Лучистое (инфракрасное) отопление

Лучистое (инфракрасное) отопление — относительно новая для России технология, ставшая доступной массовому пользователю всего несколько лет назад. Конечно, инфракрасные (ИК) излучатели самых различных конструкций существовали и даже активно применялись, однако использовать лучистое отопление в качестве основного никто даже не пытался. В то же время в Европе излучающие электрообогреватели производятся и активно продаются вот уже более двух десятилетий.

Сегодня положение меняется (хотя и достаточно медленно): российские покупатели достаточно осторожны и консервативны, поэтому в большинстве своем относятся к различным новинкам с опаской. В данном случае, однако, опасения излишни: на сегодняшний день отопительные системы на базе электрических излучающих панелей не имеют аналогов не только по теплотехническим, но и по экономическим и экологическим параметрам.

При использовании систем лучистого отопления средняя температура в помещении обычно выше, чем температура воздуха, т.к. передача тепла осуществляется нагретыми поверхностями пола, потолка, стен большой площади либо их сочетанием.

Вследствие большой площади теплоотдающих поверхностей их температура близка к требуемой температуре в помещении и нет необходимости использовать воздух в качестве дополнительного способа нагрева помещения. Равные условия комфорта в помещении можно обеспечить при более низкой температуре воздуха, сократив расход тепла на подогрев вентиляционного воздуха. Основное отличие между традиционным и лучистым отоплением как раз и состоит в температуре воздуха. В жилом помещении с лучистым отоплением она всегда ниже в среднем на 2°C: понижение температуры всего на 1 °C позволяет снизить потребление энергоресурсов в среднем до 7%. При этом должно быть понятно, что величина экономии растет пропорционально отапливаемым объемам. То есть в помещениях очень большой площади — соборах, музеях и пр. — экономия энергии достигает 40−50%. Если к тому же системы лучистого отопления использовать в комбинации с современными генераторами тепла, результаты по параметрам сезонной производительности просто потрясающие.

Что касается материалов, применяемых для изготовления излучающих панелей, на первом месте стоит медь — по показателям теплопроводности, меньшей высоте прокладки, высокой термостойкости и отсутствию проблем с осмосом. Пластмассовые материалы (полиэтилен, полибутилен и др.), в свою очередь, очень технологичны при монтаже, что позволяет значительно снизить его стоимость.

Проблема отопления и экономии на нём касается в первую очередь больших зданий. Огромный объём внутреннего пространства требует значительных затрат энергии, при этом несравнимо большая часть тепла расходуются в основном на обогрев верхней зоны. Например, в супермаркете или спортзале ѕ всего пространства — это кубометры воздуха под потолком, которые никак не используются, но благополучно отапливаются. То есть при традиционном отоплении мы тратимся на обогрев бесполезных зон, хотя могли бы направить тепло туда, где оно необходимо. И современные технологии обогрева дают нам такую возможность.

Речь идет об инфракрасных или излучающих устройствах. Они кардинально решили проблему распределения тепла в доме, позволяя отапливать, в первую очередь, нижний ярус, то есть, те зоны здания, где находится человек.

Внешне отопительные излучающие панели похожи на конвекторы. Основное отличие состоит в применяемом нагревательном элементе, который состоит из микросхемы и металлического покрытия, нанесенного на изолирующую эмаль. Такое устройство нагревательного элемента позволяет в полной мере реализовать основное преимущество излучающих панелей перед другими приборами электрического отопления.

То есть излучающие панели работают аналогично солнцу, нагревают предметы, мебель, стены, которые в свою очередь нагревают окружающий воздух. Это наиболее комфортный способ отопления, позволяющий получать равномерно распределяемое тепло, причем без переноса его потоками воздуха, что избавит вас от сквозняков и пыли. После того как вы включите излучающую панель, тепло будет ощущаться практически сразу. При этом способе отопления дома для создания ощущения комфортной температуры достаточно 17 °C, что на два градуса ниже чем при использования электрических нагревательных конвекторов.

Современные излучающие панели условно можно разделить на следующие виды:

• — высокотемпературные ИК (инфракрасные)
• — излучатели (температура поверхности излучателя свыше 300° С),
• — длинноволновые ИК-излучатели (температура поверхности излучателя от 100 °C до 200°С)
• — низкотемпературные ИК-отопительные панели (температура излучающей поверхности от 25 до 50°С).

Устройство излучающих панелей Они работают с использованием стандартных энерго — и теплоносителей, принципиально отличаясь лишь способом отдачи тепла. Их главная конструктивная особенность — это наличие системы отражателей и изоляторов, установленных для направления энергии в определенные зоны. Водяные излучающие состоят также из трубок диаметром 15−28, по которым подается теплоноситель, а в летнее время охлаждающая жидкость.

Совершенная конструкция их полностью исключает риск возгорания или взрыва, поэтому их можно устанавливать на опасных производствах, в химической промышленности и в цехах, где используются горючие материалы.

Таким образом, они являются в данный момент самым экономным, экологичным, эстетичным и самым безопасным источником тепла в доме. Они легко монтируются, легко обслуживаются и призваны экономить нам значительные средства.

Конструкция ИК систем отопления Базовым элементом любой системы лучистого (ИК) отопления служит ИК-обогреватель. Конструктивно он представляет собой прямоугольный прибор, выполненный из стали и покрытый термостойкой краской (либо имеющий другое термостойкое покрытие). На стороне ИК-обогревателя, обращенной к полу, имеется изготовленная из высокопрочного анодированного алюминия отражающая пластина с вмонтированным нагревательный элементом (спиралью либо ТЭНом). Как советуют специалисты, выбирая ИК-панель, следует обращать внимание на тип нагревательного элемента. При этом считается, что панели с открытой спиралью недолговечны и перегреваются, поэтому предпочтительнее модели с ТЭНами.

На обратной стороне ИК-обогревателя располагаются элементы крепежа; между собственно отражающей панелью и корпусом в большинстве моделей имеется слой огнестойкого теплоизолирующего материала (как правило, минерального волокна или минеральной ваты). Около 90% потребляемой электроэнергии, преобразуясь в тепловой поток, отражается от алюминиевой панели и направляется в сторону обогреваемых поверхностей (пола, предметов и людей). Тепловое излучение при этом распространяется перпендикулярно длинной оси ИК-обогревателя, под углом 45° к вертикали. Остальные 10% энергии тратятся непосредственно на нагрев воздуха, соприкасающегося с отражающей пластиной.

Типы излучающих панелей ИК-обогреватели подразделяются на два класса: длинноволновые и инфракрасные. У последних (их еще называют высокотемпературными) нагревательный элемент нагревается до 700−800°С; у длинноволновых эта цифра достигает всего лишь 200−250°С (отсюда второе название: низкотемпературные). Нагревательный элемент низкотемпературных моделей обычно бывает вмонтирован в металлический короб, а излучающая поверхность обрабатывается особым материалом, позволяющим обеспечивать максимально полное поглощение тепла (и, соответственно, наиболее полное излучение тепловой энергии). Нередко в целях увеличения площади излучающей поверхности ее делают неровной — например, бугристой. У высокотемпературных обогревателей нагревательный элемент, наоборот, вмонтирован в отражающую пластину открыто.

Следует отметить, что низкотемпературные излучающие панели пожаробезопасны, и поэтому рекомендуются для отопления жилых помещений. Высокотемпературные инфракрасные панели, наоборот, в закрытых жилых помещениях использовать НЕЛЬЗЯ!

Одной из последних конструктивных модификаций низкотемпературных обогревателей стали т. н. «теплоизлучающие зеркала», у которых отражающий слой одновременно выполняет функции нагревательного элемента. Температура поверхности теплоизлучающего зеркала не превышает при этом 75 °C, однако такое зеркало не запотевает в условиях повышенной влажности, а также отличается пожаробезопасностью и экологичностью.

Монтаж и установка длинноволновых обогревателей ИК-обогреватели можно использовать как в качестве основного, так и дополнительного источника тепла (например. для локального прогрева требуемых зон). Мощность отопительной системы рассчитывается с учетом типа помещения, высоты потолков, а также наличия отопительных приборов других типов. Установлено, что для обеспечения комфортных условий находящимся в помещении людям, необходимо, чтобы удельная мощность ИК-панелей не превышала 120−150 Вт/м². Особенно эффективно применение ИК-обогревателей в неотапливаемых помещениях большого объема (ангарах, складах и проч.), где не требуется постоянное поддержание высокой температуры.

Излучающие панели могут устанавливаться как на стенах, так и на потолке (необходимо, однако учитывать, что стеновое расположение панелей снижает энергоэффективность панели примерно на 30%. Кроме того, потолочное расположение дает возможность освободить стены и пол без уменьшения размеров жилой зоны). Обычно ИК-обогреватели стараются располагать как можно ближе к окнам и дверям: таким образом они выполняют роль своеобразных тепловых завес.

При размещении ИК-обогревателей необходимо учитывать особенности расположения мебели. Так, например, не следует монтировать длинноволновые обогреватели в тех точках помещения, где человек проводит много времени (например, непосредственно над кроватью); лучше, если тепловое излучение будет падать на людей не вертикально, а под некоторым углом (некоторые особо чувствительные люди могут ощущать дискомфорт при длительном нахождении в поле действия ИК-панелей). Наименьшая высота подвеса излучающей панели не должна быть менее 1,7 м (от пола). Категорически запрещается монтировать ИК-обогреватели рядом с легковоспламеняющимися или горючими предметами интерьера, материалами, элементами конструкций и т. д.

Принцип действия ИК панелей Принцип действия излучающих панелей (или ИК-панелей) отличается от традиционных конвективных обогревателей, в которых нагрев осуществляется за счет движения воздушных потоков. Он заимствован от Солнца: Солнечная энергия, проникая сквозь слои атмосферы, нагревает только поверхность Земли, а уже от нее нагревается воздух. Точно так же ИК-панели, излучающие длинные тепловые волны (примерно соответствующие солнечным в инфракрасной части спектра), которые обогревают только поверхности, находящиеся непосредственно в поле их действия. Другими словами, в случае, если используются системы лучистого отопления, необходимость затрачивать энергию на обогрев воздуха, по сути, отпадает. Это означает, что собственно температура воздуха в помещении, отапливаемом длинноволновыми ИК-обогревателями, может быть относительно низкой, при этом люди, находящиеся в помещении, не в состоянии этого почувствовать! Комфортное ощущение тепла обеспечивается не за счет температурой окружающего воздуха, а с помощью теплового излучения, попадающего на открытые участки кожи. Точно так же мы ощущаем обжигающее тепло большого костра, даже если на улице холодно; так же мы чувствуем себя на солнечном припеке в морозный день.

Ощущаемую температуру можно выразить простой формулой: t_о=t_в+t_и, где t_о — ощущаемая температура, t_в — температура воздуха и t_и — температура излучения.

Плюсы и минусы инфракрасных панелей Преимущества этой техники связаны не только с экономической целесообразностью, но и с рядом других ощутимых выгод. В частности механизмы работы инфракрасных устройств созданы природой, поэтому обогрев с их помощью является более естественным, а значит, и более безопасным. Отсюда и растущая популярность излучающих приборов.

Если раньше инфракрасные устройства в основном использовались для точечного обогрева, то сегодня они все чаще становятся главным элементом полноценного отопления домов. Для этого излучатели выполняют в виде элегантных панелей, подвешиваемых у потолка, либо вмонтированных в стену.

Инфракрасные, помимо быстро ощутимого эффекта, решают еще одну важную задачу — экономят площадь помещения, поскольку занимают пространство, не используемое человеком. Плюс сейчас не существует отопления, которое могло бы сравниться с излучающими панелями по простоте монтажа. Этот процесс в масштабах всего дома занимает всего несколько часов, после чего система на протяжении многих лет не нуждается в техобслуживании.

Инфракрасные панели, совершенствовались на протяжении многих лет. И сегодня разработчикам удается выпускать образцы, КПД которых перевалил за 90 процентов. Более того, водяные излучающие устройства — это не только самый эффективный вид отопления, но и инструмент кондиционирования помещений в жаркое время года. Чтобы охладить дом летом достаточно по системе подать хладагент, который и будет отбирать лишнее тепло.

Человеку, использующему кондиционер, приходится постоянно сталкиваться со сквозняками, и за прохладу в доме мы часто платим простудой, а то и более серьезными заболеваниями. В отличие от кондиционера, эти устройства охлаждают помещение в более щадящем режиме, поскольку в основу их работы не заложено нагнетание холодного воздуха. Дом или офис кондиционируются практически незаметно для нашего здоровья.

В отличие от обогревателей конвекторного типа, ИК-панели не нуждаются для распространения тепла в воздушных потоках, в помещении, где они используются, вскоре устанавливается оптимальный температурный баланс. Так как тепло излучается равномерно, температура на уровне пола и под потолком практически одинакова, а температура поверхностей пола и предметов близка к температуре воздуха внутри помещения. Очевидно, что при таких условиях интенсивные воздушные потоки просто не могут возникнуть. А это, в свою очередь, означает заметное снижение концентрации в воздухе пыли, а также других загрязняющих веществ и аллергенов. Кроме этого, ИК-панели не изменяют уровень относительной влажности в помещении, а также уровень концентрации кислорода в воздухе. Это позволяет с успехом использовать их в медицинских, а также детских учреждениях. (Кстати, первая в России система лучистого ИК-отопления было установлена в госпитале им. Бурденко).

Номинальный коэффициент полезного действия (КПД) ИК-панелей существенно выше, чем у конвективных обогревателей: 90% против (в лучшем случае) 60−70%. Одна из главных причин в том, что при конвективном способе обогрева существенная часть потребляемой энергии (примерно 10%), расходуется на, по сути, бесполезный прогрев объема воздуха, находящегося под потолком (известно, что теплый воздух поднимается вверх). Преимущество ИК-обогревателей в том, что они греют не кубические, а квадратные метры, не объемы, а поверхности. Это означает, что ими прогревается только та часть пространства, в которой находятся люди. Очевидно, что чем выше потолки в помещении, тем заметнее оказывается экономия. В среднем же экономия при использовании ИК-отопления составляет от 30 до 65% по сравнению с традиционными, конвекторными системами.

Кроме того, прогрев помещения излучающими панелями осуществляется намного быстрее: дело в том, что эффективные поверхности теплоотдачи нагретых пола и предметов в помещении на порядок (до 10 раз) раз больше поверхности теплоотдачи отопительных приборов традиционных типов. Присутствует и «обратный эффект»: в случае отключения длинноволновых обогревателей температура в помещении продолжительное время не меняется, находясь на заданном уровне за счет накопления тепла в конструкциях помещения и в статично расположенных предметах. В случае теплопотерь необходимая температура моментально восстанавливается.

Подобное свойство ИК-панелей делает весьма эффективным и удобным применение термостатов. В хорошо утепленном помещении ИК-система будет работать в режиме потребления энергии всего лишь 15−20 минут в час. Даже в коридоре, где тепло постоянно уходит через открывающуюся дверь, это время вряд ли превысит 35−40 минут в час. Следует также отметить, что чем выше температура воздуха на улице и чем лучше теплоизоляция дома, тем реже система ИК-отопления будет включаться.

Как и всякую систему отопления, использующую электроэнергию, ИК-панели отличаются удобством регулирования температуры в каждом отдельном помещении, независимо от остальных.

Но и это еще не все. Среди преимуществ отопительных систем, использующих ИК-панели:

независимость (например, если Вы не живете в загородном доме в холодное время года, то ИК-панели можно отключить до весны);

влагоустойчивость и пожаробезопасность;

бесшумность работы;

легкость в обслуживании: ИК-панели не требует специального обслуживания: достаточно лишь периодического профилактического осмотра;

простота и низкая стоимость монтажных работ: даже не имея специальных навыков, установить ИК-систему отопления можно самостоятельно и всего за пару дней;

долговечность: гарантийный срок службы излучающих панелей составляет обычно 25 лет. Гипотетически срок службы агрегатов может быть и больше, просто самые старые на сегодняшний день длинноволновые обогреватели появились всего около четверти века назад лет назад. Поэтому пока говорить о более длительном сроке возможной эксплуатации рано.

Наиболее рациональным при отопление помещений является применение потолочных излучающих панелей, а также панелей крепящихся к стенам дома. Современная промышленность выпускает излучающие панели для использования в помещениях с влажностным режимом эксплуатации и для встройки в фальш-потолки из гипсокартона. Кроме традиционных потолочных излучающих панелей изготовители и продавцы отопительных электроприборов предлагают заказчикам излучающие панели, которые могут работать на охлаждение помещений. Преимуществом «охлаждающих потолков» является отсутствие сквозняков и их полная бесшумность. Для создания комфортных условий, соответствующих ощущениям человека при температуре воздуха 20 °C с использованием традиционных систем, применение «охлаждающих потолов» позволяет охладить воздух всего лишь до 22 — 23 °C в помещении. При этом охлаждающий поток обладает особой свежестью для восприятия человека и не осушает воздух в помещениях, в отличие от традиционных систем кондиционирования. Как и в случае с электрическими конвекторами, управление излучающими панелями можно осуществлять с помощью регуляторов мощности, термоограничителей и автоматических терморегуляторов, позволяющим поддерживать в отапливаемых помещениях заданную температуру. Поэтому излучающие панели также можно интегрировать в системы «умного» дома.

По стоимости, излучающие отопительные панели дороже конвекторов. Но излучающая панель экономичней конвектора и при равных условиях эксплуатации дает 20−30% экономии потребляемой на отопление электроэнергии.

Чтобы сравнить конвекторы и отопительные излучающие панели по энергоэффективности, составим следующую таблицу, в которой представлены рекомендуемые производителями электрических отопительных приборов нормы по мощности применяемых приборов при отоплении помещений определенной площади. Конечно же, чтобы не ошибиться при выборе отопительного прибора определенной мощности необходимо учитывать целый ряд факторов: ориентация дома по сторонам света, показатели наружных температур, степень термоизоляции вашего дома, а также объем отапливаемого помещения. Чтобы свести воедино все эти факторы необходимо произвести специальные математические расчеты. Поэтому нижеприведенную таблицу будем считать условной, составленной для помещения с высотой потолка в три метра, при установленной температурой комфортного обеспечения +19°С (для конвектора) и + 17 °C (для излучающей панели).

Таблица рекомендуемой мощности отопительных приборов для обогрева помещений.

Подведем итог:

Плюсы использования электрических конвекторов: высокий показатель конвективного обмена тепла (90−95%); быстрый прогрев помещения; возможность автоматического регулирования отопления помещений; хорошая сопротивляемость коррозии; большой выбор по ценовой политике.

Минусы использования электрических конвекторов:

• — уменьшение заявленных свойств по теплообмену с течением времени;
• — не рациональное использование для больших помещений;
• — слишком «сухой воздух», что может быть неприемлемо для некоторых помещений в доме.