Modul de funcționare al sistemelor de încălzire cu infraroșu

Oscilația naturală moleculară a conductorilor termici generează radiație termică cu infraroșu, care corespunde spectrului de radiație solară.

Radiația cu infraroșu penetrează aerul până la 98%. Energia conținută în ele este absorbită mai eficient de pereții camerei și de obiecte (mobilier, locuitori). Aerul este încălzit secundar – prin disiparea căldurii reflectate de suprafețele înconjurătoare și de obiectele din cameră.

Sistemele de încălzire prin convecție (radiatoarele) încălzesc camerele în principal prin încălzirea aerului din cameră, cel mai slab mediu de transfer termic. Aerul încălzit se ridică, aerul rece coboară. Se creează curentul de convecție.

Odată cu diferențele mari de temperatură dintre aerul încălzit din cameră și suprafețele reci ale pereților exteriori există și o distribuire neuniformă a umidității.

Spre deosebire de încălzirea convențională, sistemele de încălzire cu infraroșu asigură un înveliș cald, o temperatură mai scăzută a aerului și o distribuire mai uniformă a umidității. Aerul este per total mai proaspăt iar picioarele rămân calde.

Energia termică obținută din conversia energiei electrice furnizate se împarte în componenta radiantă, componenta de convecție și componenta de conductivitate termică.

Eficiența radiantă este atribuită componentei radiante a puterii termice totale.

Economie

Încălzirea cu electricitate este costisitoare, dacă se încearcă doar încălzirea în principal a aerului. Pe de altă parte sistemele de încălzire cu infraroșu încălzesc în special pereții camerei. De aceea este necesară o temperatură mai mică a aerului cu 3-4°C. Având în vedere că pentru o temperatură a aerului din cameră mai mare cu câte 1°C este necesară o energie termică cu 6%-7% mai mare, se poate economisi energie termică de peste 20%.

  • Reducerea pierderilor la aerisire:

    Din cauza temperaturii scăzute a aerului din cameră se pierde mai puțină energie termică prin aerisire.
  • Evitarea pierderilor de căldură prin transmitere (pereți uscați/umezi):
    Umezirea pereților exteriori duce la o izolare redusă și astfel la temperaturi scăzute ale părților din interior a pereților exteriori. (O umiditate de 4% scade gradul de izolare cu cca 50%.)
Pe de altă parte suprafețele de perete încălzite cu infraroșu se mențin calde și au o temperatură mai ridicată decât cea a aerului. Temperatura ridicată a suprafeței previne absorbția vaporilor de apă de către pereți și împiedică pierderile de transmitere.Căldură radiantă
  • Costuri reduse de investiție
  • Fără costuri suplimentare (precum curățarea coșului de fum)
  • Libertate de întreținere
  • 100% regenerabil
  • Nu este necesară nici camera pentru încălzire nici șemineul
  • Nu este necesară instalarea țevilor de încălzire
  • Nu există riscuri de pagube produse de apă ca urmare a spargerii țevilor de încălzire

 

Confortul termic

În domeniul încălzirii și al climatizării, temperatura ambientală (termică) de confort înseamnă temperatura ambientală și atmosfera în care persoana se simte cel mai confortabil. Un sistem de încălzire trebuie să contribuie la un climat interior confortabil.

Măsura obiectivă pentru confort este temperatura resimțită. Aceasta depinde de

  • temperatura aerului din cameră
  • temperatura de radiație a mediului înconjurător
  • distribuirea temperaturii aerului (stratificarea aerului)
  • fluxul de aer (curentul de aer)
  • umiditatea relativă a aerului

 

Căldură radiantă

Curba de confort

Confortul poate fi afectat dacă suprafețele pereților camerei au temperaturi foarte diferite. Atunci vorbim despre asimetria temperaturii de radiație.

Diferențele de temperatură de 1°C pe altitudine sunt resimțite ca fiind perturbatoare. Această distribuire pe verticală este denumită și ca stratificarea temperaturii aerului. Evoluția temperaturii ar trebui să fie cât se poate de constantă.

Cu cât aerul este mai cald, cu atât poate absorbi mai multă umiditate. Umiditatea relativă a aerului este raportul dintre cantitatea actuală de apă din aer și cantitatea maximă posibilă de apă la temperatura dată a aerului. O umiditatea a aerului de 40-50% este resimțită ca fiind deosebit de confortabilă.

La aerisire, aerul rece de afară, care are doar o umiditate absolută redusă, este încălzit la temperatura camerei iar umiditatea relativă a aerului din cameră continuă să scadă.

În cazul unei umidități relative a aerului de 30-70%, o mișcare a aerului de până la 20 cm/s și o uniformitate generală a temperaturii pe întreaga suprafață a camerei confortul (termic) depinde doar de temperatura operativă (= media între temperatura aerului din cameră și temperatura medie de radiație a pereților camerei).

 

Căldură radiantă

 

General vorbind, aceasta este resimțită ca fiind mai plăcută, dacă temperatura de radiație este mai ridicată decât temperatura aerului. Deoarece sistemele de încălzire cu infraroșu generează temperaturi de radiație mai ridicate decât temperaturile aerului, acestea sunt preferabile din motive de confort și sistemelor de încălzire prin convecție.

 

Caracteristici fizice ale sistemelor de încălzire radiantă

Căldură radiantă

Fundamentele fizice ale sistemelor de încălzire prin convecție și ale sistemelor de încălzire radiantă sunt complet diferite:

În cazul încălzirii prin convecție (încălzirea aerului) are loc transportul căldurii prin convecția căldurii aerului cald. Conform primei și celei de-a doua legi a termodinamicii, pentru a realiza acest lucru sunt necesare diferențe de temperatură.

În cazul încălzirii prin radiație transportul căldurii se realizează conform mecanicii cuantice a lui Max Planck fără un mediu de transport, ci doar prin radiație termică. Aceasta se bazează pe următoarele principii fizice:

  • Radiația termică a încălzirii radiante cu infraroșu este o undă electromagnetică precum lumina, electricitatea, microundele sau undele radio, toate mișcându-se cu viteza luminii.
  • Lungimile de undă eligibile ca radiație infraroșie utilizată pentru încălzire cu temperaturi de până la 80°C se află în banda scurtă între 3 și 50 µm (microni). Ca toate suprafețele încălzite și calde, acestea sunt inofensive pentru sănătate. Evident că nu există electrosmog.
  • Fiecare suprafață poate absorbi razele de căldură (câștig de energie prin absorbție) și le poate emite (pierdere de energie prin emitere). Energia de radiație este astfel absorbită și emisă simultan de pe o suprafață încălzită.
  • Radiația termică nu încălzește aerul ci doar corpurile solide și lichide. Aerul din cameră este permeabil pentru radiațiile termice și de aceea rămâne răcoros și plăcut. Temperaturile suprafețelor camerei sunt mai mari decât temperatura aerului. Prin urmare, încălzirea straturilor de aer adiacente are loc convectiv doar indirect prin suprafețele mai calde. Așadar și la aerisire se economisește energie datorită temperaturilor scăzute.
  • Ca urmare a aerului aproape inactiv (se formează doar puține rotocoale de praf) se poate aerisi mai rar. Și acest lucru economisește energie.
  • Radiația termică cu infraroșu (> 3µm) nu penetrează sticla normală. Radiația termică rămâne în cameră.

Sarcina încălzirii radiante constă exclusiv din crearea de suprafețe încălzite, care asigură apoi un climat plăcut în cameră prin radiația termică (infraroșie). Plafonul și pereții oferă locul potrivit de amplasare a suprafețelor radiante.

 

Puterea radiantă

Puterea radiantă a unei suprafețe încălzite este descrisă de legea lui Stefan-Boltzmann. Astfel, ea este proporțională cu temperatura absolută la puterea a patra a unei suprafețe. Adică indiferent de temperatura ambientală sunt emise raze de căldură – doar datorită temperaturii suprafeței.

Căldură radiantă

Pe de altă parte, o încălzire prin convecție necesită „supratemperaturi” pentru a funcționa. Puterea termică este astfel proporțională cu diferența de temperatură dintre radiator și aerul din încăpere.

 

Schimbul de radiații

Toate suprafețele din cameră absorb și emit raze de căldură. Suprafața mai caldă cedează energie prin radiație suprafeței mai puțin calde și invers. Schimbul de radiații este astfel proporțional cu diferența celor două puteri radiante.

Căldură radiantă

Temperaturile suprafețelor din cameră se echilibrează prin schimbul de radiații. Energia termică absorbită și cea emisă vor fi apoi egale. Se creează suprafețe încălzite la fel, inclusiv cele ale mobilei – ca să vă simțiți confortabil.

 

Diferența dintre puterea radiantă și schimbul de radiații

Exemplul 1:

T1=80°C (panou radiant) și

T2=20°C (perete)

Diferența (schimbul de radiații) este foarte mare.

 

Exemplul 2:

T1=80°C (panou radiant) și

T2=50°C (un panou radiant încălzit potrivit)

Diferența (schimbul de radiații) este considerabil mai mic.

Puterea radiantă este evident per total mai mare.

 

Exemplul 3:

T1=80°C (panou radiant) și

T2=80°C (alt panou radiant în partea opusă)

Diferența (schimbul de radiații) este egală cu zero.

Cu toate acestea puterea radiantă din cameră s-a dublat.

 

Evident, schimbul de radiații nu corespunde puterii radiante.

În consecință formula pentru schimbul de radiații nu poate fi nicidecum utilizată pentru determinarea puterii radiante.

Aspecte privind sănătatea

Împrăștierea particulelor de aer

Persoanele alergice la praf și astmaticii sunt sensibili sau alergici la fecalele acarienilor, care pot declanșa rinita, mâncărime și astm. Aceste fecale se lipesc de praful din casă și sunt „împrăștiate” prin orice formă de convecție. Cu cât componenta de convecție a încălzirii este mai mică, cu atât este mai bine pentru persoana alergică.

Căldură radiantă

Aerul de încălzire uscat

Încălzirea convențională (sistemele de încălzire prin convecție) creează senzația de aer încălzit uscat. Umiditatea relativ scăzută a aerului poate duce la probleme de sănătate:

  • Capacitate de respirație redusă: oxigenul ajunge mai greu din plămâni în sânge.
  • Umiditatea pielii este strâns legată de umiditatea aerului. Prin urmare pielea are nevoie de o umiditate suficientă a aerului pentru a nu se usca. Chiar și predispoziția la iritații, roșeață sau chiar inflamații ale pielii crește din cauza unei umidități scăzute a aerului.
  • Mucoasele au doar o protecție redusă la evaporare. De aceea sunt predispuse să se usuce. Acestea depind de o umiditate ridicată pentru a-și menține funcțiile. O umiditate redusă a mucoasei nazale poate determina incidența crescută a sângerărilor nazale. Imunitatea mucoasei poate slăbi (risc crescut de a răci) iar capacitatea acesteia de a metaboliza poate scădea.
  • Ochi uscați: Din cauza umidității relativ reduse a aerului mulți oameni suferă de înroșire, arsuri sau mâncărimi ale ochilor – în special cei care poartă lentile de contact. Confortul la purtarea lentilelor de contact este limitat. Astfel oftalmologii recomandă în mod general evitarea aerului încălzit uscat și a curentului de aer.

Circulația sângelui

În fizioterapie este utilizată radiația C cu infraroșu la suprasolicitarea aparatului locomotor și la tratamentul tulburărilor circulatorii. Încălzirea cu infraroșu are în general și un efect medico-terapeutic pozitiv.

 

Căldură radiantă

Riscul de mucegai

Conținutul de umiditate din aerul cald din cameră se condensează prin răcirea pe suprafețele interioare reci ale pereților exteriori. Condensul poate duce la formarea mucegaiului, în special în colțurile camerei, în spatele mobilei, a perdelelor și a altor locuri ascunse, care se răcesc mai puternic decât celelalte părți ale pereților. Pentru a evita răspândirea mucegaiului, umiditatea aerului nu ar trebui să depășească niciodată 80%, nici măcar în anumite locuri.

Simptomele posibile cauzate de mucegai sunt multiple și destul de nespecifice, printre care:

  • tuse
  • guturai
  • conjunctivită
  • astm
  • leziuni ale pielii
  • migrene
  • tulburări gastro-intestinale
  • dureri articulare

Deoarece pereții sunt mai calzi decât aerul la utilizarea încălzirii cu infraroșu, condensul nu se formează deloc. Conținutul de umiditate este îndepărtat de pe pereți.