Ogrzewanie promiennikowe
Promienniki IR
3D DeltaVision
Ogrzewanie za pomocą promienników pozwala na zmniejszenie zużycia energii w stosunku do tradycyjnych rozwiązań – zwłaszcza w obiektach wysokich, wielkokubaturowych i użytkowanych okresowo. Urządzenia te umożliwiają bowiem zapewnienie komfortu w pomieszczeniach przy niskiej temperaturze otoczenia i szybkie jego uzyskanie po okresie przerwy w pracy.
Zobacz także
REGULUS-system Wójcik s.j. Grzejniki do pompy ciepła?
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji...
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji swojego domu, pozostawienie dotychczasowych grzejników jest „błędem w sztuce”. Inwestorzy mają potem żal, że nikt ich o tej konieczności nie poinformował.
REGULUS-system Wójcik s.j. Jak podwyższyć moc grzejników? Dostępne są dwie drogi
Gdy dysponujemy łatwo sterowalnym źródłem ciepła z dużym zakresem dostępnej mocy grzewczej, takim jak kocioł elektryczny, olejowy czy też gazowy, odpowiedź na zadane pytanie jest prosta: należy podwyższyć...
Gdy dysponujemy łatwo sterowalnym źródłem ciepła z dużym zakresem dostępnej mocy grzewczej, takim jak kocioł elektryczny, olejowy czy też gazowy, odpowiedź na zadane pytanie jest prosta: należy podwyższyć temperaturę czynnika grzewczego.
REGULUS-system Wójcik s.j. REGULUS-SYSTEM – optymalne grzejniki remontowe i do pompy ciepła
Jeśli decydujemy się na wymianę czegokolwiek, to na coś co jest lepsze, bardziej ekonomiczne, funkcjonalne, ładniejsze, a czasem także modne. Pamiętajmy jednak, że moda przemija…
Jeśli decydujemy się na wymianę czegokolwiek, to na coś co jest lepsze, bardziej ekonomiczne, funkcjonalne, ładniejsze, a czasem także modne. Pamiętajmy jednak, że moda przemija…
Promieniowanie IR
Promienniki to urządzenia grzewcze, które większość energii oddają do otoczenia w formie promieniowania podczerwonego (ang. infrared – IR). Jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal pomiędzy światłem widzialnym a falami radiowymi (tab. 1).
Promieniowanie podczerwone emitują wszystkie ciała o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego (–273,15°C, tj. 0 K). Długość fali i intensywność tego promieniowania zależą od temperatury źródła. Im jest ona wyższa, tym krótsza jest emitowana fala i wyższa jej częstotliwość oraz intensywność promieniowania cieplnego.
Funkcjonuje kilka podziałów podczerwieni na mniejsze przedziały pasm. Jednym z nich jest podział na:
- NIR (near infrared) 0,78–5 mm,
- MIR (mid infrared) 5–30 mm,
- FIR (far infrared) 30–1000 mm.
Inny podział zastosował jeden z producentów lamp grzewczych [8], na fale:
- krótkie – IR-A (0,8–1,4 mm),
- średnie – IR-B (1,4–3 mm),
- długie – IR-C (3–10 mm).
Można się też spotkać z podziałem na:
- NIR (near infrared) 0,75–1,4 mm,
- SWIR (short wavelength infrared) 1,4–3 mm,
- MWIR (mid wavelength infrared) 3–8 mm,
- LWIR/TIR (long wavelength infrared/thermal infrared) 8–15 mm,
- FIR (far infrared) 15–1000 mm [7].
Podziały te mają znaczenie, kiedy porównuje się różne typy promienników pod względem temperatury ich pracy i długości fali oraz zasięgu promieniowania. Jak duży jest przedział temperatur dla urządzeń stosowanych do ogrzewania, niech świadczy fakt, że w elektrycznych promiennikach kwarcowo-halogenowych temperatura żarnika wynosi 2200°C, a w wodnym grzejniku promiennikowym poniżej 100°C.
Temperatury promienników
Od temperatury zależy długość fali i intensywność jej promieniowania, a tym samym skuteczny zasięg promieni i stosunek energii przekazywanej do otoczenia w formie promieniowania i konwekcji.
Im wyższa temperatura, tym promieniowanie intensywniejsze i w mniejszym stopniu pochłaniane przez powietrze. Właściwości promienników o różnych temperaturach i długościach fal warunkują ich zastosowanie. Jedne są optymalne dla ogrzewania niskich pomieszczeń mieszkalnych i biurowych, inne w kościołach, a jeszcze inne w dużych obiektach przemysłowych lub na zewnątrz.
W promiennikach o temperaturze pracy 1500–2300°C (elektryczne lampy kwarcowo‑halogenowe) maksymalne natężenie strumienia energii przypada na długość fali ok. 1,6 mm. Ta fala nie jest pochłaniana przez powietrze i można ją skutecznie skupić lustrami reflektorów i ukierunkować na ściśle określone obszary.
Energia z takich promienników dociera praktycznie bez strat na znaczne odległości i urządzenia te są optymalne do ogrzewania powierzchni na wolnym powietrzu (np. trybun na stadionach) oraz wszędzie tam, gdzie trzeba uzyskać natychmiastowe działanie w ściśle określonym czasie i dla konkretnej oraz oddalonej powierzchni.
Warto tu odnotować, że ten zakres promieniowania uznawany jest za najlepszy do ogrzewania starych kościołów z freskami i malowidłami ściennymi, gdyż taki rodzaj ogrzewania ma najmniejszy udział konwekcji i tym samym ograniczone są ruchy powietrza wywołane ogrzewaniem oraz wykraplanie się wilgoci i osiadanie kurzu na ścianach i suficie.
Do nowych, często używanych świątyń z dobrze izolowanymi przegrodami i wentylacją mechaniczną zaleca się coraz częściej wodne niskotemperaturowe promiennikowe ogrzewanie płaszczyznowe (ścienne i podłogowe), które może też pełnić funkcję chłodzenia.
Promienniki o temperaturze 1100–1400°C (elektryczne lampy kwarcowe) emitują najwięcej energii w zakresie fali o długości 1,8–2,8 mm. W tym zakresie zdecydowana większość energii dociera w formie promieniowania do ogrzewanych powierzchni. Jednak w miarę wzrostu odległości ten stosunek ulega zmianie. Powietrze absorbuje bowiem część promieniowania i trudno jest je przesyłać na duże odległości.
Atutem promienników pracujących w tym zakresie fali jest to, że zasilające je lampy nie emitują mocnego światła (fali elektromagnetycznej w zakresie promieniowania widzialnego).
W promiennikach o temperaturze pracy 800–1000°C (np. jasnych gazowych ceramicznych) najwięcej energii emitowane jest w postaci fali o dł. 2,5–2,8 mm. Wprawdzie powietrze absorbuje sporą część tej energii, jednak urządzenia te są skuteczne w ogrzewaniu obiektów wysokich.
Ten zakres fali nie poddaje się już tak skutecznemu skupianiu i kierowaniu za pomocą luster reflektorów na ściśle wybrane i bardzo oddalone powierzchnie, ale dzięki odpowiedniej budowie skutecznie odbijają one rozproszoną wiązkę promieni w kierunku powierzchni ogrzewanej.
Urządzenia, których temperatura pracy wynosi 300–400°C (m.in. ciemne gazowe promienniki rurowe), emitują większość energii w zakresie od 4 do 7 mm i jest ona w znacznym stopniu absorbowana przez powietrze. Z jednej strony mają nieduży zasięg, ale jednocześnie mogą być używane w niezbyt wysokich pomieszczeniach. Promieni tych nie można kierować za pomocą luster reflektorów, dlatego promienniki otacza się dużymi elementami ceramicznymi do odbijania promieni w kierunku powierzchni ogrzewanych.
W urządzeniach grzewczych osiągających temperatury poniżej 100°C powstaje fala elektromagnetyczna o długości 5–15 mm. Promienie te mają niewielki zasięg, ale jest on skuteczny w małych i niewysokich pomieszczeniach, np. mieszkalnych czy biurowych, zapewniając komfort ich użytkownikom.
Promiennikowe panele sufitowe i ścienne mogą łączyć funkcje ogrzewania i chłodzenia, być zasilane niskoparametrowymi źródłami ciepła (pompami ciepła) i zapewnić komfort w pomieszczeniu mieszkalnym lub biurowym już przy parametrach zasilania 35–42°C.
Wodne promienniki podsufitowe o temperaturze poniżej 100°C stosuje się też do ogrzewania wysokich pomieszczeń, takich jak hale montażowe i magazynowe, oraz tam, gdzie względy bezpieczeństwa ograniczają użycie wysokotemperaturowych urządzeń gazowych lub elektrycznych, a także w obiektach, w których pożądany jest równomierny rozkład promieniowania i zapewnienie wysokiego komfortu pracownikom.
Atutem tych promienników jest też to, że mogą być zasilane tanią energią (np. pompami ciepła z gruntowymi wymiennikami) lub energią odpadową z procesów przemysłowych.
Temperatury w obiekcie
Przyjmuje się, że przy tej samej odczuwalnej dla człowieka temperaturze w pomieszczeniu ogrzewanym promiennikami można utrzymywać temperaturę powietrza niższą o 2–4°C niż w pomieszczeniu ogrzewanym konwekcyjnie [4–6]. W konsekwencji zużycie energii na potrzeby grzewcze zmniejsza się o 10–25%. W wielu obiektach nie jest wymagane stałe ogrzewanie pomieszczeń lub wszystkich stref i tym samym można je okresowo wyłączać. Promienniki pozwalają zaś na szybkie uzyskanie komfortu po okresie braku ogrzewania.
Ten system pozwala też na osiągnięcie niskiego gradientu temperatury pomiędzy strefą pod sufitem a strefą przebywania ludzi, co ma szczególne znaczenie w budynkach wysokich. Gradient temperatury dla promienników wynosi ok. 0,3°C/m, a dla tradycyjnego ogrzewania konwekcyjnego ponad 2,5°C/m.
Lokalizacja urządzeń
Człowiek znajdujący się w polu działania promiennika absorbuje promienie i odczuwa wzrost temperatury tylko w tej części ciała, która jest wyeksponowana na promieniowanie. Zatem optymalne jest równomierne pokrycie promieniami strefy przebywania ludzi w celu uniknięcia odczuwania przez nich różnic w temperaturze poszczególnych części ciała. W niektórych przypadkach, wynikających z np. procesów technologicznych, odchodzi się od równomiernego pokrywania tej strefy promieniowaniem.
Istotny jest również wpływ intensywności promieniowania na człowieka. Przyjmuje się, że moc przypadająca na 1 m2 powierzchni powinna się zawierać w przedziale 100–250 W/m2 w zależności od warunków wewnętrznych panujących w pomieszczeniu oraz jego przeznaczenia [4]. Producenci podają minimalne odległości promienników od stref przebywania ludzi dla każdego ze swoich urządzeń.
Np. dla promienników jasnych gazowych zalecana minimalna wysokość instalowania to 4,5–5 m, a dla ciemnych gazowych 4,0 m przy montażu sufitowym i 3,5 m przy montażu ściennym. Warto też wziąć pod uwagę możliwość zainstalowania promienników na wysokości wynikającej z obecności innych instalacji lub urządzeń (np. suwnic w halach).
Istotny wpływ na dobór promienników ma charakter i przeznaczenie obiektu oraz stosowana technologia produkcji, rodzaj urządzeń, a także rozmieszczenie stanowisk pracy, jej cykl, liczba pracowników itp. Określają one maksymalną temperaturę wewnętrzną oraz temperaturę dyżurną konieczną do zachowania w okresach nieużytkowania pomieszczeń.
Istotny jest też dostęp do nośników energii (gaz ziemny lub płynny, energia elektryczna) lub do sieci ciepłowniczej, a także do źródeł niskotemperaturowych. Ważne są również wymagania przeciwpożarowe dla danego obiektu z uwagi na jego konstrukcję, procesy technologiczne lub bezpieczeństwo ludzi.
Literatura
1. Januszajtis A., Fale, PWN, Warszawa 1991.
2. Litwin R., Teoria pola elektromagnetycznego, WNT, Warszawa 1969.
3. Szczeniowski S., Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa 1980.
4. Kowalczyk M., Gazowe i elektryczne promienniki podczerwieni, ZNTC Solaren, Gdańsk 2004.
5. Koczyk H. (red.), Ogrzewnictwo praktyczne. Projektowanie, montaż, eksploatacja, SysTherm Serwis, Poznań 2005.
6. Reckangel H., Sprenger E., Hönmann W., Schramek E.R., Ogrzewanie i klimatyzacja. Poradnik, EWFE, Gdańsk 1994.
7. http://www.chemie.de/lexikon/Frequenzband.html.
8. Philips Entertainment Lamps catalogue, 2012.
9. Materiały firm: Drewart, Foko, Kampmann, Zehnder.