Содержание
Каждый из нас ощущал тепло солнечного света или горящего огня. Причиной тому, что мы чувствуем это тепло — инфракрасное излучение. В солнечном свете оно занимает половину спектра. Для человеческого глаза оно не видимо, но ощутимо. Инфракрасное излучение лежит в основе принципа действия многих отопительных приборов, одним из которых является газовый инфракрасный обогреватель.
Устройство
Устройство газовых инфракрасных обогревателей достаточно простое, здесь нет сложных систем управления. Основа — газовая горелка. Именно она ответственна за правильное и эффективное сжигание газа. От производительности горелки зависит расход газа и мощность обогревателя. Но поскольку обогреватель инфракрасный, передача тепла происходит не конвекцией, а излучением.
![Газовый инфракрасный обогреватель](/data/items/202311/153816/01.jpg)
Во многих ИК-обогревателях функцию излучателя выполняют керамические пластины. Но есть модели и без них, в таких излучение ИК-волн происходит непосредственно от пламени. Почти все уличные обогреватели работают по такому принципу. Кроме этого обогреватель имеет корпус, систему подключения к газовому баллону, органы управления. Уличные обогреватели немного отличаются по конструкции, в них нет открытого горения, а газ сгорает в специальной стеклянной колбе и дожигателе.
![ИК-обогреватель](/data/items/202311/153816/02.jpg)
Корпус устройства должен обеспечивать надежность и безопасность при горении, поскольку горение газа происходит при температуре от 8000С. Шланги подключения к баллону должны иметь достаточную длину для удобства, и обязательно редуктор. Во многих обогревателях баллон с газом устанавливается внутри корпуса.
![Баллон с газом](/data/items/202311/153816/03.jpg)
Некоторые модели обогревателей нужно дополнительно подключать к электросети, это нужно для автоматического поджига газа (другие для этого используют батарейки или пьезоэлемент). А также для питания дополнительного устройства — электрообогревателя. Есть устройства, совмещающие в одном корпусе электро и газовый обогреватель. Органы управления зачастую представлены единственным элементом — регулятором режимов или управления мощностью.
![Регулятор режимов](/data/items/202311/153816/04.jpg)
Для удобства использования многие модели обогревателей оснащаются колесиками. Так как даже без баллона вес такого обогревателя от 8 кг. А уличного — еще больше.
![Обогреватель](/data/items/202311/153816/05.jpg)
Все газовые обогреватели оснащены системами безопасности, одной из таких является термопара, которая перекрывает клапан подачи газа при затухании пламени. К системам безопасности также относится датчик опрокидывания, который также перекрывает газ, если устройство опрокинуть. Более продвинутые модели имеют датчик СО2, он автоматически отключит обогреватель при достижении критической концентрации углекислого газа в помещении.
![Газовый обогреватель](/data/items/202311/153816/06.jpg)
При обращении с газовым оборудованием нужно соблюдать все меры безопасности.
Принцип работы
При сгорании газа выделяется энергия — часть в виде тепловой энергии конвекцией, часть в виде инфракрасного излучения. Любой материал при температуре выше абсолютного ноля начинает излучать тепловую энергию, и чем выше температура материала, тем интенсивнее излучение. Рассмотрим подробнее процессы, происходящие при работе газового инфракрасного обогревателя с керамическими пластинами.
![Газовый инфракрасный обогреватель](/data/items/202311/153816/07.jpg)
Тепло в таком устройстве выделяется при сжигании газа, но это лишь часть процесса. Просто от сжигания, инфракрасного излучения мало, большая часть тепла выделяется конвекцией. Именно поэтому уличные газовые инфракрасные обогреватели такие прожорливые и малоэффективные. При мощности более 10 киловатт они способны обогревать относительно небольшие площади.
![Обогреватель](/data/items/202311/153816/08.jpg)
Более эффективны те обогреватели, в которых излучатели — керамические панели. Так, по заявлениям производителей, они в три раза экономичней и способны обогреть вдвое большую площадь. Почему? Потому что горение в таких обогревателях происходит именно в керамических панелях, есть даже научное название такому процессу — горение в пористых средах, именно такой средой является керамика.
Панели не монолитные, они имеют множество отверстий и каналов, которые увеличивают площадь. Горение газа происходит как внутри этих отверстий и каналов, так и на поверхности панели. Это позволяет значительно экономить расход газа, а также использовать гораздо более «бедную» смесь, которая в обычных условиях гореть не будет. На эту тему есть множество научных статей, вот одна их таких. Одно из практических применений такого вида горения — газовые инфракрасные обогреватели.
![Газовый инфракрасный обогреватель](/data/items/202311/153816/09.jpg)
Так вот, керамические панели после разогревания сгораемым газом начинают излучать инфракрасные волны. Причем интенсивность излучения и соответственно мощность обогревателя зависит от площади панелей и от температуры, которая не регулируется. Но можно регулировать площадь горения. В керамических газовых инфракрасных обогревателях это единственный параметр регулировки мощности. Поэтому эффективная мощность инфракрасного обогрева таким обогревателем зависит только от площади керамической панели. Горение должно быть равномерное по всей поверхности панели.
![Газовая конфорка](/data/items/202311/153816/10.png)
Конечно, часть тепла, выделяемого при сгорании газа, все же уходит в виде конвекции. Но его доля значительно ниже, чем при обычном горении.
На эффективность инфракрасного обогрева влияет и материал поверхности. Так, например, дерево, кирпич, стекло, бумага хорошо поглощают ИК-излучение, а алюминиевая фольга отлично отражает волны. Расстояние до поверхности — тоже важное условие — интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния. Влияет и направление обогрева. Для максимальной эффективности обогреватель должен быть направлен излучателем в центр комнаты.
В уличных обогревателях такой же принцип. Здесь горение газа проходит в специальной стеклянной колбе. Немного напоминает керосиновую лампу, если вы знаете и помните что это такое. Такие обогреватели менее эффективны, и в большей степени служат для декоративных целей. При этом производительность таких устройств зависит от высоты колбы. Выше колба — больше поверхность горения и излучения.
![Обогреватель](/data/items/202311/153816/11.jpg)
В верхней части уличных устройств находится дожигатель, для полного сгорания газа, и отражатель, который равномерно распределяет отраженное тепло вокруг обогревателя.
![Обогреватель](/data/items/202311/153816/12.jpg)
Газ
Во всех газовых обогревателях в качестве топлива используется пропан-бутан. Баллон приобретается отдельно. Подключение обязательно должно быть через редуктор. Он нужен для снижения давления газа. Температура горения пропан-бутановой смеси от 8000С до 19000С. Но в бытовых приборах температура горения, как правило, не превышает 10000С.
Удельная теплота сгорания пропан-бутановой смеси 46 МДж/кг. С учетом заявленного максимального расхода 315 грамм/час, например, обогревателя мощностью 4200 Вт, получается за один час работы должно выделиться примерно 14,5 МДж тепловой энергии. Для сравнения, электрическому нагревателю для выделения 14,5 МДж тепла нужно затратить 4 кВт*ч электричества. Это примерные расчеты. Реальные показатели эффективности будут ниже.
Место использования
Газовые инфракрасные обогреватели условно делятся на уличные и для помещения. Уличные можно использовать только на улице, а те, которые для помещения — только в помещении, хотя прямого запрета производителей нет. Горение во вторых открытое, даже небольшой порыв ветра может потушить пламя.
![Уличный обогреватель](/data/items/202311/153816/13.jpg)
Уличные модели не зависят от ветра, пламя в них не потухнет, но лучше не использовать обогреватель в таких условиях. Оптимально — сухая безветренная погода. В такую на свежем воздухе комфортно и эффективность использования обогревателя выше.
Помещение, в котором используется обогреватель должно обязательно иметь вентиляцию. Так как горение газа сопровождается сгоранием кислорода, выделением углекислого и угарного газа.
Безопасность ИК-излучения
Вредно или нет ИК-излучение? Самый волнующий вопрос. На вредность, так же как и на безопасность ИК-излучения влияет множество факторов. Первый из них — длина волны. Безопасными для человека являются длинные волны от 3 до 100 мкм. Производитель не указывает эти характеристики. Поэтому определить длины испускаемых ИК-волн можно лишь приблизительно. Но даже приблизительные показания позволят определить степень безопасности или вреда ИК-излучения.
![ИК-излучение](/data/items/202311/153816/14.jpg)
Есть несколько законов, связанных с тепловым излучением, но закон смещения Вина позволяет оценить зависимость интенсивности излучения от температуры излучающей поверхности и длины волны. Основной вывод из этого закона — чем выше температура тела, тем короче длина волны в области максимальной интенсивности излучения. Так, например, радиатор отопления с температурой 600С излучает ИК-волны с длинной около 9 мкм. Это значит, максимальная интенсивность излучения приходится именно на этот диапазон.
Газ горит при температуре от 800 до 19000С. Часть ИК-излучения исходит от горения, часть от нагретой керамической поверхности. Получается диапазон максимальной мощности ИК-излучения приходится на длину волн от 1,3 до 2,7 мкм. Конечно, это все примерно, и скорее всего ни керамическая панель, ни пламя от горения не имеют таких высоких температур. Поэтому можно считать, что если температура находится в нижнем пределе, использование газового инфракрасного обогревателя считается безопасным.
![Тепловое излучение](/data/items/202311/153816/15.jpg)
На безопасность использования ИК-обогревателей влияют и другие факторы, например, время использования, расстояние до прибора.
Итог
Газовый инфракрасный обогреватель — прибор, совмещающий в себе конвекционное и инфракрасное отопление. Относительная простота конструкции и принципа работы делает отопление таким устройством надежным и эффективным. Но есть и недостатки. Один из них — продукты сгорания, которые должны удаляться из помещения. В результате чего КПД прибора падает, а расход газа увеличивается. Дополнительные проблемы создает необходимость обеспечения прибора топливом. К тому же эффективность горения газа зависит от температуры, — при низкой температуре газ горит плохо.
Но и плюсов немало: независимость от электросети, мобильность, высокая мощность, экономичность, и самый главный — эффективный инфракрасный обогрев.