Инфракрасные системы отопления

Как передается тепло

Физический процесс передачи тепла от одного физического тела к другому называется теплопередачей. Передача тепла осуществляется от горячего физического тела к холодному либо при непосредственном контакте, либо через перегородку.

Тепловая энергия будет передаваться до тех пор, пока температуры физических тел не сравняются. В физике это состояние называется термодинамическим равновесием. Теплопередача, как правило, происходит от горячего тела к холодному, что полностью соответствует второму закону термодинамики. Согласно этому закону работают все системы отопления.

С точки зрения физики существуют три элементарных типа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Но в чистом виде, по отдельности, они практически не встречаются, в общем случае тепло передается сочетанием простых типов. В основном различают три типа теплопередачи: теплоотдача, теплопередача и конвективно-лучевой метод передачи тепла.

Как работают традиционные системы отопления

К традиционным системам отопления относятся те системы, в которых используется какое–либо топливо. В настоящее время чаще всего используется газ, хотя в некоторых случаях применяется жидкое и твердое топливо. Но независимо от типа топлива принцип работы всех традиционных систем одинаков. Теплота от сгорания топлива нагревает теплоноситель, который поступает в радиаторы отопительной системы и нагревает воздух в помещении. В качестве теплоносителя в традиционных системах отопления используется вода, поэтому такие системы называют водяными.

По всем законам физики теплый воздух устремляется вверх, а холодный, естественно, перемещается вниз. Такое движение воздуха есть не что иное, как упомянутая выше конвекция. Этот холодный воздух как раз и создает холодные полы, что приходится устранять устройством «теплых полов». Если помещение достаточно высокое (производственный корпус, зрительный или спортивный зал и т.п.), то прогрев всего объема длится достаточно долго, создается расслоение воздуха.

Поднимающийся вверх теплый воздух создает сквозняк в помещении, кроме того увеличиваются потери тепла через крышу и стены, тепло попросту уходит из здания. В этом случае говорят, что мы отапливаем улицу. Люди, находящиеся внизу, оказываются в зоне холодного воздуха.

На рисунке 1 схематично показано распределение тепла при работе традиционной системы отопления.

Рисунок 1. Распределение тепла при работе традиционной системы отопления

Как устроены традиционные водяные системы отопления

Основным устройством системы водяного охлаждения является котел, чаще всего газовый. Нагретая в котле вода по трубам поступает в отопительные приборы – радиаторы. Для циркуляции воды в системе устанавливается насос, если циркуляция принудительная, хотя циркуляция может быть естественной. В этом случае можно обойтись и без насоса.

Кроме этих основных устройств и деталей в водяную систему отопления входит также множество «вспомогательных», но нужных деталей. Прежде всего, это расширительный бак для компенсации температурного расширения воды, фитинги для соединения труб, воздушные клапаны и многое другое, необходимое для нормальной работы всей системы в целом.

В индивидуальном доме для установки газового котла требуется дополнительное помещение, оборудованное системой вентиляции и дымоходом, не говоря уже о системе подведения газа. В случае централизованного отопления требуется строительство большой котельной и прокладка целой сети теплотрасс. Вся система получается дорогой и сложной. Но в некоторых случаях, например для небольшого загородного дома, и если поблизости нет газа, приходится делать электрическую систему отопления.

Наиболее распространенными в таких случаях являются электрические котлы для водяного отопления или различные электрические обогреватели. В первую очередь это масляные радиаторы, электрокамины и тепловентиляторы различных конструкций. Принцип работы этих приборов также конвекционный, как у водяных систем отопления: сначала греется воздух, а уже потом стены, мебель, люди. Такая система малоэффективна и малоэкономична.

Инфракрасные отопительные приборы

В настоящее время выпускаются различные приборы инфракрасного отопления, которые обеспечивают рациональный и экономный обогрев помещений в самых различных условиях. Далее будут рассмотрены некоторые из этих приборов, принципы их работы.

С точки зрения природы традиционные системы отопления действуют неправильно. Сначала нагревается воздух, а потом и все остальное. В природных условиях все происходит наоборот.

Естественным источником тепла на Земле является Солнце. Солнечные лучи обладают очень широким спектром, но именно его инфракрасная составляющая нагревает Землю, людей, растения и все предметы, а уже от них нагревается воздух и создаются комфортные условия для жизнедеятельности человека.

Именно по такому принципу работают инфракрасные обогреватели. Воздух для инфракрасного излучения абсолютно прозрачен, поэтому инфракрасные лучи беспрепятственно доходят до обогреваемых поверхностей и предметов.

На рисунке 2 схематично показано распределение тепла при использовании инфракрасного обогревателя.

Рисунок 2. Распределение тепла при использовании инфракрасного обогревателя

Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитные волны с длиной волны в пределах 1*10-6…1*10-3 мкм. Интенсивность теплового излучения зависит от длины волны ИК излучения: коротковолновые лучи получаются при температуре излучающего тела свыше 750°С. В зависимости от области применения и конструкции температура излучающего элемента ИК обогревателя может находиться в пределах 100…950°С.

Подвесные инфракрасные обогреватели

В достаточно высоком помещении водяные системы отопления, как уже было сказано выше, малоэффективны, ведь весь теплый воздух поднимается вверх.

При высоте потолка 2,5…3,6 м достаточно эффективны и экономичны будут низкотемпературные инфракрасные подвесные обогреватели с температурой излучателя в пределах 100…120°С.

Чтобы достичь равномерности обогрева помещения, избежать появления теплых и холодных зон требуется осуществлять отопление несколькими обогревателями, суммарная мощность которых должна соответствовать тепловым потерям здания. Если высота потолков 4 м и более, то вполне допустимо и безопасно применение обогревателей с температурой излучающей поверхности до 200°С и выше. Такие обогреватели называют высокотемпературными.

Конструкция и принцип действия излучателей такова, что их установка возможна на любой высоте. Если помещение очень большое, например склад или ангар, то инфракрасные обогреватели можно установить, лишь над рабочими площадками, в местах нахождения людей, что позволяет экономить электроэнергию.

Низкотемпературный обогреватель представляет собой металлический короб с размещенным внутри него распределенным нагревателем. Излучающая поверхность обрабатывается специальными материалами, обеспечивающими максимальную интенсивность теплового излучения, эмиссию тепловой лучистой энергии. Коэффициент тепловой эмиссии у наиболее совершенных обогревателей достигает 90%. Увеличению тепловой отдачи в немалой степени способствует то, что излучающая поверхность делается рельефной, бугристой. Это позволяет увеличить ее площадь не менее чем в 2,5…3 раза.

Высокотемпературные обогреватели также представляют собой коробчатый корпус, внутри которого расположены один или несколько нагревательных элементов. Тепло этих элементов передается профилю из алюминия, излучающая поверхность которого покрыта специальной керамикой, что позволяет снизить температуру излучающей поверхности за счет повышения коэффициента эмиссии лучевого потока.

Пространство между корпусом и нагревательными элементами заполнено термостойким высококачественным теплоизолятором, чем достигается полная пожарная безопасность всего устройства в целом. Такая теплоизоляция характерна как для высокотемпературных, так и для низкотемпературных обогревателей.

Некоторые фирмы, например Thermatex, Armh5, Rockfon выпускают инфракрасные обогревателя для монтажа в кассетные потолки, что лишний раз говорит пожаробезопасности инфракрасных обогревателей.

Одной из новинок рынка стали теплоизлучающие зеркала. Их отражающий слой является одновременно и нагревательным элементом. Максимальная температура поверхности зеркала не превышает 75°С, что полностью безопасно для окружающих. В сауне или в ванной комнате такое зеркало не запотевает, не изменяет естественный уровень влажности и прекрасно вписывается в дизайн помещения, экологически безопасно.

Как показали различные исследования, тепловой спектр частот инфракрасного отопления для человека абсолютно безопасен. Это подтверждают исследования не только фирм – изготовителей, но и результаты независимых экспертиз. Безопасность инфракрасных приборов подтверждают также сертификаты соответствия, выданные как российскими, так и зарубежными санитарными службами.

Различными фирмами выпускаются инфракрасные обогреватели в основном потолочного типа пригодные для использования в любых помещениях: производственных, жилых, сельскохозяйственных, влажных и даже взрывоопасных.

Многими фирмами выпускаются также обогреватели настенного типа, напольные и переносные, устанавливаемые на стойках. Известны инфракрасные обогреватели, в которых применяется газ.

Инфракрасные обогреватели-картины

В последнее время в качестве дополнительных местных обогревателей все более популярными становятся различные элементы интерьера: обогреватели-картины, плинтусы, теплые настенные панели.

Подобные нагревательные элементы состоят из карбоновых нитей подключенных параллельно между собой. Таких нитей в нагревателях не одна и даже не две сотни, благодаря чему каждая нить работает без всяких перегрузок, мощность выделяемая ею весьма мала. Поэтому исключено возникновение перегрузок и перегрев, надежность таких обогревателей очень высока, срок службы достигает 10 лет и более.

Преимущества инфракрасных обогревателей

Одним из достоинств инфракрасных обогревателей является то, что тепло, создавая сквозняки и поднимая тучи пыли, не уходит под потолок, как в случае конвекционных систем отопления. Уровень электромагнитных полей инфракрасных систем намного меньше, чем у многих бытовых электроприборов, не сжигается кислород, влажность воздуха в помещении не уменьшается, остается на естественном уровне.

Тепло в помещении ощущается сразу после включения, поверхности окружающих предметов почти сразу становятся теплыми. При этом не обязательно равномерно отапливать все помещение, возможно создание отдельных комфортных зон, например, около телевизора или над письменным или компьютерным столом.

Несомненным достоинством инфракрасных оборудования является его малогабаритность и мобильность. За счет этих параметров экономится полезная площадь, оборудование легко перемещается, устанавливается и демонтируется. Инфракрасные обогреватели весьма эффективны в зданиях с плохой теплоизоляцией и высокими потолками, мало влияют на работу вентиляции.

Установка инфракрасных обогревателей соответствующей мощности возможна даже на открытой местности. Например, над столиками в летнем кафе. В отличие от традиционной водяной системы отопления не требуется установка сложного дорогостоящего оборудования: трубы, котлы, насосы и т.п. В случае установки инфракрасного отопления исчезают такие проблемы, как размораживание труб при отключении системы. При повторном включении электричества инфракрасное отопление заработает вновь, как ни в чем не бывало.

С помощью современных программируемых терморегуляторов возможно поддерживать температуру в диапазоне 5…30°С, задавая ее для каждого помещения отдельно.

По сравнению с конвекционными обогревателями ИК приборы экономичнее на 20…25%, а в случае использования двухтарифной оплаты за электроэнергию экономия может достичь 40…45%.

Как организовать водяное отопление частного дома

Отопление очень важная часть постройки загородного или частного дома, коттеджа или дачи. В многоквартирных домах эта проблема решается просто. Её проблемы просто нет. Все квартиры подключены к системе центрального отопления и вам в конце каждого месяца только приносят счета на оплату тепла. Совсем другое дело, если у вас частный дом. В этом случае проблему придется решать вам. Поэтому надо знать, как правильно сделать водяное отопление частного дома. Даже если вы вызовете специалиста, а не будете мастерить своими руками, багаж знаний по вопросу отопления должен быть.

Гидравлические системы

Такие водяные системы носят название гидравлические. Система водяного обогрева в частном коттедже представляет собой замкнутый цикл. По системе циркулирует теплоноситель, горячая вода. Вода, нагретая с помощью котла, проходит по трубам частного дома к радиаторам отопления, другим приборам и отдаёт тепло, и снова возвращается к исходной точке. Такую систему можно сделать своими руками.

Схемы отопления бывают с естественной циркуляцией теплоносителя и с принудительной циркуляцией. Для частного загородного дома более подходит схема с принудительной циркуляцией. В ней вода движется при помощи насоса.

Водяная система отопления дома

Составляющие

• Нагревательный котёл – любого типа.
• Циркуляционный насос.
• Расширительный бак. Он окрашен в красный цвет. Его объем составляет 10 % от объёма теплоносителя.
• Трубопровод.
• Радиаторы.
• Термостат. Это вентиль, который устанавливается для того, чтобы не нагружать котёл. Часть воды идёт, минуя котёл в систему. Котёл работает в экономичном режиме. Простыми словами этот вентиль позволяет смешивать очень горячую воду из котла и охлаждённую воду из обратки. Такая вода получается достаточно горячей, чтобы обогревать помещение.
• Автоматический воздухоотводчик. Он избавляет систему отопления от воздуха.
• Манометр.
• Предохранительные клапаны.

Системы водяного отопления подразделяются на двухтрубные и однотрубные.

Однотрубная

Однотрубные схемы рассматривать подробно в контексте этой статьи не стоит. Можно лишь сказать, что это система имеет ряд значительных недостатков. Хотя некоторые люди считают, что она выглядит более красивой и быстрее нагревается. К тому же в ней используется труб меньше. А вот регулировать температуру в ней трудно, можно сказать, невозможно. Батареи, подключенные по цепочке, ближе к котлу, горячее, чем дальние. И в конце системы радиаторы оказываются недостаточно тёплые.

Двухтрубная

Монтируя водяное отопление на даче, рекомендуется применение двухтрубной системы. Вода в такой системе поднимается по трубам вверх, а затем уже нагревает отопительные приборы. Благодаря тому, что плотность холодной воды больше чем плотность горячей, холодная вода заменяет горячую.

Радиатор подключен к двухтрубной системе

Лучевая

Зачастую в своих домах и на дачах используют коллекторную систему отопления. Иначе её называют – лучевая система. Название уже говорит за себя. К одному прибору – коллектору приходит и прямая и обратная подача воды. А потом уже, теплоноситель, лучами, распределяется к каждому прибору равномерно. Трубы при такой схеме закладываются в полу и её обычно делают на стадии строительства частного или загородного дома. Установить распределительный коллектор отопления можно в специальном шкафу, а можно приспособить для этой цели какую-нибудь нишу в стене. Другое название коллектора – гребёнка, т. е. это труба с отводами, которые располагаются на прямой по одной стороне. Вот от этих отводов отходят трубы к радиаторам, устанавливается запорная арматура и воздухоотводчики. В систему входит две гребёнки. Кстати, такую гребёнку отопления можно попробовать сделать своими руками, но при этом будет больше вероятности, что конструкция может подтекать.

Коллектор отопления, гребёнка

Циркуляция воды

Далее, решаем вопрос о том, как будет циркулировать в вашей системе вода. Есть схемы с естественной циркуляцией, есть с принудительной циркуляцией.

Принудительная

Лучше выбирать систему принудительную, с использованием насоса. В ней и температуру, требуемую можно задать и трубы из пластика использовать, да и выглядит она более эстетично. И самое главное – небольшой расход топлива.

Естественная

Сразу, можно сказать, что естественная циркуляция, хотя и имеет некоторые преимущества, например, не надо подключаться к электричеству, так как в системе отсутствует электрический насос, в настоящее время применяется крайне редко. Это громоздкая система, она не экономична. Для её работы необходимо большое количество топлива, трубы большого диаметра. В этой системе тепло нельзя регулировать. Как-то по современным стандартам она недотягивает до идеала.

Расчёты

Приступая к любому делу, необходимо произвести небольшие расчёты. Расчеты можно сделать своими руками, но лучше воспользоваться таблицами. Из расчетов вам необходимо узнать

• Каковы потери тепла в вашем доме.
• Какой мощности котёл сможет обогреть ваш дом.
• Какая будет протяженность труб в вашей системе.
• Сколько батарей установить в комнатах и где их надо, а где не надо устанавливать.

Если у вас в доме есть альтернативное отопление, например, стоит печь или камин, то возможно уменьшить мощность котла отопления и всей системы в целом. При наличии другого вида отопления, возможно, вам понадобиться просто смонтировать водяное отопление пола. В целях экономии ваших затрат можете попробовать это сделать своими руками.

Расчёт потерь тепла

Потери тепла в Доме можно рассчитать очень точно с применением различных формул. А можно применить к своему дому средине величины.

• Считается, что если ваш дом хорошо утеплён, в доме стоят пластиковые окна, все щели заделаны, то для обогрева одного кубического метра помещения необходимо мощности 20 Вт.
• Если ваш дом старой постройки, не имеет окон, экономящих тепло, ветер гуляет по щелям, то для обогрева кубического метра требуется 40 Вт. мощности.
• Если вы живёте в регионе с очень низким температурным режимом, устанавливаете размер мощности – 50 Вт. Из этих расчётов выбираете котёл.

Трубопровод

Сейчас и трубы для водяного обогрева изготавливаются из нескольких видов материалов. Бывают трубы металлические, полипропиленовые, металлопластиковые, гофрированные нержавеющие, медные трубы, Рех-трубы. Здесь так же надо прикинуть, какой из предложенных видов труб вам наиболее подойдет. Просто небольшой совет. Если решитесь делать водяное отопление самостоятельно, лучше воспользоваться полипропиленовыми трубами. Хотя и скрепляются они сваркой. Такая сварка доступна каждому. Несложный сварочный аппарат и простая работа. Если не получилось, то можно переделать. И цена небольшая.

Попутные решения

Делая водяное отопление загородного частного дома, вы можете решить сразу несколько проблем.

Обогрев теплицы

Помимо обогрева самого частного дома, можно с помощью этой системы наладить отопление теплицы или оранжереи. Достаточно от основного котла провести своими руками трубы до теплицы и утеплить их в тех местах, где они будут пролегать по улице.

Очистка дорожек

Организовав у себя в доме водяное отопление, можно подвести эти трубы к тротуарным дорожкам и подъездным дорогам к дому. В этом случае зимой вам не придётся чистить дорогу для своего автомобиля.

Обогрев гаража

Если у вас есть водяной обогрев частного дома, значит, будет и тёплый гараж. Реально провести водяное отопление в гараже. Не понадобится ставить отдельный котёл в гараже. Вы делаете развилку и отводите часть воды в гараж. Об отоплении в гараже следует подумать перед покупкой и установкой котла. Так как в расчётную мощность котла надо включить и площадь гаража.

Если гараж не пристроен непосредственно к дому, а находится на некотором расстоянии, надо приобретать более мощный насос, чтобы хватило мощности качать воду.

Трубы, которые проложены по улице от котельной к гаражу, надо утеплять. Трубы утепляются своими руками пенополистиролом или минеральной ватой. Гараж, как и дом тоже надо будет утеплить, чтобы снизить расход тепла. Хотя необязательно поддерживать в гараже такую же температуру, как и в доме. В гараже достаточно будет температуры плюс 5 градусов. При более высокой температуре вашей машине будет менее комфортно.

Отапливать дом можно различными способами. Можно с помощью новейших технологий или использованием солнечных батарей. Но пока самая понятная и надёжная это система водяного отопления. Большинство выбирает именно эту систему. Предлагаем и вам выбрать её!