Применение инфракрасного излучения для обогрева помещений

  �?звестно, что в человеческом организме при медленном сжигании потребляемой пищи выделяется теплота. Часть этой теплоты, превы�?ающая потребности организма, должна удаляться из него.

Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду , зависит от боль�?ого числа факторов (массы тела, возраста, состояния здоровья и т. д.), в особенности же от характера деятельности человека в данный момент времени (см. табл. 1).

Таблица 1 – Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду.

Теплообмен между телом человека и окружающей его средой в состоянии равновесия происходит по схеме, приведенной на рис.1.

Рис.1 – Теплообмен между телом человека и окружающей средой

Количество теплоты, выделяющейся в теле человека в спокойном состоянии, составляет в среднем 125 Вт. При низкой температуре теплоотдача человеческого тела в окружающую среду возрастает и человек начинает ощущать холод. Возникающая при этом разность количеств теплоты достигает 175 Вт при температуре окружающего воздуха 10 ºС.

Роль обогрева состоит только в устранении ощущения холода либо за счет увеличения температуры воздуха в помещении (при конвективном обогреве), либо за счет увеличения температуры поверхностей в помещении (при конвективном и лучистом обогреве), либо передачи непосредственно человеческому телу определенного количества теплоты (при поглощении в нем излучения во время лучистого обогрева) для компенсации дополнительного количества теплоты, отдаваемой телом в окружающую среду.

Если потери теплоты, отдаваемой человеческим телом, не превы�?ают определенной нормы, то считается, что в данных условиях для человека создан необходимый тепловой комфорт. Кроме того, для создания ощущения теплового комфорта необходимо выполнить еще следующие условия:

1) воздух должен быть практически неподвижен;

2) относительная влажность воздуха должна составлять 30 – 70%;

3) температура окружающего воздуха и средневзве�?енная температура окружающих поверхностей должны быть   распределены как можно более равномерно, т.е. не должны создаваться значительные температурные перепады между различными точками помещения (например, на уровне головы и уровне лодыжек); для обеспечения комфортных условий максимальная разность температуры воздуха по вертикали между уровнями лодыжек и головы не должна быть боль�?е 3 ºС ;

4) должно быть скомпенсировано неприятное воздействие сли�?ком холодных поверхностей (окон, наружных дверей, и т.п.) путем установки в соответствующих зонах нагретых поверхностей, отдающих определенное количество теплоты, такое же, которое теряется человеком в направлении холодных поверхностей.

Главной особенностью обогрева при помощи инфракрасного (далее – �?К) излучения является выделение теплоты в организме человека за счет непосредственно поглощенного телом человека �?К-излучения от генерирующих его излучателей, но не за счет передачи ему теплоты нагретым воздухом, который при этом методе отопления почти не подогревается. В этом состоит коренное отличие лучистого обогрева от обычных, традиционных способов отопления теплым воздухом за счет конвективного по­ступления теплоты от радиаторов центрального отопления, калориферов , печей и т. п.

Обогрев осуществляется �?К-излучателями –  электрическими или газовыми (последние во многих случаях оказы­ваются экономически более выгодными), – лучистый поток которых направляется непосредственно на обогреваемые объекты – на людей. При этом часть потока попадает на окружающие поверхности (пол, стены, участки рабочих мест и т. д.); поглощаясь в них, �?К-излучение вызывает их нагрев и вследствие этого некоторое повы�?ение температуры соприкасающегося с этими поверхностями воздуха.

Распределение температур воздуха внутри помещения и его перемещение при конвективном и лучистом обогревах различно .

При конвективном обогреве помещения воздух получает теплоту , непосредственно соприкасаясь с нагретыми поверхностями отопительных приборов (радиаторами центрального отопления, поверхностью печей и т. п.), причем соотно�?ение температур описывается неравенством

                                                           t _в > t _ср ,                     

где t _в – температура воздуха внутри помещения; t _ср – средне­ взве�?енная температура всех поверхностей внутри помещения, включая поверхности отопительных приборов.

При лучистом обогреве помещения �?К-излучателями воздух, получает теплоту, в основном , косвенным путем, и его температура t _в мень�?е средневзве�?енной температуры t _ср всех поверхностей помещения (включая температуру поверхностей �?К-излучателей), т. е.

                                                           t _в < t _ср ,                     

а изменения температуры воздуха по высоте помещения почти не происходит (см. рис. 2). В таких условиях обогрев может быть обеспечен при мень�?их потерях теплоты в пространство вне помещения. Кроме того, можно осуществлять локальный обогрев только определен­ных участков внутри помещения (например, отдельных рабочих мест в производственном цехе и т. п.), не изменяя общего температурного режима всего помещения в целом (что в ряде случаев создает значительные   экономические выгоды).

а)                                       б)

Рис. 2 – Вертикальное распределение температуры при отоплении

(а – лучистом (потолочном); б – конвективном (радиаторном); 1 – в центре комнаты; 2 – вблизи окна)

Вследствие этого установки лучистого обогрева с �?К-излучателями   можно   успе�?но использовать   в боль�?их   помещениях   со значительными холодными частями поверхности (боль�?ие светопроемы и окна, витрины и т. п.) – в производственных цехах, торговых помещениях, спортзалах и т. п. При правильном и обоснованном расположении �?К-излучателей средневзве�?енная температура поверхностей внутри помещения t _ср окажется достаточно боль�?ой, что позволит снизить температуру воздуха t _в до значения , при котором не ощущается потери теплового комфорта.

Лучистый обогрев помещений �?К-излучателями создает ряд важных преимуществ, среди которых следует отметить:

1)       возможность   немедленного начала работы обогревательной установки при ее включении;

2)        легкость регулировки режима работы и эксплуатации уста­ новки;

3) возможность непосредственного обогрева данной рабочей зоны при обеспечении достаточно равномерного распределения температуры в этой зоне;

4)        достижение ощущения теплового комфорта в сочетании с прохладным воздухом (это состояние, как установлено, увеличивает производительность труда,    стимулирует    спортивный    потенциал и т.   п.);

5)        в   производственных   помещениях   инструменты,    материалы, оборудование и т. п., будучи более теплыми, чем воздух, усиливают ощущение теплового   комфорта;

6)        потери    теплоты    из    соответствующих    помещений    наружу мень�?е, чем в случае конвективного обогрева.