Устройство и принцип работы всех видов инфракрасных обогревателей, особенности, плюсы и минусы, вред и польза

Обновлено: 22 мая 2022.

Каков принцип работы инфракрасного обогревателя, газового, электрического, дизельного? Какие бывают подвиды, типы обогревателей по виду излучения? Каков вред ИК обогревателей для здоровья человека и как его избежать?

В статье вы найдете ответы на эти вопросы и узнаете много полезного про инфракрасное отопление. Также расскажем о плюсах и минусах инфракрасных обогревателей. Вы узнаете о технике безопасности при использовании ИК приборов и правилах эксплуатации разных типов.

Общий принцип работы инфракрасных обогревателей

Любой отопительный прибор (обогреватель, теплый пол, радиатор, конвектор) прогревает помещение двумя способами – с помощью инфракрасного излучения и конвекции. В зависимости от типа, их соотношение разное:

Инфракрасный свет излучается любой поверхностью. Чем сильнее она нагрета, тем интенсивнее ИК излучение. При попадании на любой предмет оно нагревает его. Он начинает отдавать тепло, прогревая воздух в помещении. Степень нагрева зависит от мощности обогревателя и расстояния до него.

Инфракрасный обогреватель излучает во всех направлениях ИК-лучи. Они проходят сквозь воздух не прогревая его. Попадая на любую поверхность, тепловое излучение отдает ей тепловую энергию. Дальше уже она становится источником тепла.

При конвекции отопительный прибор нагревает воздух. Он распространяется по помещению и отдает свое тепло предметам, находящимся в нем. Эффективность нагрева зависит от потоков воздуха, объема помещения и мощности прибора.

Длина волны влияет на все

Инфракрасные обогреватели излучают в диапазоне с длиной волны 0,75-2000 мкм и частотой 0,15-400 ТГц. Они делятся на три типа:

• Коротковолновые (длина волны 0,75-2,5 мкм, частота 120-400 ТГц);
• Средневолновые (длина волны 2,5-50 мкм, частота 6-120 ТГц);
• Длинноволновые (длина волны 50-2000 мкм, частота 0,15-6 ТГц).

Чем меньше длина волны, тем больше тепловой энергии дает обогреватель при одной и той же площади излучения. Но и температура излучающего элемента выше.

Коротковолновые и средневолновые обогреватели обычно оборудованы нагревательным элементом открытого типа. Он излучает оранжевый свет в видимом диапазоне. Это приводит к потере эффективной мощности (до 10%).

Длинноволновые нагревательные элементы не излучают в видимом диапазоне. Их обычно используют в ИК обогревателях закрытого типа, панельных. У них меньшая рабочая температура и процент тепловой энергии, отдаваемой за счет конвекции, ниже чем у коротко- и средневолновых.

Влияние ИК излучения в зависимости от длины волны описано в разделе «Инфракрасное излучение и здоровье человека».

Виды обогревателей

Все инфракрасные обогреватели делятся по источнику энергии на:

• Электрические;
• Газовые;
• Дизельные;
• С другим видом топлива.

Электричество

Электрические ИК устройства можно разделить по способу производства теплового излучения и конструкции на:

• Панельные;
• Пленочные;
• С открытым ТЭНом;
• Микатермические;
• Комбинированные;
• Галогеновые.

Панельные обогреватели вырабатывают длинноволновое излучение. Их поверхность нагревается до +50, реже до +70 градусов. Эффективность обогрева зависит от площади излучения. Такие отопительные приборы используются в жилых домах, квартирах, офисах, помещениях малой площади.

Пленочные ИК приборы используют в системах теплого электрического пола. Рабочая температура не превышает +40 °С. Поставляются в виде рулонов.

Обогреватели с открытым ТЭНом работают в коротковолновом и длинноволновом диапазонах. Являются самыми дешевыми вариантами. При минимальных размерах обеспечивают мощный обогрев (рабочая температура +600 градусов и выше). Такие инфракрасные обогреватели имеют большое количество плюсов и минусов.

Микатермические (Micathermic) приборы не отличаются эффективностью от аналогов. В них используется слюда в качестве излучающей пластины. Рабочая температура поверхности до +60 °С. Порядка 20% тепловой энергии отдается за счет конвекции, 80% — излучением. Подробнее про них можно прочитать в статье Микатермический обогреватель: принцип работы, минусы и плюсы, реальные отзывы и КПД.

Комбинированные системы – смесь конвектора и панельного инфракрасного обогревателя. В них установлены 1-3 вентилятора малой мощности, которые прогоняют воздух вдоль излучающего элемента. В зависимости от модели доля конвекции составляет 20-50%.

Газ

Газовые инфракрасные отопительные приборы делятся по конструкции излучающего элемента:

1. Трубчатые;
2. С плоским элементом;
3. Вертикальные компактные.

Трубчатые инфракрасные газовые обогреватели нагреваются не более чем до +250 градусов. Сгорание газовоздушной смеси происходит в трубчатом элементе. Прибор излучает в длинноволновом диапазоне.

Газовые ИК приборы с плоским элементом используются для обогрева помещений небольшой площади, комнат. Газ сгорает в перфорированной керамической плитке (или около нее). Излучают в длинноволновом, реже в средневолновом диапазоне.

Вертикальные (компактные) ИК обогреватели – частный случай для отопления открытых помещений. Газ сгорает в небольшой керамической камере, испускающей ИК лучи. Работают в длинноволновом или средневолновом диапазоне.

Дизель

Дизельные ИК обогреватели бывают трех видов:

1. Прямого нагрева;
2. Косвенного нагрева;
3. Трубчатые.

Инфракрасные дизельные обогреватели прямого нагрева выбрасывают выхлопные газы через излучающую решетку (диск). Диапазон излучения зависит от модели и мощности устройства, степени нагрева излучателя. Используются в помещениях с хорошей вентиляцией или на открытом воздухе.

Дизельные ИК обогреватели косвенного нагрева выбрасывают отработанные газы через выхлопную трубу — дымоход. Имеют меньший КПД чем модели с прямым нагревом. Диапазон излучения зависит от степени нагрева излучающего диска или решетки. Используются в закрытых помещениях.

В дизельных ИК приборах с ТЭНом сгорание смеси солярки и воздуха происходит в герметичной трубе. Излучают в длинноволновом, иногда средневолновом диапазоне. Используются для отопления помещений любого назначения, площади и высоты.

Другие

В качестве источника энергии для нагрева излучающего элемента может использоваться любой вид топлива. Все зависит от модели установки и доступности ресурса. Чаще всего это:

• Керосин;
• Эко-дизель;
• Отработанное моторное и трансмиссионное масло;
• Парафин.

Варианты установки

По типу монтажа ИК обогреватели делятся на четыре типа:

1. Потолочные (подвесные);
2. Настенные;
3. Напольные (мобильные);
4. Плинтусные.

Каждый вид обогревателя можно устанавливать определенным способом. Это зависит от особенностей устройства, выпускаемых моделей. Приводим таблицу, в которой отмечены доступные варианты монтажа для разных типов инфракрасных обогревателей:

Плюсы и минусы

Инфракрасные обогреватели – не панацея от холода. У них есть положительные и негативные стороны.

Плюсы ИК обогревателей

№1 Прямой нагрев

Инфракрасные отопительные приборы нагревают предметы, на которые они направлены. Они не используют воздух в качестве переносчика тепла.

№2 Быстрый нагрев

Оборудование очень быстро набирает рабочую температуру. Для вариантов с ТЭНами это происходит за несколько секунд, для газовых и дизельных – до 1-2 минут.

№3 Нет конвекции

За счет того, что воздух прогревается косвенно, от нагретых предметов, отсутствует конвекция. Соответственно, температура распределяется по помещению равномерно. Теплопотери через стены и потолок сведены к минимуму.

№4 Локальный обогрев

В больших помещениях можно использовать инфракрасные обогреватели для обогрева определенных участков. Другие отопительные приборы для этих целей неэффективны.

№5 Работа на открытых пространствах

Есть возможность эффективно отапливать участки открытых площадей. Первичные теплопотери минимальны, так как обогрев происходит за счет прямого излучения, а не от теплого воздуха.

№6 Бесшумность

Если ИК обогреватель исправен, то работает практически бесшумно. Исключение составляют установки большой мощности, работающие на газе, дизельном или другом топливе.

№7 Простота установки и запуска

Для приведения устройства в рабочее состояние достаточно подключить источник энергии (электричество, газ) или залить топливо в бак. После этого инфракрасный обогреватель готов к работе.

№8 Высокий срок службы

В ИК обогревателях количество движущихся деталей и механизмов минимально (в отличие от кондиционеров, тепловых насосов, других систем отопления). За счет простоты снижается риск поломки и уменьшается общая степень износа.

№9 Экологичность

Электрические инфракрасные обогреватели не выбрасывают вредных веществ в атмосферу. Модели на газе или дизельном топливе не менее экологичны, чем автомобили. Но количество вредных выбросов у них меньше.

Минусы инфракрасных обогревателей

№1 Быстрое остывание

В отличие от других систем отопления, ИК приборы практически моментально остывают. Поэтому приходится постоянно следить за наличием напряжения в сети или топлива в баке.

№2 Неравномерный нагрев

От инфракрасного теплового излучения нагревается только та сторона объекта, на которую оно попадает. Перепад температур может быть значительным.

№3 Потребление электроэнергии

В отличие от кондиционеров и тепловых насосов, COP (КПД) электрических ИК приборов составляет 95-99%. Из 1 кВт электроэнергии они не могут произвести более 0,99 кВт тепла. Кондиционеры и тепловые насосы могут производить 4 кВт тепловой энергии и больше из 1 кВт потребленной мощности.

№4 Опасен для человека

Несоблюдение правил использования инфракрасных обогревателей может привести к недомоганиям и расстройствам. Высокая температура нагревательных элементов, при неосторожном обращении, может стать причиной травм.

№5 Яркий свет

Электрические инфракрасные обогреватели с открытым ТЭНом светят в видимом диапазоне. Это может привести к нарушениям сна.

№6 Попадание воды

При попадании воды на горячие нагревательные элементы, происходит их разрушение. Это может привести к короткому замыканию, пожару и т.д.

№7 Пожароопасность

Нагретые излучающие элементы могут стать причиной возгорания. Защитные решетки не всегда могут их уберечь от попадания посторонних легковоспламеняющихся предметов.

№8 Снижение эффективности на расстоянии

Эффективность нагрева падает в зависимости от расстояния до объекта. Зона комфорта довольно узкая и составляет 1-4 метра в зависимости от типа и мощности обогревателя.

Принцип работы газовых инфракрасных обогревателей

В этом разделе мы разберем устройство и принцип работы газовых инфракрасных обогревателей разного типа.

Как работает трубчатый инфракрасный обогреватель

1. Блок управления горелкой;
2. Заглушки отражателя;
3. Кронштейны излучающей трубки;
4. Полированные алюминиевые отражатели;
5. Лючок для обслуживания;
6. Разъем или шнур питания;
7. Стеклянное окошко для осмотра горелки;
8. Воздухозаборник;
9. Блок зажигания;
10. Трубчатый излучатель.

Трубчатый газовый ИК обогреватель работает следующим образом. В трубку поступает смесь газа (природного или пропана) с воздухом. Она воспламеняется блоком зажигания, из-за чего трубка (трубчатый излучатель) нагревается. Нагретый излучатель начинает испускать инфракрасное излучение.

Излучение, направленное вверх, отражается алюминиевым рефлектором. Остальная часть свободно распространяется по отапливаемой площади. Некоторая часть тепловой энергии прогревает воздух за счет конвекции.

В зависимости от настроек регулируется скорость подачи газа, либо частота срабатывания зажигания. Это влияет на температуру трубки и длину испускаемых волн. От нее зависит эффективность обогрева.

Принцип работы и устройство ИК обогревателя с пластиной

1. Передняя панель в сборе;
2. Узел горелки;
3. Датчик кислорода в сборе;
4. Ручной газовый клапан;
5. Передняя решетка;
6. Задняя панель в сборе.

Основой таких отопительных приборов является керамическая или каменная пластина (или плита). Она находится в узле горелки, либо сразу над ним и является источником ИК-лучей.

В горелку поступает газовоздушная смесь и воспламеняется. Проходя по каналам в плите, она прогревает ее, а продукты сгорания выходят в помещение. Таким образом, часть тепловой энергии передается инфракрасным излучением, а меньшая часть – конвекцией.

Датчик кислорода необходим для регулировки скорости подачи газа. На случай его выхода из строя, предусмотрена возможность ручного перекрытия газовой магистрали.

Вертикальный (компактный) инфракрасный обогреватель на газе

1. Отражатель;
2. Излучающий элемент;
3. Отверстие для доступа воздуха;
4. Ручной клапан газа;
5. Переходник для подключения трубопровода к узлу горелки;
6. Муфта крепления узла горелки;
7. Труба основания;
8. Газовый трубопровод.

В таких газовых ИК-устройствах горелка находится в излучающем элементе под отражателем (рефлектором). Он представляет собой камеру из металла или керамики, в которой сгорает газовоздушная смесь. Воздух забирается из окружающей среды.

Между элементом и рефлектором есть небольшое расстояние. Через промежуток выходят продукты горения. Излучающий элемент может быть монолитным, либо в виде решетки. В последнем случае до 40% тепловой энергии прибор отдает за счет конвекции.

Такие ИК-приборы могут быть установлены в виде столбов, или подвесным способом. При втором варианте необходимо обустраивать соответствующую подачу газа.

Как работает электрический ИК-обогреватель

Основной принцип работы инфракрасного электрического обогревателя в общем прост. Но у разных типов есть кардинальные отличия.

Принцип работы панельного инфракрасного обогревателя

1. Декоративное покрытие;
2. Нагревательный элемент;
3. Кронштейн;
4. Боковая накладка.

Нагревательные элементы таких устроств изготавливают из керамики или натурального камня. Они представляют собой плиту, в которой проложена спираль из нихрома или аналогичного по характеристикам металла. Плита излучает ИК-лучи, небольшая часть тепловой энергии отдается за счет конвекции.

Декоративное покрытие не всегда присутствует. Оно может быть изготовлено из разных материалов, стилизовано под элемент интерьера или картину. От уровня его теплопроводности зависит эффективность обогрева.

У некоторых моделей за нагревательным элементом есть рефлектор. Он снижает уровень конвекции и повышает эффективность инфракрасного обогрева на 5-30%.

Пленочные инфракрасные нагреватели

Пленочные ИК обогреватели используются для укладки под покрытие. Чаще всего с их помощью обустраивают теплые полы, реже – теплые стены. К инфракрасным отопительным приборам их можно отнести лишь условно, по принципу действия. Подробнее про них читайте в статье Виды теплых электрических полов.

Комбинированные ИК приборы

Этот тип обогревателей – гибрид панельных ИК-приборов и электрических конвекторов. Задняя часть нагревательного элемента обдувается небольшими вентиляторами, что обеспечивает эффективную теплоотдачу.

За счет принудительного обдува соотношение ИК-излучение/конвекция меняется в пользу последней. Комбинированный инфракрасный обогреватель быстрее прогревает воздух в помещении, чем обычный.

Принцип действия и конструкция микатермического ИК обогревателя

1. Верхний выход воздуха;
2. Защитная решетка;
3. Микатермические нагревательные элементы;
4. Цифровой светодиодный дисплей;
5. Панель управления;
6. Кожух для хранения шнура питания.

Микатермические инфракрасные обогреватели являются аналогами панельных. Отличие в том, что тепловыделяющая поверхность изготовлена из слюды. Спираль может находиться как внутри слюдяной панели, так и между двух отдельных листов.

Во втором случае с внутренней стороны плит из слюды часто используют одно- и двухкомпонентные материалы. Они обеспечивают хорошее поглощение энергии, выделяемой нитью накаливания.

Микатермические обогреватели обычно напольные, испускают инфракрасное излучение в двух направлениях. Существуют модели в виде навесных панелей и цилиндрической формы. Такие обогреватели имеют небольшой вес. Испускают до 80% тепловой энергии в виде ИК-лучей, остальное приходится на конвекцию.

Инфракрасные нагреватели с открытым ТЭНом

1. ТЭН (нить накаливания, нагревательная трубка);
2. Защитная решетка;
3. Опорная деталь;
4. Монтажный кронштейн;
5. Отражатель;
6. Корпус устройства.

1. Излучающий элемент (диск);
2. Кожух;
3. Ручка;
4. Защитная решетка;
5. Крышка горелки;
6. Вентилятор воздухозаборника;
7. Топливный бак;
8. Указатель уровня топлива;
9. Крышка топливного бака;
10. Всасывающая труба;
11. Обратная линия;
12. Фильтрующий элемент;
13. Камера сгорания;

В дизельных ИК обогревателях тепловыделяющий элемент выполнен в виде перфорированного диска из керамики или металла. Он расположен после камеры сгорания, или является ее частью.

При горении дизельного топлива образуются выхлопные газы с высокой температурой. Они проходят сквозь отверстия ИК излучателя и нагревают его. Излучающий элемент начинает испускать тепловую энергию в инфракрасном диапазоне, преимущественно средневолновом.

Обогрев площадей и помещений осуществляется за счет тепловой лучистой энергии и тепла отработанных газов. Использовать такие отопительные приборы целесообразно на открытых пространствах, в помещениях большого объема с вентиляцией.

Как действует ИК обогреватель косвенного нагрева на дизеле

Инфракрасные дизельные обогреватели косвенного нагрева не выбрасывают выхлопные газы в отапливаемое помещение. Для их отвода предусмотрено выхлопное отверстие, к которому монтируется дымоход.

Излучающий элемент является стенкой камеры сгорания. Он изготавливается из керамики или металла и не имеет перфорации или отверстий. Элемент нагревается за счет температуры, получаемой при горении смеси дизельного топлива и воздуха. При нагреве он испускает тепловое ИК излучение.

Дизельные инфракрасные обогреватели косвенного нагрева менее экономичны, чем прямого. Часть тепла уходит вместе с отработанными газами. Такие устройства можно использовать в любых помещениях. Диапазон излучения зависит от температуры нагрева излучающего элемента и модели обогревателя.

Трубчатые дизельные ИК-обогреватели