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.
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.
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.
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.
Для удобства использования многие модели обогревателей оснащаются колесиками. Так как даже без баллона вес такого обогревателя от 8 кг. А уличного — еще больше.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
В верхней части уличных устройств находится дожигатель, для полного сгорания газа, и отражатель, который равномерно распределяет отраженное тепло вокруг обогревателя.
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.
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.
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.
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.