. И служит такой элемент долго. Вот только цена его выше, чем у кварцевого. Зато он более экономичен, - его диапазон потребляемой мощности составляет от 50 до 2000 ватт. Такая разница обусловлена конструкционными особенностями. Несмотря на то, что такие нагревательные элементы не очень быстро разогреваются и остывают, их часто используют в медицинских учреждениях и в саунах – ведь они весьма прочные.

Какая мощность является оптимальной для ИК обогревателя

На 10 квадратных метров комнаты, как правило, необходима мощность 1 киловатт (1000 Вт). Но лучше приобрести обогреватель, имеющий запас по мощности (особенно в том случае, если других источников тепла не предусмотрено). Ведь приходится учитывать потери тепла сквозь стены, перекрытия и окна. Когда же обогреватель используется как дополнение к существующей системе отопления, мощность рассчитывается применительно к условиям его работы. Здесь также надо иметь в виду теплопотери.

В магазинах можно встретить обогреватели, имеющие мощность всего 300 ватт. Их очень удобно использовать там, где нужно быстро и ненадолго прогреть помещение, например, подвальное или гаражное. Такие устройства могут работать в непосредственной близости от людей.

Если вам необходимо выбрать инфракрасные обогреватели для дачи учтите, что у летних домиков не нужна большая температура нагрева – достаточно будет повысить температуру в нем всего лишь на несколько градусов. Поэтому вполне возможно выбирать обогреватель из расчета мощности 60-80 ватт на один квадратный метр. Если будет очень холодно, эти цифры придется подкорректировать.