Тепло как на солнце
Опубликовано: 12 августа 2015 г.
148
Часто на приусадебном участке возникает необходимость в создании зон локального теплового комфорта. Это может быть и открытая веранда (как вариант, участок плоской крыши), и рекреационная площадка. Для локального обогрева может использоваться различное как по мощности, так и по конструкции оборудование, выбор которого определяется и возможностями потребителя, и решаемыми при таком обогреве задачами.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Возможны три механизма обогрева открытых площадок: конвективный, радиационный (ИК-спектр) и кондуктивный. Причем при обогреве часто реализуются одновременно два или даже три, но в различной степени. Это позволяет разделить нагреватели на типы, обуславливающие механизмы теплогенерации, конструктивные особенности и, что критично для потребителя, эксплуатационные характеристики.
Открытые площадки принципиально отличаются от закрытых помещений тем, что для их комфортного обогрева сложно использовать конвективные приборы. Впрочем, в чрезвычайных ситуациях они применяются. Но тепловую пушку трудно отнести к приборам обеспечения повышенного комфорта. Не говоря уже о шуме и низкой эффективности, такой обогрев неизбежно вызовет активное перемещение воздушных масс как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях – уходящий вверх и в стороны теплый воздух будет активно замещаться холодным.
И светит, и греет
К инфракрасным (ИК) обогревателям относят такие, в которых основная доля тепловой энергии передается за счет излучения. Причем первым ИК-обогревателем, успешно примененным человеком на открытых площадках, был костер. Но значительный удельный вес конвективной составляющей приводил к неприятному явлению – перемещению холодных воздушных масс к костру над поверхностью земли. Поэтому современные приборы сконструированы так, чтобы свести к минимуму нежелательную конвекцию, максимально приблизив обогрев к комфортному солнечному.
Важнейшая часть ИК-излучателя – разогретый до высокой температуры элемент – генератор длинноволнового, инфракрасного излучения. Чем выше температура этого элемента (в частном случае, поверхности), тем меньше длина волны ИК-излучения, больше его частота и доля волн визуально воспринимаемой (видимой) части спектра, излучение ярче, светлее.
ИК-обогреватели принято разделять на типы – «светлые» и «темные», иногда выделяя в них подтипы – высокотемпературные (t > 1000 °C), средней температуры (t = 800–1000 °C), каталитические (t = 600–800 °C), темные и супертемные (t = 400–600 °C и t = 200–400 °C, соответственно).
К «светлым», коротковолновым, относят приборы, в которых возникает излучение от нагревательного элемента в видимой части спектра. Обычно оно появляется при его нагреве выше 700 °С и соответствует длинам волн 1,55–2,55 мкм (рис. 1).
Рис. 1. Высокотемпературный ИК-обогреватель
Второй тип ИК-нагревателей, «темный», длинноволновый, имеет температуру излучающего элемента до 600 °С, ему соответствуют длины волн 3,6–14 мкм (рис. 2).
Рис. 2. «Темные» ИК-обогреватели
При этом КПД первых больше, достигая в некоторых моделях 70 %, а у вторых – обычно не превышает 65 %. Значительно больше у последних и конвективная составляющая – до 45 %, причем она имеет положительную корреляцию с увеличением длины волн. Интересно, что для человека наиболее эффективно излучение с длинами волн в районе 10 мкм, соответствующей области наиболее интенсивных теплопотерь.
Для разогрева тепловыделяющего элемента излучателя в качестве источников энергии в настоящее время применяются жидкие или газообразные (газ) углеводороды и электричество.
Электрообогрев
К достоинствам электрических ИК-обогревателей можно отнести удобство монтажа и беспроблемную эксплуатацию, к недостаткам – зависимость от внешних источников энергии и ее относительно высокую стоимость. Электрические обогреватели, стационарные и переносные, могут быть ТЭНовые (как вариант – с закрытым панелью или кожухом), галогеновые и карбоновые.
В качестве ТЭНовых (теплогенерация происходит на резистивном элементе) можно привести, например, обогреватели с открытым тепловыделяющим элементом – «Мистер Хит ИКО-1.0 – 7.5» и Frico IR 3000 – 6000 (последние цифры указывают на мощность моделей, кВт или Вт). Эти приборы могут использоваться для обогрева открытых площадок и локального обогрева, функционируя как основной или дополнительный источник тепла. При этом модель «Мистер Хит ИКО» с габаритными размерами (В × Ш × Г): 1245 × 112 ×75 мм и мощностью 1,0 кВт рассчитана на обогрев площади до 22 м2 при использовании в качестве дополнительного отопления, до 12 м2 – как основного, обогрев открытых площадок до 8 м2 . Приборы мощностью 7,5 кВт и с габаритными размерами 2180 × 260 ×70 мм, массой 11 кг обогревают уже площадь до 140 м2 и 80 м2 – как дополнительное и основное отопления, соответственно. При этом площадь обогреваемых открытых площадок может быть до 45 м2. А высота подвеса прибора должна составлять не менее 7 м.
ТЭН может быть закрыт излучающей панелью. В обогревателе BIH-1.0 мощностью 1 кВт компании Ballu собственно ТЭН закрыт панелью из алюминиевого сплава с продольным рифлением и анодированием (толщина покрытия 25 мкм). А двухслойная подкладка из теплоотражающих материалов препятствует нежелательному кондуктивному переносу тепла к верхним ограждающим конструкциям.
В галогенном ИК-обогревателе в стеклянной колбе, заполненной каким-либо инертным газом, проходит нить из вольфрама, которая, накаляясь, становится источником инфракрасного излучения. Важное достоинство таких приборов – быстрый (30–40 с) выход на максимальную мощность. Так, обогреватель General RH06 может применяться как в небольших помещениях, так и для локального обогрева открытых площадок или сушки поверхностей. Модель Frico IRCF 30 предназначена для открытых площадок и больших помещений с высоким потолком. Ее мощность 3 кВт, масса – 5,0 кг, а высота монтажа – 5–15 м. Прибор должен монтироваться с горизонтальным направлением продольной оси, вокруг которой он может поворачиваться на необходимый угол.
В карбоновом обогревателе инфракрасное излучение генерируется углеродистым волокном, заключенным в вакуумную стеклянную трубку. Например, обогреватель К1500, выпускаемый компаний «БиЛюкс», имеет два режима мощности – 600/1200 Вт, функцию вращения на 180 ˚, габаритные размеры 810 × 270 × 150 мм и массу 3,5 кг. Обогреватель «Макар ТОР» мощностью 0,9 кВт и габаритными размерами: 652 × 145 × 76 мм весит 2,5 кг. Углеродосодержащий материал, расположенный в кварцевой вакуумной трубке, позволяет ТОРам практически моментально выходить на рабочий режим, а особенности конструкции делают ресурс нагревательного элемента очень большим. При мощностью 0,9 кВт прибор способен обогреть помещение площадью до 30 м2 . Сектор прямого теплового потока составляет 110°, а спектр излучения аналогичен солнечному.
Теплый пол на улице
Производители так называемых теплых полов с электрическим или водяным нагревом часто позиционируют их как ИК-системы. Конечно, поверхности с температурами 30–40 °С передают тепло и за счет излучения (причем его «удельный вес» возрастает с понижением температур ограждающих конструкций), но в большинстве систем обогрева открытых площадок (газонов, дорожек, беседок и т.п.) реализуются все же преимущественно кондуктивные и конвективные механизмы обогрева. Причем в осенне-зимний период (t £ 0) на первый план выдвигаются именно первые.
Кабельные и пленочные системы обогрева поверхностей достаточно популярны и предлагаются многими фирмами (рис. 3).
Рис. 3. Пленочный обогреватель Caleo
Но как сами системы, так и их монтаж под открытыми поверхностями имеет ряд особенностей в связи с необходимостью всесезонной эксплуатации при ненормированной влажности.
Например, компания Rehau (Германия) подчеркивает, что обогрев дорожного полотна экономически более выгоден, чем традиционные способы очистки от снега и льда. Применение систем антиобледенения и снеготаяния на открытых площадях позволяет продлить сезон использования балконов, веранд, спортивных площадок и беговых дорожек, очистить крыши (рис. 4, а,б).
Рис. 4. Теплый пол на балконе (а); обогрев крыши (б)
В этом случае, конечно, речь идет о передаче тепла кондукцией. Но аналогичные системы, применяемые не для снеготаяния или как ангигололедные, могут использоваться и как комфортные на автостоянке с тентами, открытой беседке, защищенной от осадков технологической площадке и т.п.
Нагревательные маты с закрепленным в них кабелем выпускаются в рулонах и подходят для различных видов поверхности – от установки в тонкую клеевую мастику под керамической плиткой до горячего асфальта.
Оборудование для кабельного обогрева выпускают, в частности, компании «Специальные системы и технологии» (Московская обл.), Arnold Rak, Rehau, Siemens (Германия), Devi (Дания), Ensto (Финляндия), Nexans (Франция), Kima, Thorin & Thorin (Швеция) и др.
Близки к электрокабельным пленочные системы. Тепловыделяющим элементом в них служат карбоновые полосы на полиэстерной основе. Возможно также графитовое напыление на пленке, превращающее всю ее в нагревательный элемент. Тепловая мощность пленок – от 60 до 400 Вт/м2, их ширина – от 500 до1000 мм. Так, нагреватель Sin Plen компании «Синион» (Москва) толщиной 0,6 мм представляет собой ткань с резистивными элементами (ток 16 А), помещенную в целях электро- и гидроизоляции между двумя слоями лавсановой пленки. И хотя производитель рекомендует их применение лишь в помещениях, один из типов (В, мощность 250 Вт/м2 ), предназначенный для ванных комнат, вполне может быть использован и для локального обогрева открытых площадок.
Газ и жидкое топливо
В газовых ИК-обогревателях «светлого» типа отсутствует система удаления дымовых газов. Вместе с более высокими, чем у «темных» приборов, плотностью потока излучения и КПД лучистой составляющей это определило их область применения: открытые площадки и помещения с высоким потолком, а также технологические операции сушки, нагрева и оттаивания.
В обогревателях «светлого» типа газ под давлением подается в камеру и смешивается с воздухом, затем газовоздушная смесь поступает на перфорированные керамические пластины – источники инфракрасного излучения – и сгорает. Для усиления эффекта обогрева направления излучения в обогреваемую зону и снижения теплопотерь над излучателем размещается отражатель (часто имеющий сверху теплоизоляцию), изготавливаемый из нержавеющей стали или алюминия.
На российском рынке такие приборы представлены продукцией фирм и брендов Adrian (Словакия), Ballu (Китай), Carlieuklima, Fraccaro, Systema (Италия), Detroit Radiant Products (США), GoGas, Kübler, Pender, Schulte (Германия), Pakole (Венгрия), Roberts Gordon (США–Великобритания), SBM, Solaronics Chauffage (Франция), Vlastimil Mandik (Чехия), Ижевского электромеханического завода «Купол», «Теплоэлектромаша» (Россия), компании «Сибшванк» (Россия–Германия) и др.
Классическая конструкция мобильного уличного газового обогревателя – «фонарь» или «гриб», в основании которых располагается баллон со сжиженным газом, а в «шляпке» – горелка и сетчатый отражатель, локализующий зону горения. Блок ручного управления (пьезорозжиг, регулятор мощности) находится в верхней части стойки.
В последнее время появляются обогреватели с «открытым», заключенным в колбу из кварцевого стекла пламенем. Такой прибор, обычно имеющий пирамидальную форму с треугольником или квадратом в основании, служит также и источником освещения. Сравнительно реже встречаются конструкции подвесных уличных ИК-обогревателей.
В России уличные ИК-обогреватели представлены моделями Ballu (Китай), Bromic (Австралия), Enders (Германия–Китай), Faber (Нидерланды), ITM (Италия), Kraft (Германия–Китай), Kroll (Германия), Neoclima (Греция–Китай), Nortec Garden Sun (Китай), «Мастер-Лето» («грибок», Иркутский завод бытового оборудования), «Солярис» (ГК ТСС), «Тибет» (Ижевский электромеханический завод «Купол») и др.
Рис. 5. ИК-обогреватель Kroll W12VA
Уличный ИК-обогреватель Kroll W12VA (рис. 5) состоит из цилиндрического корпуса, в котором размещается баллон для сжиженного газа, стойки, внутри которой проходит шланг, соединяющий газовый баллон с горелочным устройством, и цилиндрической сеткой круглого сечения, на которой крепится блок ручного управления. Сверху сетки размещается инжекционная газовая горелка низкого давления, пламя которой локализуется в области металлического сетчатого излучателя. Регулируемая мощность прибора – 6,5–10 кВт, масса – 30 кг, обогреваемая территория диаметром до 6 м. Топливо – пропан. При этом одного баллона массой 11,5 кг достаточно для того, чтобы обеспечить до 15 ч работы.
Горелка обогревателя POLO 2 компании Enders выполнена из нержавеющей стали. Его мощность – 3–6 кВт, масса – 4,5 кг, высота – 1150 мм. В качестве топлива применяется пропан/бутан с расходом 218-437 г/ч, что обеспечивает работу на одном баллоне в течение 25–50 ч. Дальность распространения теплового излучения – 5 м. Контейнер высотой 500 мм имеет колеса для транспортировки. Прибор (рис. 6) снабжен пьезозажиганием, системой защиты от ветра. Предусмотрены возможность изменения направления излучения во время горения и защита от опрокидывания – отключение при наклоне прибора более 450.
Рис. 6. Обогреватель POLO 2
В обогревателях с открытым пламенем FALO PROMETEY горение происходит в кварцевой колбе, высота пламени, окраска которого возможна в различные цвета, – до 1,5 м, горелка керамическая. Предусмотрено дистанционное управление мощностью и поджигом, конструкция выполнена из нержавеющей стали и алюминия. Время непрерывного горения 13–33 ч, расход газа (пропан) – 0,88 кг/ч. Обогреватель снабжен термопарой для контроля наличия пламени и датчиком наклона, по сигналу которого перекрывается подача газа. Обогреваемая площадь – 25–30 м2, габаритные размеры (В × Ш × Г) – 2120–2360 × 650 ×650 мм, масса – 36–42,5 кг. Открытое пламя имеет также обогреватель Kraft H1108 Х (рис. 7) мощностью 9,5 кВт, массой 24,5 кг и с расходом газа (пропан/бутан) – 0,72 кг/ч.
Рис. 7. Обогреватель Kraft H1108 Х
Обогреватели Zeus GC-08, мощностью 9,5 кВт и массой 26 кг представлены в России также международным холдингом General Climate. Расход газа (пропан) составляет 0,3–0,7 кг. Мобильный (три скрытых колеса) прибор BOGH-13 (бренд Ballu, Китай) имеет корпус, рефлектор и горелку, выполненные из нержавеющей стали (рис. 8).
Рис. 8. Обогреватель Ballu BOGH-13
Комфортное освещение обеспечивается «живым пламенем», контролируемым термопарой, высотой до 1,5м. Мощность регулируется плавно в диапазоне 5–12 кВт, расход газа (пропан/бутан) – до 1 л/ч, диаметр теплового излучения – до 4 м (в зависимости от погодных условий). Масса обогревателя – 39 кг, габаритные размеры (В × Ш × Г) – 2339 × 609 ×609 мм.
