Co to są grzejniki na podczerwień – teoria i praktyka?

Promieniowanie podczerwone (IR) znajduje się pomiędzy widzialnym spektrum a mikrofalami. Jest jednym ze sposobów wymiany ciepła. Przenoszenie konwekcyjne określa równowagę temperatury obiektów podczas przewodzenia energii w środowisku ciekłym lub gazowym. IR to promieniowanie elektromagnetyczne, które ogrzewa nie atmosferę w pomieszczeniu, ale obiekty. Inna opcja to ogrzewanie kontaktowe podczas dotykania obiektów. Przyjrzyjmy się temu bliżej.

Co to jest przewodność ciepła?

Dzięki równowadze termodynamicznej, bardziej podgrzewane obiekty oddają nadmiar energii tym, które są chłodniejsze. Jeśli spojrzymy na ten proces z punktu widzenia fizyki, atomy i cząsteczki jednego ciała aktywnie zderzają się z analogicznymi cząstkami innego ciała, dopóki ich wskaźnik termiczny się nie wyrówna.

Dzięki równowadze termodynamicznej, bardziej podgrzewane obiekty oddają nadmiar energii tym, które są chłodniejsze. Jeśli spojrzymy na ten proces z punktu widzenia fizyki, atomy i cząsteczki jednego ciała aktywnie zderzają się z analogicznymi cząstkami innego ciała, dopóki ich wskaźnik termiczny się nie wyrówna.

Ogrzewanie następuje po tym, jak ciało przepuszcza przez siebie otrzymany potencjał energetyczny. Jeśli jego wartość przewodnictwa ciepła jest wysoka, ciepło jest szybko pochłaniane i przemieszcza się dalej. Wtedy sam obiekt tylko nieznacznie zwiększa swoją temperaturę. Wyjaśnijmy to na przykładzie.

Kiedy zimą, w słoneczny dzień, dotykasz szyby w oknie, pozostaje zimna, a ręka od razu odczuwa przyjemne ogrzewanie. Szkło ma dość wysoki współczynnik przewodzenia ciepła, który wynosi 1 W/mK.  Ten sam wskaźnik w przypadku powietrza wynosi 0,026 W/mK. Dlatego styropian z porami wypełnionymi powietrzem jest uważany za dobry izolator (zatrzymuje energię, a nie przewodzi przez siebie). Diament jest doskonałym, najmocniejszym źródłem przewodzenia ciepła, ponieważ jego współczynnik przewodzenia ciepła wynosi ponad 2500 W/K.

W środowisku próżniowym efekt przewodzenia ciepła nie występuje, ponieważ nie ma tam cząstek zdolnych do transportowania dominującego potencjału termicznego. Tutaj działa tylko energia promienista.

Zdolność do przewodzenia ciepła jest najbardziej zauważalna w promieniowaniu podczerwonym. Wyobraź sobie zwykły grzejnik, zamontowany na ścianie. Podnosi temperaturę w pomieszczeniu na dwa sposoby: poprzez konwekcję (około 70%) i promieniowanie (około 30%). Jeśli weźmiemy odpowiednik grzejnika i zawiesimy go w strefie sufitu, to konwekcyjny transfer ciepła nie jest już racjonalny, natomiast opłaca się ogrzewanie na podczerwień.

Teoria promieniowania podczerwonego

Ten rodzaj transferu energii implikuje element świetlny, dlatego podlega prawom optyki. Składowa podczerwieni jest odbierana zarówno przez ciała stałe, jak i ciekłe, których temperatura przekracza temperaturę otoczenia. Istnieje światło krótkofalowe (0,74-2,5 mikrona), średniofalowe (2,5-50 mikronów) i długofalowe (50-2000 mikronów). Wraz ze wzrostem t⁰ moc promieniowania wzrasta, a długość fali maleje

Odkrycie promieniowania podczerwonego nastąpiło w 1800 roku, a realizowane było przez Williama Herschela. Odkrywca jako obiekt badania wybrał Słońce i szukał sposobu na zmniejszenie nagrzewania się narzędzia używanego w pracy. Angielski naukowiec odkrył, że najwięcej ciepła jest w niewidzialnej strefie, która znajduje się za czerwonym światłem. Ponadto ustalił, że spektrum podczerwieni jest zaangażowane w molekularny ruch cząstek podczas przejść elektronowych, co otworzyło dodatkową niszę dla badań procesów zachodzących w sieciach krystalicznych. 

Promieniowanie podczerwone jest częścią pola fal elektromagnetycznych. W 1923 roku fizyk A.A. Glagoleva-Arkadieva udowodniła, że naturalne oświetlenie, fale radiowe i promienie IR mają to samo źródło. Bez czynnika falowego nie moglibyśmy widzieć otaczających przedmiotów, bylibyśmy pozbawieni komunikacji mobilnej, możliwości słuchania odbiorników, oglądania telewizji, korzystania z techniki.

Jak można prostymi słowami wyjaśnić istotę promieniowania podczerwieni? Niewidzialne promienie przenikają do ciała, powodując przyjemne ciepło. Widoczna część pozostaje na powierzchni przedmiotów i przekształca się w spektrum, które świeci.

Czy promieniowanie podczerwone jest korzystne dla ludzi i zwierząt?

Dzięki przekazywanej energii Słońca organizm gromadzi witaminę D. To, że odbywa się to dzięki promieniom IR nie budzi wątpliwości. Wyobraź sobie, że znajdująca się w odległości w 150 mln. km do Ziemi najważniejsza gwiazda podgrzewa wszystko wokół: chmury, komety, meteory, mgławice i inne obiekty nad naszymi głowami. Wtedy ludzie otrzymywaliby jedynie małą część naturalnego ciepła, a na zboże, owoce, jagody, warzywa moglibyśmy się nie doczekać.

Promienie podczerwone są bezpieczne dla istot żywych. Długie fale mają działanie lecznicze. Ci, którzy choć raz byli na wsi, kiedy dom był ogrzewany drewnem, na pewno pamiętają, jak dobrze  reagował na to ich organizm. A wszystko to na skutek promieniowania podczerwonego. Dlatego starsi ludzie wdrapywali się do spania nad piecem i wygrzewają swoje kości siedząc na słońcu na ławce, mrucząc z zadowolenia. Nawet obserwując kota, który zwija się na piecu w kłębek można zrozumieć, że piec – to zdecydowane dobro.

Nasze ciała łatwo przepuszczają korzystne promienie. To sprzyja prawidłowemu rozwojowi komórek, poprawie odporności organizmu, normalizacji części procesów fizjologicznych, poprawie parametrów krwi.

 Czy zakup promienników podczerwieni się opłaca?

Urządzenia, które wykorzystują technologię długofalowego podczerwonego promieniowania są wygodne, ponieważ są używane w pomieszczeniach z izolacją termiczną i bez niej, z hermetycznie zamykanymi oknami, a także tam, gdzie wdmuchiwane zostaje zimne powietrze. Są również włączane na otwartych przestrzeniach, tworząc przytulne przestrzenie w kawiarniach, restauracjach, dużych werandach. Są potrzebne na terenach fabrycznych i magazynowych, w przestrzeni biurowej i handlowej. Lista zastosowań tych urządzeń jest praktycznie nieograniczona. Mogą być zasilane prądem lub gazem, dostępne są modele przeznaczone do przenoszenia oraz montowane na stałe.

Dla odpowiedzialnego producenta priorytetem jest jakość towaru, który dostarcza na rynek. Jest ona zorientowana na europejskie wymogi, więc wszystkie ewentualne problemy, które mogą powstać w procesie eksploatacji sprzętu powinny być uwzględnione i wyeliminowane. Do takich problemów można zaliczyć: pęczniejące produkty podczas podgrzewania, naruszenie podłączenia, mechaniczne zniszczenia w wyniku wysychania i powstawanie pęknięć. Zawsze zapewnia się zapas wytrzymałości, aby produkty nie działały w warunkach krytycznych wartości mocy, dodatkowo ważnym wskaźnikiem jest stabilność  temperatury. To zapewnia certyfikacja, która gwarantuje jakość produktu i obsługę gwarancyjną jego nabywcy.

Firma Intmax wytwarza produkty z wyższym limitem mocy właściwej, niż jest to określone w standardach.

Materiały ceramiczne

Surowcem do produkcji grzejników o długim okresie eksploatacji są materiały ceramiczne. Są odporne na skomplikowanych warunki klimatyczne i w pełni zachowują pierwotny potencjał przy długotrwałym funkcjonowaniu. Po kilku latach użytkowania zachowują początkową konfigurację, nie zmieniając pierwotnych wskaźników dielektrycznych.

Kordieryt

Posiada znaczną odporność chemiczną (w tym na kwas). Wyprodukowany z gliny i szpatu polnego, jest odporny na temperatury od -50 do +1300 ⁰C, dlatego często jest używany do tworzenia warstwy izolacyjnej wokół fechralowych i chromonikelinowych elementów przewodzących. Nie wysycha, zachowuje integralność nawet w warunkach długotrwałego podawania napięcia. Idealny dla podczerwonego sprzętu grzewczego.

Peryklaz

Oksyd magnezu z dodatkiem tlenków żelaza, aluminium i krzemianów jest jednym z najlepszych rozwiązań dla procesów wysokotemperaturowych i przewodzenia ciepła. Cechuje się doskonałą łupliwością i łatwo zagęszcza się w elementach grzejnych. Jego zadaniem jest skuteczne wykonanie izolacji w grzejniku. Jedynym minusem jest absorpcja wilgoci, dlatego na początku eksploatacji zaleca się nagrzewanie grzejnika przy niskich wartościach napięcia.

Porcelana techniczna

Wyprodukowana na bazie glin kaolinowych ma wysoki procent krystalicznej fazy szklanej. Jest reprezentowana dwoma typami materiałów: kwarcowym i prasowanym. Dobrze pracuje na wilgotnym powietrzu, jest odporna na zapłon, ma wysoką barierę przebicia przez prądy. Stosuje się ją do produkcji łączników. W razie potrzeby uzyskania produktów o poprawnej konfiguracji jest wykorzystywana porcelana kwarcowa, a do produktów o skomplikowanych formach bardziej odpowiednią opcją będzie dobrze sprasowany materiał.

Kordieryt, porcelana techniczna i steatyt według klasyfikacji należą do grupy izolacji elektrycznej „A”.

Zastosowanie podczerwieni do ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych

Aby osiągnąć komfortową temperaturę, grzejniki na podczerwień są używane jako jedyny lub dodatkowy sposób na podniesienie temperatury. Dlatego należy wcześniej zrozumieć, jakie są mocne i słabe strony takiego źródła transmisji ciepła.

Zalety:

• Brak spalania tlenu
• Okres użytkowania ponad 10 lat
• Brak emitowania hałasu
• Możliwość stosowania  ogrzewania oddzielnych pomieszczeń i całych mieszkań
• Pozytywny wpływ na funkcje obronne organizmu
• Zastosowanie zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz
• Bezpieczeństwo dla zdrowia
• Pionowy rozkład ciepła

Wady:

• Brak możliwości zmiany położenia źródła ciepła
• Występowanie warunku minimalnej dopuszczalnej wysokości
• Konieczność okresowego wyłączania urządzeń

Co w przypadku, kiedy zostaną porównane grzejniki na podczerwień z innymi typami urządzeń grzewczych? Agregaty spiralne zużywają dużo prądu, są bardzo gorące i mogą prowadzić do przypadkowego pojawienia się ognia. Kominki olejowe są bardziej ekonomiczne, ale ciepło rozprzestrzenia się na mały obszar, do podniesienia temperatury potrzebny jest długi czas. Konwektory są bezpieczne, ale bardzo wolne w działaniu.

W urządzeniach na podczerwień skuteczność jest wysoka, można kierować strumieniem ciepła, pomieszczenie jest ogrzewane od góry do dołu. Do pomieszczeń wybierane są modele długofalowe, do umiejscowienia na zewnątrz – krótkofalowe. Modele z termostatem są wygodne do regulacji poziomu dostawy ciepła. W nowoczesnych modelach zrealizowano także funkcje automatycznego sterowania, dodatkowo działają bez hałasu i nie powodują skoków napięcia w sieci.

Jak wygląda i działa grzejnik ceramiczny?

Jest to element grzejny umieszczony w obudowie termoodpornej. Energia grzewcza przechodzi na ceramiczną obudowę, a stamtąd – na ściany i przedmioty w pomieszczeniu.

Kształt w postaci paneli ma znaczną powierzchnię dystrybucji ciepła, dlatego szybko „dzieli się” uzyskaną temperaturą. Elementy grzejne mogą być także płaskie lub wypukłe, przy czym to, jak wygląda przednia część konstrukcji, wskazuje na to, jaki typ elementu grzejnego jest umieszczony wewnątrz. Tylna część ma przewody z ochronnymi elementami. Moc urządzeń jest określana przez gęstość dostawy ciepła i wynosi od kilku watów do kilku kilowatów.

Na zamówienie produkuje się konstrukcje z otwartym panelem roboczym. Powinno się je umieszczać na suficie, aby nieostrożni użytkownicy się nie poparzyli, ponieważ temperatura grzewcza osiąga +900⁰C. Brak pokrywy na froncie jest zaprojektowane w celu szybkiego ogrzewania pomieszczeń przemysłowych.

Asortyment produktów jest podzielony na 2 grupy:

Typu hollow. Mają zmniejszoną wagę, więc szybciej się nagrzewają. Dobrze się sprawdzają, gdy są potrzebne urządzenia, które trzeba od czasu do czasu włączać i wyłączać, aby stabilizować wartość wskaźnika termicznego. Bariera jest również pusta, dlatego przenoszenie ciepła przez tylną część jest szybsze.
Typu solid. Gromadzą ciepło i pracują dłużej, stygną wolniej. Rozprzestrzenianie ciepła następuje przez całą powierzchnię produktu przy użyciu odblasków. Reflektor zwraca ciepło, które zostało wyemitowane do niepotrzebnej strefy.

Na sufit lub na ścianę

Człowiek wytwarza fale o długości 6-20 mikrometrów. Jeśli podobny strumień ciepła otacza żywe stworzenie, fale zaczynają przenikać do ciała.Nagrzewnice podczerwieni są w dwóch typach: sufitowe i ścienne.

• Montaż sprzętu na suficie najczęściej jest wykonywany, jeśli brakuje wolnego miejsca na ścianach. Urządzenia można zawiesić w taki sposób, by tworzyły ozdobny panel na suficie lub po prostu maksymalnie blisko do sufitu. Montaż nad drzwiami wewnętrznymi i oknami pomaga zapobiegać przenikaniu zimnego i wilgotnego powietrza z zewnątrz.
• Montaż na ścianie. Jeżeli nie chce się zasłaniać sufitu lub nie ma się możliwości przymocowania na nim urządzenia (na przykład jest to wielopoziomowa konstrukcja z karton gipsu), a na ścianach jest wolne miejsce, można wykorzystać tę możliwość do ogrzewania pomieszczenia.

Bardzo ważne jest właściwe określenie elementu grzejnego.

Ścienne nagrzewnice podczerwieni są produkowane w kilku wersjach:

Halogenowe. Najlepiej używać ich na otwartych przestrzeniach lub na terenach z nieregularną obecnością ludzi, ponieważ fale w zamkniętej przestrzeni mogą szkodzić. Są używane do ogrzewania małych stref, zużywają dużo energii, służą do 6000 godzin. Są łatwe do rozbicia, dlatego podczas montażu trzeba je trzymać bardzo ostrożnie;

Kwarcowe. Najlepiej wybierać nagrzewnice, które nie świecą, w których brak jest promieniowania podczerwonego i ultrafioletowego (ten drugi rodzaj może powodować uszkodzenia oczu i pigmentację skóry). Specjalne szkło kwarcowe dzieli promienie, przepuszczając zakres 0,7-3 µm i zatrzymując 0,8-25 µm. W jednolitych konstrukcjach znajduje się rura z drutem oporowym z niklu i chromu, do której hermetycznie jest wprowadzony piasek kwarcowy. Wszystkie komponenty znajdują się wewnątrz panelu z modyfikowanego kamienia;

Węglowe. Wygodna mobilność, ponieważ urządzenie można obrócić do punktowego ogrzewania konkretnej strefy. Element grzewczy otrzymuje pionowe lub poziome ułożenie (w zależności od modelu). Są przeznaczone na długofalowe promieniowanie i długotrwałe użytkowanie przez 10 godzin;

Ceramiczne. Cienkie panele, które mogą służyć jako wspaniały element dekoracyjny. Bezpieczna długość fal, ekonomiczne zużycie energii i 25-letni okres użytkowania pozwalają tym urządzeniom dominować na liście grzejników.

Do pomieszczeń o powierzchni do 20-30 m² są odpowiednie modele niskotemperaturowe. Na dużych obszarach są zainstalowane odpowiedniki wysokotemperaturowe, nazywane także ciemnymi (nie świecą podczas pracy).

Montaż sufitowy i ścienny

Jeśli nie jest Ci obce posługiwanie się narzędziami elektrycznymi, podczas montażu urządzenia na suficie lub na ścianie pomoc specjalisty nie będzie wymagana.

Montaż w strefie sufitowej wymaga zakupu metalowych łańcuchów, wsporników lub mocowań. Przed zakupem należy upewnić się, czy są one w stanie wytrzymać ciężar panelu bez zmiany pierwotnego stanu. Deformacje, zgięcia mocowań montażowych są niedopuszczalne. Najpierw te elementy są umieszczane w panelach sufitowych, a potem jest na nich mocowany grzejnik. Konieczne jest, aby wysokość do sufitu wynosiła więcej niż 3 m pionowo.

Montaż na ścianie uwzględnia specjalne zasady bezpieczeństwa, ponieważ zewnętrzna część urządzenia nagrzewa się do +90 °C i więcej. Jeśli w domu są małe dzieci, należy umieścić urządzenie na wysokości 1,5-1,8 m. Ciekawość może przysporzyć problemów również zwierzętom. Aby pies nie doznał obrażeń, trzeba umieścić grzejnik na środku ściany lub wyżej. Trzeba wykonać parę otworów, umieść wspornik i zawiesić urządzenie podczerwieni. Pamiętaj, że nie zaleca się montować urządzenia obok mebli.

Dodatkowe urządzenia poprawiające komfort użytkowania

Producent dba o wygodę użytkowników, dlatego oferuje dodatkowe opcje:

• Regulator stopnia ogrzewania. Funkcjonalnie przypomina czujnik zamontowany w bojlerze: włącza i wyłącza się, aby utrzymać ustawiony poziom ciepła. Dostępny w wersji mechanicznej i elektronicznej. Żeby zrealizować prawidłowy montaż na ścianie, potrzebne będzie doświadczenie.
• Ochrona przed przegrzaniem. Używa się wyłącznika, który wyłącza urządzenie przy długotrwałym użytkowaniu pod nieobecność właścicieli.
• Pilot zdalnego sterowania, który pozwala włączyć grzejnik na odległość.

W pudełku z każdym modelem znajdują się wszystkie przewidziane do montażu komponenty, dlatego można go przeprowadzić od razu po zakupie urządzenia. Jeśli wybierzesz montaż samodzielny, pamiętaj o zapoznaniu się z instrukcją.

Przykład obliczenia mocy promieniowania i montażu grzejników podczerwieni

Priorytetowym wskaźnikiem obliczeniowym przy wyborze i liczeniu liczby urządzeń jest jednostkowy strumień cieplny, czyli ilość promieniowania przypadająca na jednostkę powierzchni

Strumień cieplny może być centralny lub punktowy. Promienie podczerwone wydają się nieco cieplejsze, niż są w rzeczywistości. Różnica między odczuwalną a faktyczną temperaturą nie przekracza 4⁰C.

Firma Intmax zaleca przestrzeganie optymalnych wartości podczas montażu. Jest to ważne dla osiągnięcia równomiernego rozkładu promieni i maksymalnego trafienia w obszar, który ma być ogrzewany.

Posłużymy się dowolnymi wartościami, aby przedstawić obliczanie potrzebnej liczby grzejników, a także ich lokalizacji.

Given: room area 50 m² (rectangle 10 x 5). Insulation is insignificant, the desired temperature after heating is + 16⁰С.

Moc jednostkowa: 120 W/m². Wysokość mocowania wyniesie 3 m, montaż będzie odbywał się na ścianie.

Całkowita moc urządzeń: 50 * 120 = 6000 W (6 kW). Jeśli wybieramy konkretną markę grzejników o mocy 1000 W, będzie potrzebnych 6 sztuk. Rozmieszczenie będzie odbywało się parami naprzeciwko siebie.

Zadzwoń do Intmax, aby wkrótce otrzymać grzejniki na podczerwień.