Как работает инфракрасный обогреватель — принцип работы, устройство, особенности

История применения инфракрасных обогревателей сравнительно короче, чем у приборов иных принципов действия. Даже среди электрических моделей ИК не являются самыми распространенными. Но уникальные преимущества технологии и ряд конструкторских решений, сделавших это оборудование безопасным и эффективным, позволили заинтересовать инженеров на промышленных предприятиях, владельцев спортивных сооружений и других объектов.

Про принцип работы инфракрасного обогревателя, как им пользоваться и где устанавливать — в этой статье.

Принцип работы — как работает ИК обогреватель

В отличие от оборудования конвекционного типа, инфракрасный обогрев основан на передаче тепла с помощью лучей. По длине волны это излучение близко к видимому свету. По этой причине считается безопасным для здоровья.

Стоит отметить, что инфракрасное излучение в той или иной мере генерируют все виды нагревателей, включая привычную дровяную печь. Но у ИК-приборов оно имеет направленный характер. Достигается это применением в конструкции отражателя особой формы и малой площадью самого излучателя — карбоновой нити.

Отопление и дополнительный обогрев помещений инфракрасными обогревателями позволяет достигать равномерности прогрева воздуха по всему объему. При отсутствии сквозняка и других выраженных принудительных воздушных потоков температура у пола и потолка станет примерно одинаковой. Объясняется это опосредованным способом прогрева воздуха. Он получает тепло от разогретого пола. А затем за счет конвекции поднимается вверх. Что и приводит к выравниванию температуры.

Устройство и характеристики инфракрасного обогревателя могут быть различны. Производитель может устанавливать излучатель различной мощности. Так, изделия завода «Взлет» поставляются в двух исполнениях: на 900 Вт и 1800 Вт.

Отличие от традиционных систем обогрева

Главное отличие инфракрасных обогревателей для дома или производства от привычных конвекторов, масляных радиаторов или центрального отопления заключается в принципе действия. У традиционных систем сначала будет нагреваться воздух, который затем циркулирует по помещению и постепенно передаёт тепло предметам и людям. При этом значительная часть энергии расходуется на прогрев всего объёма воздуха. Что занимает время и приводит к неравномерному распределению температуры — у пола прохладнее, чем под потолком.

У инфракрасного обогревателя иной способ обогрева — он нагревает не воздух, а излучает тепловые волны, которые напрямую разогревают поверхности и объекты, а уже затем они отдают тепло воздуху. Благодаря этому эффекту комфорт ощущается практически сразу после включения устройства, а расход энергии оказывается более рациональным.

Таблица. Сравнение разных способов отопления

Что такое инфракрасное излучение?

Инфракрасное излучение — это часть спектра электромагнитного излучения, невидимая глазу, но воспринимаемая как тепло: именно это и называется тепловым излучением. Его волны длиннее, чем у красного цвета, поэтому глаз человека их не различает, но мы ощущаем их как тепло. Именно благодаря этому эффекту инфракрасные обогреватели повышают температуру не воздуха, а поверхностей и предметов, которые затем аккумулируют энергию и отдают её окружающему пространству. Такой принцип схож с естественным солнечным теплом, которое мы чувствуем на коже в ясный день.

Виды инфракрасного излучения

В зависимости от длины волны инфракрасные лучи бывают трех основных типов:

• Коротковолновые (IR-A, 0,78–1,4 мкм) — обладают высокой температурой нагрева и быстро передают тепло. Такое излучение применяется в промышленности и на открытых площадках.
• Средневолновые (IR-B, 1,4–3 мкм) — оптимально сочетают скорость и мягкость воздействия, часто используются в обогревателях для бытовых и офисных помещений.
• Длинноволновые (IR-C, 3–1000 мкм) — самые «мягкие», создающие комфортный фон в течение длительного времени без излишнего перегрева. Подходят для жилых зон, детских комнат и спален.

Такое деление помогает правильно подобрать тип обогревателя под конкретные задачи: от уличных террас и складов до квартир и домов.

Способы установки приборов для обогрева помещения

Распространенные в 60-х годах XX века модели, по дизайну напоминающие антенну локатора или спутниковой связи, устанавливались напольным способом. В сочетании с открытой спиралью это повышало их пожарную опасность. Современные пожаробезопасные модели, производственные и бытовые, рассчитаны на два основных способа монтажа:

• Потолочный. Характеристики инфракрасного обогревателя потолочного типа позволяют использовать его как основной или дополнительный прибор для отопления помещений. Изделие подвешивается на высоте 2,5-3 метра от пола. Такое положение, с одной стороны, позволяет передать достаточное количество тепла на пол, мебель. С другой — не создается эффект припекания, иссушения кожи, древесины.
• Настенный. Преимущества инфракрасных обогревателей при настенной установке — отсутствие помех для перемещения по цеху или складу людей, техники. Устанавливаются они, как и потолочные, на высоте от 2-х метров над полом. В некоторых моделях есть поворотный кронштейн. Он позволяет выбрать направление потока излучения уже после установки прибора на стену.

Виды инфракрасных обогревателей по нагревательным элементам

Разные модели инфракрасных обогревателей отличаются не только конструкцией, но и типом нагревательного элемента. От него зависят срок службы устройства, интенсивность излучения и комфорт при использовании.

• Кварцевые — внутри используется спираль, заключённая в кварцевую трубку. Они быстро нагреваются и дают яркое, интенсивное тепло. Чаще применяются для кратковременного обогрева или на открытом воздухе.
• Галогенные — работают по схожему принципу, но заполнены инертным газом, что увеличивает срок службы спирали. Отличаются ярким свечением и высоким КПД.
• Керамические — в основе керамическая панель, которая равномерно прогревается и излучает мягкое, комфортное тепло. Такие модели считаются безопасными и долговечными.
• Карбоновые — нагреватель сделан из углеродных (карбоновых) волокон. Они выделяют мягкое длинноволновое излучение, приятное для человека, при этом экономно расходуют электроэнергию.
• Микатермические — представляют собой пластины с тонким слоем слюды, которые выделяют преимущественно длинноволновое ИК-излучение. Хорошо подходят для жилых помещений, так как работают бесшумно и без яркого свечения.

Благодаря такому разнообразию можно подобрать обогреватель под конкретные условия эксплуатации: от быстрого обогрева на улице до создания комфортного теплового фона в спальне или детской.

Из чего состоит инфракрасный обогреватель карбонового типа

Чтобы понять, как греет потолочный обогреватель, рассмотрим, что у него внутри, приведем описание его технических характеристик, площади обогрева. Конструктивно выделяются три основных элемента:

• Корпус. Традиционно изготавливается из стали. Предусмотрен кронштейн для установки на потолок или стену. Опционально он может быть поворотным.
• Нагревательный элемент (спираль). В современных моделях нагревательные элементы выполняются из карбоновой нити, помещенной в трубку из кварцевого стекла. Из пространства между нитью и колбой удаляется воздух. Поэтому кварцевое стекло нагревается заметно меньше карбоновой спирали. Что важно для обеспечения пожарной безопасности.
• Отражатель и защитная решетка. Комбинация этих приспособлений позволяет эффективно собрать и направить тепловые лучи на нагреваемую поверхность, защитить разогретую до высокой температуры колбу от случайного попадания легковоспламеняемого мусора.

Важной для выбора модели технической характеристикой является мощность. Чем выше показатель, тем большую площадь помещения способен обогревать прибор. Коэффициент полезного действия близок с 100%. Так как вся электрическая энергия превращается в тепло. За исключением пренебрежимо малой доли, которую нить тратить на свечение в видимом диапазоне — красный цвет.

Отметим, что эффективность инфракрасного обогревателя, устанавливаемого на потолок или на стену, зависит от соблюдения указаний производителя. Слишком высокое — более 3 метров над полом, положение приведет к потере энергии тепловых лучей. Значительная ее часть будет рассеиваться, снижая эффективность отопления.

Расположение излучателя ближе 1 метра к поверхности рабочего стола приведет к ее чрезмерному разогреву. Важно понимать, что инфракрасный обогреватель греет любой объект, попавший в зону до 3 метра от него. И чем ближе он оказался, тем выше будет температура его поверхности.

Преимущества и недостатки отопления с помощью ИК приборов

Преимущества инфракрасных обогревателей:

• Быстрый выход на рабочий режим. За время меньше минуты карбоновая нить раскаляется и начинает излучать тепловые лучи. Карбоновые обогреватели преобразуют электроэнергию в узкий диапазон теплового излучения без потерь в других частотах.
• Равномерный прогрев помещения по объему. Эффект описан выше. Объясняется косвенным нагревом воздуха от пола и других горизонтальных поверхностей, находящихся на пути ИК-лучей.
• Отсутствие направленных потоков воздуха. В конвекционных моделях воздух нагревается от электронагревательного элемента. Воздушные массы с более высокой температурой устремляются к потолку. В случае использования ИК-прибора воздух нагревается опосредованно, поэтому температура его ниже. Скорость, с которой он поднимается, соответственно, тоже меньше.

Как и у других нагревательных приборов, у инфракрасного обогревателя есть недостатки:

• Невозможность управлять степенью нагрева. Температура нити инфракрасного обогревателя быстро выходит в рабочий режим и остается неизменной. Это не позволяет регулировать мощность. Недостаток компенсируется подключением прибора через внешний термостат. При этом датчик температуры воздуха можно разместить в зоне комфорта.
• Эффект припекания. Объекты, расположенные близко к месту установки прибора, нагреваются достаточно сильно. В метре от карбоновой нити человек не сможет чувствовать себя комфортно. Этот момент учитывают при выборе места монтажа.
• На расстоянии более 3 метров от прибора тепловые лучи теряют значительную часть своей энергии за счет рассеивания. Чтобы обеспечить эффективность работы, прибор монтируют на высоте 2,5-3 метра от пола. Для обогрева помещений с высокими потолками можно использовать длинные подвесы.

В заключение можно сказать, что инфракрасный обогреватель является эффективным и экономичным способом обогрева помещений. Он обеспечивает комфортное тепло без сжигания кислорода и не сушит воздух. Кроме того, он может быть использован в качестве дополнительного источника тепла в холодное время года, а также для обогрева рабочих мест на производстве.

Автор статьи: Александр Шихов