Лъчисто отопление в изложбени зали

Част I. Комбинират висока ефективност, добър комфорт, лесна експлоатация и възможност за пълна автоматизация

Системите за лъчисто отопление, базирани на инфрачервени излъчватели, са утвърдено решение за отопляване на големи като обем помещения. Това ги прави предпочитани в изложбени и спортни зали, големи фоайета, ледени пързалки и други. С тези системи се постига ефективно и икономично отопление на помещения с височина на тавана от 4 до 35 метра.

Сред често изброяваните причини, предопределили все по-широкото им приложение, са добрият топлинен комфорт на хората при сравнително невисоки енергийни разходи. Използването на лъчисти отоплителни системи осигурява бързо и ефективно загряване на помещението, при това за сравнително кратко време. Сред предимствата им е и възможността за отопление както на цялото помещение, така и само на отделни зони от него. Добре известно е, че това е трудно постижимо с традиционно използваните отоплителни системи. Освен в закрити помещения, лъчисти инфрачервени излъчватели се използват и за отопление на открити площи. Разработени са специални инфрачервени излъчватели, подходящи за отопление на стадиони, улични кафенета, концертни площадки на открито и т.н.

Конвективното отопление - неефективно за големи обеми
Известно е, че използването на конвективно отопление за нагряване на голям обем въздух е скъпо и немного ефективно решение. Причината е в характерното за този тип отопление разпределение на въздуха, а именно съсредоточаването на по-топлия въздух в горната част на помещението, а на по-студения - в долната. Резултатът е значително повишаване на топлинните загуби, тъй като се загрява безполезно пространството под тавана на помещението. На този факт се дължи и сравнително ниската ефективност на традиционните системи при решаването на задачи за отопление на големи като обем помещения.
За разлика от конвективното отопление, при което първо се загрява въздухът и чрез него - предметите, характерно за лъчистото отопление с инфрачервени излъчватели, е че топлинният поток се насочва непосредствено към отопляваната зона. Лъчистото отопление загрява директно хората и предметите, които излъчвайки топлина загряват и въздуха. Постига се по-висока температура на въздуха в долната част на помещението, а най-ниската температура е в под таванното пространство.

КПД на лъчистите системи значително по-висок
Направени изследвания показват, че при конвективното отопление температурният градиент по височина е 1,7 - 2,5 оС/m, поради издигането на топлия въздух в горната част на помещението. В този случаи разликата в температурата между пода и тавана може да достигне 6 - 10 °С. При инфрачервеното отопление температурният градиент е приблизително 0,3 °С/m, като се поддържа по-висока температура в близкото до пода пространство.
Следователно, комфортната температура на височина 1,5 m може да бъде понижена с 2 - 3 оС, без това да окаже негативно въздействие върху хората, тъй като температурата в близост до пода ще е в порядъка 18 - 19 °С. Това е една от причините за постигането на значително по-висок коефициент на полезно действие на лъчистите отоплителни системи. Той обикновено възлиза на около 92%, което е с от 15 до 30% по-голяма стойност в сравнение с традиционните системи. Към факторите, определящи високата ефективност на лъчистото отопление, следва да се отбележи и отсъствието на топлопреносна мрежа, която при конвективните системи е сред източниците на значителни загуби на топлина.

Температура на излъчващата повърхност
Изброените предимства на лъчистото отопление се дължат на специфичния принцип на предаване на топлината от излъчвателите към обектите. Известно е, че топлинната енергия от излъчвателя представлява електромагнитно излъчване. Интензивността и характеристиките му зависят непосредствено от температурата върху повърхността на излъчвателя. Известно е, че електромагнитните вълни с го-голяма дължина съдържат по-голямо количество енергия. Следователно колкото по-голяма е дължината на вълната, толкова по-висок е интензитетът й на излъчване.
Температурата на излъчващата повърхност може да варира в широк диапазон в зависимост от предназначението на излъчвателя. Той е от 100 - 200 оС при нискотемпературните излъчватели, подходящи за сгради с височина от порядъка на 2,5 - 3,5 м, до около 2000 оС при високотемпературните излъчватели, предназначени за помещения с много голяма височина. Излъчвателите, разработени специално за отопление на открити площадки или балкони с височина по-голяма от 4 метра, обикновено имат температура на излъчващата повърхност, не по-висока от 950 оС.

Не е необходимо използване на междинен топлоносител
Обикновено инфрачервените излъчватели се монтират в близост до тавана на отопляваното помещение. Те излъчват инфрачервените лъчи, които се насочват директно към отопляваната зона, пренасяйки топлинна енергия, без да загряват околния въздух. Както бе подчертано, по този начин се постига предаване на топлинната енергия директно от нагревателния елемент към обектите, намиращи се в зоната на действие на нагревателя. Това позволява сериозно съкращаване на необходимото време температурата да достигне комфортните си стойности. Следователно отпада необходимостта от постоянно или предварително подгряване на отопляваната зона, а също така се дава възможност за намаляване на поддържаната температура през определени периоди на деня, в които не се налага отопление. Предаването на топлинна енергия посредством топлинни (инфрачервени) вълни изключва необходимостта от използване на междинен топлоносител, което обяснява и минималните загуби на енергия до достигането на необходимия температурен баланс. Често към системата се включва терморегулатор, който допълнително повишава възможностите за икономия на енергия. Освен че позволява поддържане на различни температурни режими в отделните части на помещението, системите за лъчисто отопление позволяват и напълно да се изключат уредите в различните зони.

Добър комфорт при по-ниски температури
При лъчистото отопление инфрачервените излъчватели се разполагат по начин, осигуряващ равномерно разпределение на топлината по цялата отоплявана площ. Това създава усещане за по-висока температура на обкръжаващия въздух от действителната му стойност. Казано по друг начин, хората се чувстват комфортно при по-ниски температури. Повишената температура на ограждащите елементи също допринася за повишеното топлинно самочувствие на хората, тъй като се елиминира чувството за излъчване на хлад от тях.
Специфичният принцип на работа на инфрачервените отоплителни системи допринася за намаляване подвижността на въздуха и възпрепятства образуването на течения. Затова дори и при по-ниска температура на въздуха в помещението, поради умереното и равномерното въздействие на лъчистото отопление, хората имат приятно усещане за топлина. Друг плюс на инфрачервените системи е, че те не генерират допълнителен шум. Монтирането на излъчвателите на тавана или в ъглите между тавана и стената, повишава универсалността на използване на отопляваното помещение.

Решава се проблемът със запрашеността
Отличителен фактор от гледна точка на технико-икономическите и хигиенните свойства на системите с инфрачервени излъчватели е равномерната температура на въздуха както по вертикала, така и по хоризонтала. Излъчваните топлинни вълни не предизвикват прегряване на отделни зони, конструкции или оборудване, както и на материали, намиращи се в помещението. Осигуряват равномерно разпределение на топлината в него.
Тъй като отсъства активно преместване на въздушните маси, се решава проблемът със запрашеността и теченията. При използване на инфрачервено лъчисто отопление, отоплителните уреди се монтират на определена височина, която се определя в зависимост от вида на излъчвателя, но обикновено не е по-малка от 3,5 метра. Характерна специфика на излъчвателите е, че имат сравнително малки размери. По този начин пространството около стените остава свободно от отоплителни тела, което позволява реализацията на различни интериорни решения.

Пълен контрол върху процеса на отопление
Според специалисти в областта, инсталирането на инфрачервените излъчватели се осъществява сравнително лесно и бързо. Не се налага обособяване на котелни помещения, изграждане на топлопреносни мрежи и т.н., а също така не се изисква и наличието на постоянен обслужващ персонал. Обикновено инфрачервени излъчватели се оборудват със системи за автоматично регулиране, благодарение на които се постига пълен контрол върху процеса на отопление на помещението както по температура, така и по време. Предварително се програмират необходимите параметри на отоплителната инсталация. Системата за регулиране би могла да се интегрира с централна система за управление, което би осигурило възможност за пълно управление на енергийните потоци. Предлагат се и системи за управление, предлагащи възможност за пълен контрол и управление на отоплителната система в зависимост от различните сезони. При инфрачервените газови излъчватели, процесът на горене е напълно автоматизиран, което води до по-ниски разходи на газ.

Конструкцията се оразмерява топлотехнически
За да се гарантира ефективността на лъчистото отопление е необходимо коректно да се оразмери системата и да се направи подходящ избор на инфрачервени излъчватели за съответното приложение. Важно е предварително конструкцията да се оразмери топлотехнически, като се отчитат загубите на топлина през ограждащите елементи. Те обикновено се формират от преминаване на топлината през стените, пода, покрива, прозорците и вратите на помещението.
Необходимата предварителна информация включва размера на помещението, конструкцията на стените и използваните при изграждането им материали, размера и вида на вратите и прозорците. Условието е изходната мощност на отоплителната система да е по-голяма от изчислените загуби на топлина през ограждащите елементи на отопляваното помещение. В зависимост от получените резултати се определят видът и броят на отоплителните тела. При монтажа е необходимо да се има предвид, че разстоянията между отделните излъчватели следва да бъдат не по-малки от разстоянието от съответния уред до пода. При постоянно присъствие на хора в помещението, разстоянието от уреда до главите на хората трябва да бъде не по-малко от 1,5 - 2 m. Ако общата температура на въздуха в помещението е по-ниска от комфортната или е необходимо да се отопляват хора на открита площадка, е целесъобразно излъчвателите да се разположат, така че по-голямата част от тялото на хората да попада в обхвата на топлинния поток.

Подът в помещенията - със специална топлоизолация
При необходимост от поддържане на различни температурни нива в отделни зони на едно и също помещение, подходящо решение е монтирането на уреди с различна мощност. По този начин с минимални енергийни загуби се осигурява необходимият температурен режим.
При избора на мощност на инфрачервените излъчватели следва, също така, да се отчете и височината на тавана. Ако помещението е с малка височина, е необходимо да се използват излъчватели с ниска повърхностна температура и с голямо разсейване на излъчването. В помещения с високи тавани е необходимо да се монтират излъчватели с голяма повърхностна температура, и съответно с голяма интензивност и концентрация на топлинния поток.
В процеса на проектиране на отопление с инфрачервени излъчватели е необходимо да се вземе предвид и фактът, че подът се явява повърхност, поглъщаща топлина от излъчвателите, което налага специфични изисквания към топлоизолацията му. Изискването се отнася предимно до сгради, които не разполагат с приземен етаж. Необходимо е разположението на инфрачервените излъчватели да се избере, така че под въздействието на излъчвателя да се намира максимална площ от отопляваната повърхност. Условието следва да се спазва особено стриктно в помещения, в които има условия част от тях да останат в сянка. Тава би могло да доведе до чувство на дискомфорт за намиращите се в тази част от помещението хора. Също така, ако инфрачервените излъчватели се използват като основно отопление на помещението, е необходимо да се предотвратят възможностите за появата на течения.

Предимства и недостатъци системите
В обобщен вид основните предимства на лъчистото отопление са:
- Висок КПД;
- Значително свободно пространство в отопляваната зона;
- Неограниченост на възможностите за дизайнерско оформление на помещението;
- Бързо загряване;
- Възможност за зониране на помещението;
- Лесни за изграждане и поддържане системи;
- Хигиенен начин за отопление;
- Безшумни уреди, тъй като нямат движещи се части.
Към недостатъците на инфрачервените излъчватели би могла да се посочи сравнително високата себестойност на оборудването.

Статията продължава в следващ брой на списание Технологичен дом.