Физический процесс передачи тепла от одного физического тела к другому называется теплопередачей. Передача тепла от горячего физического тела к холодному физическому телу происходит при непосредственном контакте или через перегородку.
Тепловая энергия будет передаваться до тех пор, пока температуры физических тел не сравняются. В физике это состояние называется термодинамическим равновесием. В норме передача тепла происходит от горячего тела к холодному, что полностью соответствует второму началу термодинамики. Все системы отопления эксплуатируются в соответствии с этим законом.
С точки зрения физики существует три основных типа теплопередачи: проводимость, конвекция и тепловое излучение. Но в чистом виде они в действительности никогда не встречаются; в общем случае теплота передается посредством комбинаций простых типов. Существует три основных способа теплопередачи: теплообмен, теплообмен и конвекционно-радиационный теплообмен.
Как работают традиционные системы отопления
Традиционные системы отопления включают системы, использующие тот или иной вид топлива. В настоящее время чаще всего используют газ, хотя в некоторых случаях применяют также жидкое и твердое топливо.
Но независимо от типа топлива все обычные системы работают одинаково. Тепло от сгорания топлива нагревает теплоноситель, который поступает в радиаторы системы отопления и нагревает воздух в помещении. Традиционные системы отопления используют воду в качестве теплоносителя, поэтому такие системы называют водяными.
Согласно всем законам физики, теплый воздух движется вверх, а холодный воздух естественным образом движется вниз. Это движение воздуха есть не что иное, как упомянутая выше конвекция.
Этот холодный воздух приводит к тому, что пол становится холодным, и его необходимо устранить, установив «теплый пол». Если помещение достаточно высокое (производственное здание, зрительный или спортивный зал и т.п.), нагрев всего объема продолжается значительное время, создавая расслоение воздуха.
Теплый воздух, поднимаясь вверх, создает сквозняки внутри помещения, кроме того, увеличиваются теплопотери через крышу и стены и тепло уходит из здания; В данном случае говорят, что мы отапливаем улицы. Люди внизу оказываются в зоне холодного воздуха.
На рис. 1 схематически показано распределение тепла при работе традиционной системы отопления.
Рисунок 1. Распределение тепла при работе традиционной системы отопления
Как работают традиционные системы горячего водоснабжения
Основным оборудованием системы водяного охлаждения является котел, наиболее распространенным является газовый котел. Нагретая в котле вода поступает по трубам в отопительный прибор – радиатор. Если циркуляция принудительная, то устанавливается насос для циркуляции воды по системе, хотя циркуляция может быть и естественной. В этом случае можно обойтись без насоса.
Помимо этих основных приспособлений и компонентов, система горячего водоснабжения также включает в себя множество «вспомогательных», но необходимых компонентов. Во-первых, это расширительный бак, компенсирующий тепловое расширение воды, фитинги для соединения труб, воздушные клапаны и еще множество аксессуаров, необходимых для правильного функционирования всей системы.
В индивидуальном доме для установки газового котла необходимо дополнительное помещение с системой вентиляции и дымоходом, не говоря уже о системе газоснабжения.
В случае центрального отопления необходимо построить большую котельную и проложить всю сеть труб отопления. Вся система становится дорогой и сложной. Но в некоторых случаях, например, для небольшого загородного дома, если поблизости нет природного газа, необходимо сделать систему электрического отопления.
Наиболее распространенными случаями такого рода являются электрические котлы или различные электронагреватели, используемые для кипячения воды. Прежде всего, это масляные радиаторы, электрокамины и воздухонагреватели различных конструкций. Эти устройства также работают по принципу конвекции, как и система горячего водоснабжения: сначала нагревается воздух, затем стены, мебель и люди. Такая система неэффективна и неэкономична.
Инфракрасное нагревательное устройство
В настоящее время выпускаются различные инфракрасные отопительные устройства, способные обеспечить разумный и экономичный обогрев помещений в различных условиях. Далее будут рассмотрены некоторые из этих устройств и принципы их работы.
С естественной точки зрения обычные системы отопления не работают должным образом. Сначала нагревается воздух, затем нагревается все остальное. В природных условиях все происходит наоборот.
Естественным источником тепла на Земле является Солнце. Спектр солнечных лучей очень широк, но именно его инфракрасная составляющая нагревает землю, человека, растения и все предметы и тем самым нагревает воздух, создавая комфортные условия для жизни человека.
Именно так работают инфракрасные обогреватели. Воздух полностью прозрачен для инфракрасного излучения, поэтому инфракрасные лучи легко достигают нагретых поверхностей и предметов.
Читайте также статью: Дизайн маленькой кухни на даче
На рисунке 2 схематично показано распределение тепла при использовании инфракрасного обогревателя.
Рисунок 2. Распределение тепла при использовании инфракрасного обогревателя
Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитную волну с длиной волны в диапазоне 1*10-6...1*10-3 мкм. Интенсивность теплового излучения зависит от длины волны инфракрасного излучения (ИК-излучения): коротковолновые лучи генерируются при температуре излучателя выше 750°С. В зависимости от применения и конструкции температура излучающего элемента инфракрасного обогревателя может находиться в диапазоне 100...950°С.
Подвесной инфракрасный обогреватель
В достаточно высоких помещениях описанная выше система горячего водоснабжения неэффективна, поскольку весь горячий воздух будет подниматься вверх.
низкотемпературные подвесные инфракрасные обогреватели с высотой потолков 2,5...3,6 м и температурой излучателей в диапазоне 100...120°С будут очень эффективными и экономичными.
Чтобы добиться равномерного обогрева помещения и избежать холодных и теплых зон, для отопления необходимо использовать несколько обогревателей, общая мощность которых должна соответствовать теплопотерям здания.
если высота потолка составляет 4 м и выше, вполне допустимо и безопасно использовать обогреватели с температурой излучающей поверхности до 200°C и выше. Такой нагреватель называется высокотемпературным нагревателем.
Конструкция и принцип работы передатчиков позволяют устанавливать их на любой высоте. Если помещение большое, например склад или ангар, то инфракрасные обогреватели можно устанавливать только над местом работы, где есть люди, что позволит сэкономить электроэнергию.
Низкотемпературный обогреватель представляет собой металлический ящик, в котором размещен распределенный нагреватель. Излучающая поверхность обработана специальными материалами, обеспечивающими максимальную интенсивность теплового излучения и выделение тепловой лучистой энергии.
Коэффициент теплоотдачи самого современного обогревателя достигает 90%. Тот факт, что излучающая поверхность становится рельефной и неровной, во многом способствует увеличению теплоотдачи. Это позволяет увеличить его площадь как минимум в 2,5...3 раза.
Высокотемпературный нагреватель также представляет собой корпус коробчатой формы, содержащий один или несколько нагревательных элементов. Тепло от этих элементов передается алюминиевым профилям, излучающие поверхности которых покрыты специальной керамикой, что позволяет снизить температуру излучающих поверхностей за счет увеличения коэффициента излучения лучистого потока.
Пространство между корпусом и нагревательным элементом заполнено термостойким высококачественным изоляционным материалом, обеспечивающим полную пожаробезопасность всего устройства. Этот вид изоляции характерен как для высокотемпературных, так и для низкотемпературных обогревателей.
Некоторые компании, такие как Thermatex, Armh5, Rockfon, производят инфракрасные обогреватели, устанавливаемые на кассетные потолки, что еще раз доказывает пожаробезопасность инфракрасных обогревателей.
Одной из новинок на рынке является охлаждающее зеркало. Их отражающий слой также является нагревательным элементом.
Видео: Инфракрасные обогреватели, в чем их преимущества ? | Тепло в доме.
Максимальная температура поверхности зеркала не превышает 75°С, что делает его полностью безопасным для окружающих. В сауне или ванной такое зеркало не запотевает, не изменяет естественный уровень влажности и прекрасно вписывается в дизайн помещения, оно экологично.
Различные исследования показали, что тепловой спектр частот инфракрасного нагрева абсолютно безопасен для организма человека. Это подтверждают не только исследования компаний-производителей, но и результаты независимых проверок. Сертификаты соответствия, выданные российскими и зарубежными органами здравоохранения, также подтверждают безопасность инфракрасного оборудования.
Несколько компаний производят инфракрасные обогреватели, в основном потолочные, подходящие для использования в любых местах: промышленных, жилых, сельскохозяйственных, влажных или даже взрывоопасных.
Многие компании также производят портативные обогреватели настенного, напольного и стоечного типа. Известны инфракрасные обогреватели, использующие газ.
Инфракрасный обогреватель для картин
В последнее время в качестве дополнительных локальных обогревателей все большую популярность приобретают различные элементы интерьера: обогреватели для картин, плинтусы, теплые стеновые панели.
Этот нагревательный элемент состоит из углеродных волокон, соединенных параллельно друг другу. Таких нитей в нагревателе одна, а то и более двухсот. Каждая нить не будет перегружена и выделяемая мощность очень мала. Поэтому возникновение перегрузок и перегревов исключено, а надежность этого типа обогревателя очень высокая, срок службы более 10 лет.
Керамический инфракрасный обогреватель
Преимущества инфракрасных обогревателей
Одним из преимуществ инфракрасных обогревателей является то, что тепло не достигает потолка, создавая сквозняки и поднимая облака пыли, как это делают конвекционные системы отопления. Уровень электромагнитного поля инфракрасных систем значительно ниже, чем у многих бытовых приборов, кислород не горит, а влажность воздуха в помещении не снижается и остается на естественном уровне.
Тепло в комнате можно ощутить сразу после включения, а поверхности окружающих предметов почти сразу становятся теплыми. При этом нет необходимости равномерно обогревать все помещение, можно создать отдельные зоны комфорта, например, возле телевизора или над столом или компьютерным столом.
Несомненными преимуществами инфракрасных устройств являются их небольшие размеры и высокая мобильность. Благодаря этим параметрам экономится доступное пространство, а устройство легко перемещать, устанавливать и демонтировать. Инфракрасные обогреватели очень эффективны в зданиях с плохой изоляцией и высокими потолками и мало влияют на вентиляцию.
Инфракрасные обогреватели соответствующей мощности можно устанавливать даже на открытых площадках. Например, над столиками в летнем кафе. В отличие от традиционных систем горячего водоснабжения здесь нет необходимости устанавливать сложное и дорогостоящее оборудование: трубы, бойлеры, водяные насосы и т д.
При установке инфракрасного отопления исчезнут такие проблемы, как размораживание воздуховодов при выключении системы. При повторном включении питания инфракрасный обогрев снова начинает работать, как ни в чем не бывало.
С помощью современных программируемых термостатов температуру можно поддерживать в диапазоне 5...30°С и устанавливать индивидуально для каждого помещения.
По сравнению с конвекционными обогревателями инфракрасное оборудование на 20...25% экономичнее. При двухзарядном способе оплаты электроэнергии можно сэкономить 40...45%.
- дистанционное управление освещением
- Накопительный водонагреватель с сухим нагревательным элементом
- полимерные солнечные элементы
Надеюсь, эта статья была вам полезна. См также Электрическая энергия в повседневной жизни и работе » Другие статьи в категории Интересные инновации в электротехнике
Подписывайтесь на наш Telegram-канал: Бытовая техника
Здесь можно оставлять комментарии, задавать вопросы и общаться:
Обсудить электротехнические темы
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Читайте также статью: Где применяют ионистор? типы ионисторов, их назначение, преимущества и недостатки
Комментарии
Отправить комментарий