Корзина
Нет отзывов, добавить
Сейчас компания не может быстро обрабатывать заказы и сообщения, поскольку по ее графику работы сегодня выходной. Ваша заявка будет обработана в ближайший рабочий день.
ООО "Ятэк Рус" / "Yahtec Rus" LLC
+78123354990
+78123354990
+7
812
335-49-90
+7
812
335-49-91
+7
911
216-30-74
Некоторые особенности инфракрасного отопления

Некоторые особенности инфракрасного отопления

Существуют разные системы отопления: ― всем нам известное и привычное конвективное отопление; ― воздушное отопление с помощью калориферов; ― инфракрасное отопление.

29.01.16

Для высоких помещений конвективная система отопления не является рациональной из-за значительного перепада температур по высоте.   Как видно из рисунка теплый воздух от нагревательного прибора (радиатора, конвектора) поднимается вверх вдоль стен, отдает часть тепла потолку, и уже несколько охлажденным поступает в основную часть помещения. При этом перепад
температур составляет, примерно, 2оС/м. То есть, для помещения высотой 5 м разность температур
между полом и потолком будет составлять 10 оС. Получается, что основная часть тепловой
энергии будет скапливаться у потолка.  Для
высоких помещений это может стать причиной неоправданно высоких затрат на отопление.

Несколько лучше здесь будет выглядеть воздушная система отопления. Калорифер, создает направленный поток теплового воздуха, который сначала поступает на нагреваемые объекты, и уже потом устремляется в верхнюю часть помещения. Такая система эффективней конвективной, перепад температур меньше, но,
все равно, значительная часть тепловой энергии окажется в верхней зоне помещения.

Более эффективным для высоких помещений является инфракрасное отопление, Его основа ― это излучение инфракрасного спектра, которое взаимодействуя с поверхностью предмета, нагревает его. Воздух для инфракрасного излучения является прозрачным и поэтому им не нагревается. Нагрев воздуха происходит только от предметов, которые прогреваются инфракрасным излучением.  Точно так же солнце греет землю, которая затем прогревает атмосферу.  Перепад температур по высоте практически отсутствует. Кроме этого температура воздуха в помещении может быть ниже, при том же уровне комфорта. За счет этого можно добиться существенной экономии тепловой энергии и, следовательно, финансовых затрат.

 

Сегодня на рынке можно встретить различные инфракрасные нагреватели:

1.   Светлого типа;

2.   Темного типа;

3.   Ленточные;

4.   Водяные.

Давайте разберемся ― чем же отличаются эти нагреватели друг от друга. Для этого обратимся немного к физике.
Известно, что в процессе отопления помещений всегда работают вместе два механизма теплообмена:

1)    Конвективный теплообмен, в результате чего и нагревается воздух в помещении;

2)    Лучистый или инфракрасный теплообмен, нагревающий предметы.
 
Чем же принципиально отличаются эти два вида теплообмена друг от друга?

Конвективный теплообмен описывается   законом Ньютона- Рихмана,

 


где
 
q= a(Тп-Тср),
 

 

 

 


Тп ― температура поверхности;
Тср – температура окружающей среды.
 
q- Плотность теплового потока, Вт/м2;
a- коэффициент теплоотдачи,
зависящий только    от параметров окружающей среды и геометрии тела, Вт/(м2   К);
 

Видно, что плотность теплового потока при конвективном теплообмене зависит линейно от температуры поверхности.

 

Плотность теплового потока, снимаемого с поверхности при инфракрасном теплообмене (лучистый поток) описывается законом Стефана- Больцмана
 


где    Ϭ-  постоянная Стефана-
Больцмана (Ϭ =5,67х10-8  Вт/(м2 К4));
e- Степень черноты – коэффициент, который показывает способность поверхности излучать и поглощать инфракрасное излучение, и который меняется от 0 для зеркальной поверхности и до 1 для абсолютно черной поверхности.
Из этой формулы мы видим, что лучистый поток биквадратно зависит температуры поверхности.
Именно разница этих зависимостей ― линейная или биквадратная и определяет принципиальное отличие между разными инфракрасными нагревателями.

Наложим эти два графика друг на друга. Мы видим, что чем выше температура, тем сильнее отличаются друг от друга плотности тепловых потоков.  Плотность лучистого потока растет значительно быстрее, чем плотность конвективного потока.

 

 

 

 

 

 

 


устремляется вверх.
 
А что такое конвективная составляющая   при   инфракрасном обогреве? Так как инфракрасные нагреватели располагаются в верхней части помещений, то конвективная составляющая – это, по сути, тепловые потери, которые практически не используются при отоплении, так как конвективный теплосъем происходит с нагревателей, находящихся в верхней части помещения и теплый воздух
 
Поэтому, глядя на этот график, мы можем сделать вывод, что чем выше температура излучающей поверхности, тем меньше доля конвективного потока и тем эффективнее происходит инфракрасное отопление.
Для того чтобы оценить эффективность инфракрасного отопления, существует понятие лучистого
КПД (КПД луч). Чем же лучистое КПД отличается от полного КПД    нагревателя?

Под полным КПД надо понимать отношение теплоты, выделяемой нагревателем на нагрев помещения (Qполезное) к полному количеству тепла, выделяемого при сгорании топлива (Qсгорания):

 


КПД полное=    =Qполезное    
х100%
Qсгорания


Под лучистым КПД понимают отношение теплоты, выделяемой в виде лучистого теплового потока (Qлучистое) к полному количеству тепла, выделяемого при сгорании топлива (Qсгорания)

 


КПД луч=    =Qлучистое    
х100%
Qсгорания


Указанный лучистый КПД учитывает индивидуальные конструктивные и эксплуатационные особенности нагревателей. Целью данной статьи является анализ самого механизма лучистого теплообмена различных инфракрасных нагревателей без учета этих особенностей, поэтому введем понятие теоретического лучистого КПД (КПД теор.луч.), который определяется следующим соотношением:

 

КПД теор. луч.=    =Qлучистое    
х100%
Qполезное


Указанный КПД является теоретическим параметром, и характеризует сам механизм лучистого теплообмена.
Очевидно, что КПД луч всегда меньше КПД теор. луч. так как последний не учитывает многих реальных тепловых потерь.

Рассмотрим теперь реальные особенности каждого из вышеуказанных видов инфракрасных нагревателей.


Инфракрасный нагреватель светлого типа.

Основа этого нагревателя – плоская керамическая панель особой конструкции, на поверхности которой происходит беспламенное поверхностно-каталитическое горение газа (метана, пропана), с выделением углекислого газа, паров воды и окиси азота. За счет горения керамическая панель разогревается до 900 Со и излучает инфракрасный тепловой поток.
Нагреватель устроен таким образом, что весь лучистый поток от него направлен вниз, на обогреваемые зоны.

Проведем расчеты плотностей тепловых потоков. Везде при расчетах использовались следующие параметры:
Степень черноты: керамической поверхности – 0,9;
 
металлической окрашенной
термостойкой краской поверхности – 0,9;
Коэффициент отражения полированной стали – 0,9;
Коэффициент теплоотдачи от плоской поверхности – 8 Вт/(м2   К); Коэффициент теплоотдачи от горизонтального цилиндра– 10  Вт/(м2   К);

Если провести вычисление плотностей тепловых потоков конвективной и инфракрасной составляющей, то мы получим следующие значения:
q инфра = 96248 Вт/м2

q конв    = 7081 Bт/м2

В процентном соотношении ― лучистый поток составляет 93%
― конвективный поток ― 7%
То есть потери не превышают 5%, а значит, теоретический лучистый КПД может составлять
95%.
Для определения реального лучистого КПД необходимо учесть тепловые потери за счет отвода горячих газов, выделяемых при сгорании топлива, которые дополняют конвективный поток. Такие
потери составляют около 7-8%.  Поэтому реальный лучистый КПД светлого инфракрасного
нагревателя составляет 85-86%.

Инфракрасный нагреватель темного типа.
Основа этого нагревателя – металлическая труба с горелкой и системой дымоудаления. Сгорание газа происходит внутри трубы, за счет чего ее
поверхность нагревается до 400-500 Со.
Тепловое излучение с поверхности трубы равномерно
распространяется по всем     
направлениям.
Для того, чтобы весь лучистый поток направить вниз, имеется специальный экран.  Если считать, что температура   излучающей
поверхности трубы составляет 450 Со, то
плотность теплового инфракрасного потока, направленного вниз с учетом отражения от экрана составляет
q инфра = 12673 Вт/м2

q конв    = 5240 Bт/м2

В процентном соотношении ― лучистый поток составляет 71%
― конвективный поток ― 29%
То есть, теоретически, при взятых исходных данных, потери не могут быть меньше 29 %, а теоретический лучистый КПД не может быть больше 71%.
Для определения реального лучистого КПД необходимо учесть количество тепла, теряемого при
выводе на улицу дымовых газов, неравномерность прогрева по длине излучающей трубы, запыленность отражающего экрана, которая наблюдается при длительной работе нагревателя.  Все эти
факторы снижают КПД на 18-20%. Поэтому реальный лучистый КПД темного нагревателя для
лучших изделий составляет 50-55%.


Ленточный нагреватель
Ленточный нагреватель по своей конструкции очень похож на нагреватель темного типа, но имеет более длинный трубный излучатель и горелку, позволяющую работать нагревателю при более низких
температурах. Температура излучающей поверхности составляет от 150 до 250 Со.
Расчеты показывают, что при температуре излучающей поверхности 200 Со
плотности потоков с учетом переотражения от экрана равны следующим величинам:

q инфра = 2046 Вт/м2
 
q конв    = 1794 Bт/м2

В процентном соотношении ― лучистый поток составляет 53%
― конвективный поток ― 47%
То есть, теоретически, потери не могут быть меньше 47% и теоретический лучистый КПД не может быть больше 53%.
Если учесть все реальные потери, то лучистый КПД ленточного нагревателя будет составлять
всего лишь 37-40%.

Водяные инфракрасные нагреватели
Принципиально, по своей конструкции такие нагреватели напоминают водяные батареи, расположение у потолка помещения. Так же, как и в батареях, в качестве теплоносителя в них
используется вода. Температура таких нагревателей составляет от 60 до 100 Со. Расчеты показывают, что для излучающей поверхности в 100 Со нас будем иметь следующие плотности тепловых потоков:

q инфра = 626 Вт/м2

q конв    = 1481 Bт/м2

В процентном соотношении ― лучистый поток составляет 30%
― конвективный поток ― 70%
Для таких нагревателей говорить о конвективных потерях нельзя, так как располагать их имеет смысл только для, невысоких помещений, где и так хорошо работают классические водяные системы
отопления.   По сравнению с классической системой отопления с одной стороны мы имеем небольшой
лучистый поток там, где бы нам хотелось его иметь – над головой, с другой стороны мы имеем повышенный перепад температур по высоте помещения. Говорить об энергосбережении для таких
систем отопления не приходится.

Подведем итог вышеизложенному. В нижеприведенной таблице приведены значения теоретического и реального лучистого КПД.

Наименование    Излучатель
светлого типа    Излучатель
темного типа    Ленточный
излучатель    Водяной
излучатель

КПД теор.луч.

КПД лучистое    
95%

85%    
71%

55%    
53%

40%    
30%

30%

 

 


85%

71%

55%
53%

40%

30%

 

 

 

Настоящая гистограмма показывает долю реального и теоретического лучистого потока в полном тепловом потоке для различных инфракрасных нагревателей.  Светло-серый столбик-это теоретический КПД,
темно-серый столбик – это реальный лучистый КПД для «идеальной» горелки.
В зависимости от конструкции горелки и производителя КПД может быть в половину меньше.
 
Как видно из этой таблицы наиболее эффективным являются светлые инфракрасные нагреватели. Они обладают наибольшем КПД, который может превышать КПД темного нагревателя на 30%.
Светлые инфракрасные газовые нагреватели – достаточно старое изобретение, однако, с развитием новых технологий современные нагреватели радикально отличаются от своих предшественников
эксплуатационными характеристиками.  По требованиям новых СНиПов их разрешено использовать в помещениях с категорией пожарной безопасности от В2. Требования по вентиляции помещений
обычно не превышают тех норм, которые установлены в соответствии с обычными санитарными требованиями к вентиляции бытовых и производственных помещений.

Предыдущие статьи