asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Nové možnosti infračerveného vytápění

13.01.2015

Již delší dobu je známé, že infračervené vytápění má značné výhody oproti konvenčnímu vytápění sdílením tepla od ohřívaného vzduchu. Neustálé zlepšování zdrojů infračerveného záření vede k jejich stále vyšší účinnosti.

K nejlepším typům infračervených zářičů v současné době patří křemenné zářiče se zdroji infračerveného záření typu HeLen a s parabolickými hliníkovými reflektory. V současné době jsou dováženy do ČR firmou Able Electric. Všimněme si základních charakteristik těchto zářičů a jejich porovnání se staršími typy infračervených zářičů.

Charakteristika zářičů

V těchto křemenných zářičích jsou používány výbojky HeLen s elektricky žhaveným wolframovým vláknem v trubici z křemenného skla. Vlákno je žhaveno na teplotu 2600 °C, takže vyzařuje maximálně v blízké infračervené oblasti s vlnovou délkou okolo 1000 nm (viditelné světlo je zhruba 400 až 800 nm).

Obr 1 Rozdělení elektromagnetického záření. UV – ultrafialové záření, VIS – viditelné světlo, IČ – infračervené záření. Je udáno maximum vyzařované energie (vlnová délka i ekvivalentní teplota zářiče) pro křemenné zářiče a pro keramické zářiče, dodávané firmou Able Electric. Pro porovnání je udáno maximum i pro plošné zářiče Redwell.

Obr 1 Rozdělení elektromagnetického záření. UV – ultrafialové záření, VIS – viditelné světlo, IČ – infračervené záření. Je udáno maximum vyzařované energie (vlnová délka i ekvivalentní teplota zářiče) pro křemenné zářiče a pro keramické zářiče, dodávané firmou Able Electric. Pro porovnání je udáno maximum i pro plošné zářiče Redwell.

Metody zlepšení účinnosti

Ke zlepšení účinnosti zářičů jsou použity dvě speciální úpravy.

Využití křemenného skla

Vnitřek trubice z křemenného skla (pro maximální propustnost infračerveného záření) je pokryt speciální zlatou vrstvou, která pohlcuje značnou část z  5 % příkonu vyzařovaného jako viditelné světlo (obr. 3) a mění je na další infračervené záření, čímž roste účinnost vyzařování v infračervené oblasti na 96 až 98 %. Tím se také mění charakteristika zářiče, zlatá vrstva má teplotu rovnou 2140 °C, maximum vyzařování se posouvá na 1200 nm.

Výplň z inertního plynu

Trubice je vyplněna směsí inertního plynu a plynného metylhalogenidu, který reaguje s wolframem, odpařovaným z  povrchu vlákna, na halogenid wolframu, který se v těsné blízkosti povrchu vlákna vysokou teplotou nad 2500 °C rozkládá a způsobuje zpětnou depozici wolframu na vlákno. Vnitřní povrch křemenné trubice nesmí být přitom příliš studený, aby na něm nedocházelo ke zvýšené kondenzaci wolframu. Tím se brání jednak ztenčování wolframového vlákna jeho odpařováním, jednak snižování průhlednosti trubice usazováním wolframu na jejím vnitřním povrchu. Tak se dosahuje velmi dlouhé doby životnosti křemenných zářičů, až 7000 hodin, a to bez znatelného snižování účinnosti zářiče s jeho stárnutím. Relativně vysoká teplota wolframového vlákna, 2600 °C, způsobuje, že se maximum záření soustřeďuje do úzké oblasti blízkého infračerveného záření 760 až 2000 nm (oblast IČ A podle obr. 1). Z obr. 2 je patrné, jak výhodný je tvar vyzařovací křivky křemenného zářiče v porovnání se staršími zářiči pracujícími s nižší  teplotou vyzařování okolo 900 °C (většina plynových zářičů). Zvolená teplota zářiče odpovídá maximálnímu podílu vyzařování v oblasti IČ A při ještě velmi malém podílu viditelného světla (u trubic HeLen je tento podíl ještě snížen vnitřní úpravou trubice, jak znázorňuje obr. 3.

Obr. 2 Vyzařovací křivky zdrojů infračerveného záření pro různé teploty při stejném celkovém výkonu.  λ - vlnová délka záření,  I - relativní spektrální intenzita záření, 100 % odpovídá maximální spektrální intenzitě záření pro 1000 °C, červeně pro porovnání běžný plynový zářič.

Obr. 2 Vyzařovací křivky zdrojů infračerveného záření pro různé teploty při stejném celkovém výkonu.
λ - vlnová délka záření,
I - relativní spektrální intenzita záření, 100 % odpovídá maximální spektrální intenzitě záření pro 1000 °C, červeně pro porovnání běžný plynový zářič.

Výhody technologie

Použití blízkého infračerveného záření v oblasti okolo 1000 nm má několik výhod. V této oblasti se ještě téměř neuplatňuje skleníkový efekt, záření tedy není pohlcováno ani rozptylováno ani vodní parou, ani dalšími skleníkovými plyny, přímý ohřev vzduchu zářením je minimální. Šíření infračerveného záření v této oblasti je velmi podobné šíření světla, je možné použít jednoduché parabolické kovové reflektory (hliník) k jeho usměrnění. Navíc většina stavebních materiálů má v této oblasti koeficient pohltivosti 80 až 90 %, pohltí tedy většinu dopadajícího záření a stěny (případně podlaha) se přímo ohřívají dopadajícím zářením. Toto záření je také velmi účinně pohlcováno i lidským tělem.

Obr. 3 Porovnání vyzařování trubice HeLen a průhledné trubice se stejným wolframovým vláknem. Je patrné potlačení viditelného světla, zbývá jen velmi malý podíl červeného světla.

Obr. 3 Porovnání vyzařování trubice HeLen a průhledné trubice se stejným wolframovým vláknem. Je patrné potlačení viditelného světla, zbývá jen velmi malý podíl červeného světla.

Porovnání s plynovými zářiči

Tyto zářiče lze velmi snadno instalovat a mohou být mobilní, nevyžadují plyn z plynové instalace nebo tlakových lahví. Křemenné zářiče nepotřebují přívod kyslíku a nevznikají v jejich okolí žádné spaliny, jsou tedy daleko šetrnější ke svému okolí než zářiče plynové. Jejich výkon je možné lehce bezeztrátovým způsobem regulovat, plynulou změnou jejich výkonu buď manuálně, nebo automaticky podle prostorového termostatu. Je možné též zapojit zářiče do sekcí a zapínat podle potřeby jen jednotlivé sekce. Regulace plynových zářičů není bezeztrátová a je daleko složitější. Doba náběhu zářičů na plný výkon i doba jejich doběhu při vypnutí se pohybuje maximálně v desítkách vteřin, jsou tedy prakticky bez setrvačnosti, jsou schopny v podstatě okamžitě po zapnutí přejít na plný topný výkon. Jednotlivé křemenné zářiče jsou lehké, umístěné na jednoduchých držácích a při změně dispozice místnosti jsou snadno přemístitelné, zářiče do 3 kW je možné napájet z běžné zásuvky jednofázové elektrické instalace. Minimální výška, ve které je možné umístit křemenné zářiče, je podstatně menší než pro plynové zářiče, je možné je instalovat i v nízkých místnostech, od 2,5 m výšky.

Porovnání s plošnými elektrickými zářiči

Čím nižší je povrchová teplota infračerveného zářiče, tím nižší a širší je jeho vyzařovací křivka, jak ukazuje obr. 2, současně se zvětšuje vlnová délka maxima této křivky, jak ukazuje obr. 1. Těleso o pokojové teplotě 20 °C vyzařuje s maximem při 10 000 nm (10 mikrometrech), plošné zářiče vyzařují na vlnových délkách okolo 5000 až 7000 nm (teplota zářiče 100 až 200 °C), tedy poměrně blízko. Plošná hustota vyzařované energie je proto poměrně malá (0,1 až 0,3 W/cm2), zářiče tedy musí mít pro dostatečný vyzařovaný výkon velkou plochu a jsou rozměrné a špatně umístitelné. Křemenné zářiče mohou bez potíží dosáhnout i maximální plošnou hustotu energie povolovanou hygienickými normami, to je 200 W/m2. Záření od plošného zářiče se vzdáleností ubývá jen velmi pomalu, záření od křemenného zářiče, který má charakter bodového zdroje (podobně jako třeba obyčejná žárovka v oblasti viditelného světla), ubývá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje.

Vzhledem k bodovému charakteru záření je možné velmi snadno realizovat s pomocí křemenných zářičů i tzv. zonální vytápění, kdy se vytápí jen relativně malá část prostoru, ve které se např. pohybují pracovníci – zbytek může být vytápěn na podstatně nižší teplotu. Vzhledem k vysoké hustotě vyzařované energie je možné použít křemenné zářiče i ve vnějších aplikacích, např. k ohřevu venkovní restaurace, nebo obslužných ramp. Křemenné zářiče mají řádově menší tepelnou setrvačnost než plošné infračervené zářiče, při přerušovaném vytápění je tedy jejich ovládání daleko jednodušší. Pro zonální vytápění a venkovní aplikace je velmi podstatná možnost usměrnění záření křemenných zářičů hliníkovými parabolickými reflektory – zpravidla na obdélníkovou plochu o délce (ve směru trubice) okolo 120 % výšky trubice a šířce (kolmo na trubici) okolo 80 % výšky trubice.

Foto: Řídící systémy, spol. s r.o.
Obrázky: autor

Text: doc. Ing. Karel Daďourek, CSc, autor působí na Katedře materiálu Strojní fakulty Technické univerzity v Liberci.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media