Принцип работы инфракрасного обогревателя: как он нагревает помещение

Инфракрасный обогреватель передает тепло иначе, чем конвектор или тепловентилятор. Его излучение нагревает прежде всего поверхности и предметы в зоне действия, а уже они постепенно отдают часть тепла окружающему воздуху.

Разберемся, как устроен инфракрасный обогреватель, почему рядом с ним становится тепло еще до прогрева всей комнаты и от чего зависит эффективность такого отопления.

Что такое инфракрасный обогреватель

Инфракрасный обогреватель — электрический отопительный прибор, который значительную часть тепловой энергии передает окружающим объектам посредством излучения. Оно попадает на пол, стены, мебель, другие предметы и человека, если они находятся в зоне действия прибора.

В этом заключается основное отличие от конвектора, где тепло распространяется преимущественно вместе с нагретым воздухом. У ИК-обогревателя воздух тоже постепенно становится теплее, но не является главным промежуточным звеном между излучателем и поверхностями.

Как устроен инфракрасный обогреватель

Конструкция зависит от типа прибора, но у большинства электрических моделей есть несколько основных элементов:

• нагревательный элемент — преобразует электрическую энергию в тепло;
• излучающая поверхность или элемент — передает значительную часть энергии в виде теплового излучения;
• отражатель — помогает направить излучение в нужную сторону, если он предусмотрен конструкцией;
• термостат и система управления — регулируют работу нагрева;
• защитная автоматика — может отключать прибор при перегреве, а у некоторых напольных моделей — при опрокидывании.

Набор элементов и принцип их взаимодействия различаются. Например, в одной модели непосредственно излучает сильно нагретый элемент, а в другой ТЭН сначала нагревает металлическую или керамическую панель.

в полном размере

Принцип работы инфракрасного обогревателя

В основе работы лежит лучистый теплообмен. После включения электрическая энергия поступает к нагревательному элементу и преобразуется в тепло. Нагретый излучатель передает энергию окружающему пространству, в том числе в инфракрасном диапазоне.

Дальнейший процесс можно представить простой цепочкой:

электроэнергия → нагрев излучателя → инфракрасное излучение → нагрев поверхностей и предметов → передача части тепла воздуху

Излучение распространяется от прибора и попадает на находящиеся перед ним поверхности. Поглощенная ими энергия превращается в тепловую, поэтому температура пола, стен, мебели и других объектов постепенно повышается.

Затем нагретые поверхности начинают отдавать тепло окружающему воздуху. Возникает и естественная конвекция, поэтому со временем прогревается не только зона прямого действия прибора, но и помещение в целом.

При этом препятствия имеют значение. Шкаф, перегородка или другой крупный непрозрачный предмет способен перекрыть прямое излучение, поэтому расположенная за ним зона будет нагреваться иначе.

в полном размере

Что такое инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение — часть электромагнитного спектра, невидимая человеческому глазу. Нагретые тела испускают тепловое излучение, которое способно переносить энергию без необходимости перемещения нагретого воздуха от источника к объекту.

Когда излучение достигает поверхности, часть энергии отражается, а часть поглощается и превращается в тепло. Именно этот механизм используется в инфракрасных обогревателях.

Похожий эффект можно почувствовать возле горячей печи или под солнечными лучами: тепло ощущается на расстоянии, хотя воздух между источником и человеком не обязательно является главным переносчиком этой энергии.

Что нагревает инфракрасный обогреватель и как распространяется тепло

Перед работающим прибором формируется зона действия — участок, куда поступает основная часть направленного излучения. Ее форма и размеры зависят от конструкции обогревателя, его положения и расстояния до окружающих поверхностей.

В этой зоне могут нагреваться:

• пол и стены;
• мебель;
• предметы интерьера;
• одежда и тело человека;
• другие поверхности, на которые попадает излучение.

Именно поэтому рядом с ИК-обогревателем тепло можно почувствовать достаточно быстро. Человеку не требуется ждать, пока сначала прогреется весь объем воздуха.

Но здесь важно различать два процесса: быстро почувствовать тепло ≠ быстро прогреть все помещение. Пока человек и поверхности в зоне излучения уже получают энергию, средняя температура воздуха в комнате может измениться совсем незначительно.

Дальше нагретые поверхности начинают отдавать тепло воздуху и соседним предметам. Постепенно оно распространяется за пределы зоны прямого воздействия. Скорость этого процесса зависит от мощности прибора, размеров комнаты и теплопотерь.

в полном размере

Чем инфракрасный обогрев отличается от конвекционного

Конвектор сначала нагревает проходящий через него воздух. Теплый воздух поднимается, более холодный занимает его место, и постепенно в комнате формируется естественная циркуляция.

У ИК-обогревателя значительная часть энергии передается непосредственно объектам в зоне излучения. Отсюда и разница в ощущениях: локальное тепло может появиться раньше, чем существенно изменится температура воздуха во всем помещении.

Нельзя считать один принцип универсально лучше другого. Выбор зависит от того, требуется ли локальное тепло или преимущественно равномерный прогрев воздуха в помещении.

Какие нагревательные элементы используются в инфракрасных обогревателях

Конструкция нагревателя влияет на температуру излучающей поверхности, скорость выхода на рабочий режим, тепловую инерцию и наличие заметного свечения.

Кварцевый

Резистивный элемент располагается внутри трубки из кварцевого стекла. Такая конструкция сравнительно быстро выходит на рабочий режим и после отключения обычно быстро остывает. При высокой температуре возможно заметное свечение.

Галогенный

В кварцевой трубке находится нить накаливания и газовое наполнение. Элемент работает при высокой температуре, быстро разогревается и дает интенсивное излучение. Характерная особенность многих таких моделей — хорошо заметное свечение.

Карбоновый

В качестве нагревательного элемента используется углеродное волокно, обычно расположенное внутри кварцевой трубки. Карбоновый нагреватель отличается небольшой тепловой инерцией и быстро реагирует на включение и изменение режима.

Трубчатый ТЭН

Резистивный элемент заключен в металлическую трубку и изолирован от нее теплопроводящим наполнителем. В ИК-обогревателе ТЭН может нагревать металлическую излучающую панель. Такая конструкция обычно более инерционна, чем высокотемпературные ламповые элементы.

Керамический

В таких моделях в передаче тепла участвует керамический элемент или поверхность. Конструкция может работать без яркого свечения и некоторое время отдавать накопленное тепло после уменьшения мощности. Конкретные характеристики зависят от устройства прибора.

в полном размере

От чего зависит эффективность обогрева

Высокая мощность сама по себе не гарантирует комфортного результата. Для ИК-обогрева особенно важны расположение прибора и условия помещения.

• Мощность и размеры помещения. Чем больше обогреваемая площадь и выше теплопотери, тем больше энергии требуется. Для локальной зоны требования будут другими, чем для отопления всей комнаты.
• Расстояние и направление. С увеличением расстояния излучение распределяется по большей площади, поэтому интенсивность воздействия на отдельный участок обычно уменьшается. Прибор следует располагать так, чтобы его рабочая зона приходилась туда, где требуется тепло.
• Препятствия. Крупные непрозрачные предметы между излучателем и нужной зоной могут частично или полностью перекрывать прямое излучение. Это особенно важно учитывать при наличии шкафов, перегородок и высокой мебели.
• Теплопотери. Через окна, наружные стены, двери, перекрытия и вентиляцию помещение постоянно теряет тепло. Чем лучше теплоизоляция, тем проще поддерживать нужную температуру.

Влияют и свойства поверхностей: разные материалы неодинаково поглощают, отражают и накапливают полученную энергию.

Сколько электроэнергии потребляет инфракрасный обогреватель

Расход определяется мощностью и временем активной работы. Для приблизительного расчета используется формула:

мощность, кВт × время работы, ч = расход электроэнергии, кВт·ч

Например, прибор мощностью 1,5 кВт при непрерывной пятичасовой работе:

1,5 × 5 = 7,5 кВт·ч

Это максимальные значения для непрерывной работы на указанной мощности. Если термостат периодически отключает нагрев, фактическое потребление будет ниже.

Экономичен ли инфракрасный обогреватель

Сам инфракрасный принцип не позволяет получить больше тепла из того же количества электричества. ИК-обогреватель мощностью 2 кВт при непрерывной работе на полной мощности потребляет 2 кВт·ч за час, как и другой электрический нагреватель такой же мощности.

Практическая экономия возможна прежде всего за счет зонального обогрева. Если тепло требуется возле рабочего места или в определенной части большого помещения, необязательно поддерживать такую же температуру во всем объеме.

На итоговый расход также влияют термостат, выбранная температура, соответствие мощности поставленной задаче и теплопотери здания.

в полном размере

Как снизить расход электроэнергии

Для этого необязательно постоянно уменьшать мощность и мириться с прохладой. Гораздо важнее использовать прибор там и тогда, где его тепло действительно требуется:

• обогревать нужную зону, а не пустующую часть помещения;
• направлять излучение так, чтобы его не перекрывала мебель;
• пользоваться термостатом и не держать нагрев постоянно включенным без необходимости;
• не устанавливать чрезмерно высокую температуру;
• устранять сквозняки и по возможности снижать теплопотери через окна, двери и ограждающие конструкции.

Особенно заметен эффект зонального отопления в больших или периодически используемых помещениях.

Плюсы и минусы инфракрасного обогревателя

в полном размере

Где установить и как направить инфракрасный обогреватель

Способ размещения определяет положение зоны прямого излучения. Поэтому выбирать между напольным, настенным и потолочным вариантом стоит не только по удобству монтажа.

Напольные модели мобильны и подходят для временного локального обогрева. Их можно переставлять в зависимости от того, где в данный момент требуется тепло.

Настенные модели удобны для постоянного обогрева заранее определенной зоны и не занимают место на полу. До монтажа стоит проверить, не окажутся ли перед излучателем шкаф, штора или другая преграда.

Потолочные модели направляют излучение сверху и позволяют оставить свободными стены и пол. Они могут охватывать достаточно большую зону, однако при выборе необходимо учитывать высоту помещения и характеристики конкретного прибора.

Независимо от способа установки перед излучателем не должно быть препятствий, которые делают выбранное расположение бессмысленным. В то же время мощный прибор не стоит направлять с близкого расстояния на небольшой участок тела — интенсивный локальный нагрев может быть некомфортным.

Универсальных расстояний и углов установки для всех ИК-обогревателей нет. Высоту монтажа, расстояние до людей, мебели, потолка и других поверхностей необходимо брать из инструкции конкретной модели.

в полном размере

Как безопасно пользоваться инфракрасным обогревателем

Перед включением нужно убедиться в исправности розетки, вилки и кабеля. Особенно внимательно следует обращаться с моделями, у которых излучатель во время работы достигает высокой температуры.

Основные правила:

• не накрывать работающий прибор;
• не перекрывать излучающую часть;
• соблюдать указанные производителем расстояния до штор, мебели и других горючих материалов;
• не использовать поврежденный кабель или вилку;
• устанавливать прибор только предусмотренным изготовителем способом;
• во влажных помещениях применять только модели, исполнение и степень защиты которых допускают такие условия.

Наличие термостата, защиты от перегрева или датчика опрокидывания повышает безопасность, но не отменяет требований инструкции.

в полном размере

Инфракрасные обогреватели в вопросах и ответах

Итог

Принцип работы инфракрасного обогревателя выглядит так: нагревательный элемент → инфракрасное излучение → нагрев поверхностей и предметов → передача тепла воздуху.

Главная особенность такого способа отопления — значительная часть тепла передается непосредственно объектам в зоне излучения. Поэтому ощущение тепла может появиться раньше, чем заметно повысится температура воздуха во всей комнате.