Přidat na Seznam.cz Přidat na Google News

Nové možnosti infračerveného vytápění

Již delší dobu je známé, že infračervené vytápění má značné výhody proti konvenčnímu vytápění sdílením tepla od ohřívaného vzduchu (např. [1]). Neustálé zlepšování zdrojů infračerveného záření vede k jejich stále vyšší účinnosti. K nejlepším typům infračervených zářičů v současné době patří křemenné zářiče s parabolickými hliníkovými reflektory, vyráběné např. firmami Tansun a Burda [6].

V současné době jsou dováženy do ČR firmou Able Electric, spol. s r.o. pod obchodním názvem „quartzové zářiče” pro jasné odlišení od všech starších typů křemenných zářičů. Všimněme si základních charakteristik těchto zářičů a jejich porovnání se staršími typy infračervených zářičů.

Charakteristika zářičů

V těchto křemenných zářičích jsou po užívány výbojky HeLen Philips 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). Ke zlepšení účinnosti zářičů jsou použity dvě speciální úpravy:

  • 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 (viz obr. 2) a mění je na další infračervené záření, čímž roste účinnost vyzařování v infračervené oblasti na 96 až 98 %.
  • Trubice je vyplněna plynným halogenem, který reaguje s wolframem, odpařovaným z povrchu vlákna, na halogenid wolframu, který se v těsné blízkosti povrchu vlákna vysokou teplotou rozkládá a způsobuje zpětnou depozici wolframu na vlákno. Tím je zabráněno ztenčování wolframového vlákna jeho odpařováním a snižování průhlednosti trubice usazováním wolframu na jejím vnitřním povrchu. Tak je dosahováno 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).

Obr. 1: Rozdělení elektromagnetického záření. UV – ultrafialové záření, VIS – viditelné světlo, IČ – infračervené záření.

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).

Obr. 2: Vyzařovací křivky zdrojů infračerveného záření pro různé teploty. Červená křivka odpovídá nejčastějším případům plynových zářičů. Křivky jsou normalizovány pro stejný výkon zářičů a udávají relativní spektrální intenzitu záření. Přitom 100 % odpovídá maximální spektrální intenzitě záření při 1000 °C. [4], [7].

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 zhruba na polovinu), jak znázorňuje obr. 3.

Obr. 3: Podíl různých složek záření na celkovém vyzářeném výkonu pro žhavené wolframové vlákno v závislosti na jeho teplotě.

Použití blízkého infračerveného záření v oblasti okolo 1000 nm má následující výhody:

  • V této oblasti (okolo 1000 nm) je IČ záření pohlcováno vodou nebo vodní parou podstatně méně než dlouhovlnné IČ záření (IČ B, IČ C).
  • Šíření infračerveného záření v této oblasti je velmi podobné šíření světla, je možné použít jednoduché parabolické kovové reflektory (hliník) k jeho usměrnění.
  • Většina stavebních materiálů má v této oblasti součinitel pohltivosti 80 až 90 %, pohltí tedy většinu dopadajícího záření a stěny (případně podlaha) se přímo ohřívají dopadajícím zářením.
  • Toto záření je velmi účinně pohlcováno i lidským tělem.

Porovnání s plynovými zářiči

  • Tyto zářiče jsou velmi lehce instalovatelné pro požadované příkony do 10 až 20 kW, pro vysoké příkony je pak jednodušší a levnější realizace plynových zářičů.
  • Křemenné zářiče nepotřebují přívod kyslíku a nevznikají v jejich okolí žádné spaliny, jsou tedy daleko šetrnější ke svému okolí než zářiče plynové.
  • Výkon křemenných zářičů 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 složitější.
  • Doba náběhu zářičů na plný výkon i doba jejich doběhu při vypnutí se pohybuje maximálně v desítkách vteřin, jsou tedy téměř bez setrvačnosti a jsou schopny prakticky okamžitě po zapnutí přejít na plný topný výkon.
  • Jednotlivé křemenné zářiče jsou lehké, umístěné na jednoduchých držácích a při změně dispozice místnosti jsou lehce 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.
Obr. 4: Maximální vyzařovaná hustota infračerveného záření pro nízké teploty zářičů. Číslo e je emisivita zářiče, pro uhlíkové vlákno přibližně e = 1.

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 10000 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, jak ukazuje obr. 4, 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 zářiče (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 je vytápěna jen relativně malá část prostoru, ve které se např. pohybují pracovníci – zbytek je 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.
Použití „Quartzových zářičů”

Zpracovala Helena Hejhálková

Obr. 5, 6: Quartzový infračervený zářič Tansun Apollo, variabilní provedení, příkon 1,5–18 kW.

Quartzové zářiče lze použít všude tam, kde je těžké zajistit plynofikaci objektu anebo tam, kde přímé vytápění plynem není vhodné z hygienických a bezpečnostních důvodů. To platí zej ména pro stavby, kde plynové zářiče čerpají kyslík z vnitřního vzduchu a do tohoto prostředí uvolňují i spaliny, což při nedostatečné výměně vzduchu mů -že vést k otravám nebo k nebezpečí výbuchu.

Obr. 7: Quartzový infračervený zářič Tansun Apollo, dlouhé provedení.

Komerční použití

  • Výrobní a skladové objekty – vytápění nebo temperování celých prostor, vytápění jednotlivých prostor, montážní linky, vyhřívání jednotlivých pracovišť na výrobních linkách, ohřev technologií.
  • Dílny – autoservisy, autolakovny, truhlárny, možnost vytápění celých ploch nebo některých částí, sušení autolaků a nátěrů.
  • Stavby – provizorní a mobilní vytápění staveb, stavebních buněk, vysoušení zdí, přenosné ohřívání pracovníků na stavbách.
  • Gastronomické objekty – restaurace a penziony včetně venkovních předzahrádek, kuřárny, vinárny, sklepní a suterénní prostory, recepce, nepravidelně používané prostory, společenské sály, jídelny, stánky, catering.
Obr. 8: Infračervený zářič je nejsnazší způsob realizace velkoplošného vytápění bez nákladné stavební investice. Průmyslové topidlo Tansun Apollo se využívá především v průmyslových a skladových halách. (fotomontáž)

Sportovní objekty

Sportovní haly a tělocvičny, plavecké stadiony, kryté tribuny, vyhřívání šaten, koupelen, vyhřívání diváckých boxů, golfová odpaliště.

Obchody, prodejny, nákupní centra, logistická centra, výstaviště

Prodejní plochy, vchody a východy, skladové prostory, venkovní prodejny, stánky a stany, přitápění vnitřních stánků, ohřev nákladových ramp a venkovních prostor, strážní a kontrolní stanoviště.

Obr. 9: Infračervený zářič je vhodný pro celkový ohřev haly i pro vytápění jednotlivých zón. Lze využít i jako tepelnou clonu. (fotomontáž)

Kostely, památkové objekty, muzea, galerie

Trvalé vytápění, nepravidelné vytápění při jednotlivých akcích.

Zemědělské objekty, chovné stanice, skleníky

Sušení zemědělských produktů, přitápění zvířatům a rostlinám.

Obr. 10: Quartzový infračervený zářič může být buď pevně upevněny, např. na stěnu, nebo přenosný. (fotomontáž)

Použití quartzových topidel v domácnosti

Quartzová elektrická topidla s vysokou účinností najdou uplatnění i v domácnostech a to zejména tehdy, jsou-li dobře rozmyšlena a navržena. Hodí se pro vytápění koupelen a zimních zahrad, přitápění v obytných prostorách, na chatě a chalupě, vytápění domácí dílny a garáže, vysoušení stěn při malování, při přestavbách, po povodních, ohřev na terasách krytých i nekrytých, v altánech nebo pergolách, ohřev u bazénu atd.

Obr. 11: Velmi častá bytová aplikace quartzového infračerveného zářiče je v koupelnách. (fotomontáž)

Literatura:

[1] Kotrbatý, M.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů, portál TZB Info.
[2] Electric Infrared Heating Manual, Fostoria Industries Inc, North Main, USA, 1998.
[3] Ceramic Infrared Emitters, Salamander, Michigan, USA, 2005.
[4] Hottel, H. C., Sarofim, A. F.: Přenos tepla zářením, SNTL, Praha, 1979.
[5] Dyson: Měření vyzařovacích křivek zářičů Ibiza a Algarve, interní zpráva, 2007.
[6] Firemní podklady Tansun a Burda.
[7] Infrarot Strahler für Industrielle Prozesse, Heraeus Noblelight GmbH, Klenrostheim, BRD, 2005.

1 Doc. Ing. Karel Daďourek, CSc., Technická univerzita Liberec
Autor: Karel Daďourek
Foto: Archiv firmy