Menu

Promienniki

 
Schemat promiennika gazowego ceramicznego
autor: Marek Preiss, źródło: Budowlany Informator techniczny BIT

Konwencjonalne metody ogrzewania na zasadzie konwekcji ciepła podnoszą temperaturę całej objętości powietrza, co przy dużej kubaturze pomieszczenia nie jest rozwiązaniem ekonomicznym. Jedną z tańszych w eksploatacji alternatyw jest ogrzewanie promiennikowe, pracujące na zasadzie podobnej do działania Słońca. Promienie podczerwieni przenikają powietrze niemal bez strat, nie powodując jego ogrzania. Odczuwalne ciepło powstaje dopiero, gdy napotkają na swojej drodze jakiś obiekt.

W pomieszczeniach o dużej kubaturze najczęściej stosowanymi rozwiązaniami ogrzewań przez promieniowanie są promienniki podczerwieni: gazowe i elektryczne. Mogą być one używane do ogrzewania wszelkiego rodzaju hal, dużych pomieszczeń oraz powierzchni otwartych (na wolnym powietrzu), ale mogą pracować także punktowo, ogrzewając pojedyncze stanowisko pracy.

W niniejszym artykule przyjrzymy się budowie, zasadom działania, warunkom doboru i montażu oraz pewnym ograniczeniom w zastosowaniu promienników podczerwieni, zaczniemy jednak od minimum podstaw teoretycznych.
 

 Podstawy ogrzewania przez promieniowanie
Zasada budowy i działania gazowego
promiennika ceramicznego supraSchwank
 
Zgodnie z podstawową klasyfikacją z ogrzewaniem przez promieniowanie mamy do czynienia wtedy, gdy przeważająca część strumienia ciepła od urządzenia grzejnego oddawana jest poprzez promieniowanie cieplne, polegające na przenoszeniu energii pomiędzy ciałami o różnych temperaturach za pośrednictwem fal elektromagnetycznych. Energia wewnętrzna ciała ulega przemianie w energię promieniowania, która następnie zostaje częściowo lub całkowicie pochłaniana przez inne ciało i ulega ponownej przemianie w jego energię wewnętrzną. Promieniowanie ciała może obejmować promieniowanie własne, czyli emisję, oraz promieniowanie odbite.
Schemat spalania mieszanki gazowo
powietrznej w promienniku supraSchwank
 

Z punktu widzenia fizjologii ogrzewanie przez promieniowanie różni się znacznie od ogrzewania konwekcyjnego. Podstawowe różnice polegają na tym, że temperatura powierzchni ogrzewanych jest wyższa od temperatury powietrza w pomieszczeniu oraz że oddziaływanie powierzchni grzejnej ma charakter kierunkowy, a natężenie promieniowania zmniejsza się z kwadratem odległości od powierzchni grzejnej. Dlatego przy kontroli warunków cieplnych w pomieszczeniach z ogrzewaniem promieniowym oprócz temperatury powietrza wewnętrznego należy także uwzględnić temperaturę płaszczyzn otaczających, łącznie z płaszczyznami promieniującymi.

Z fizjologiczną specyfiką ogrzewań promieniowych wiąże się dobór dopuszczalnej temperatury promieniujących powierzchni grzejnych (źródeł promieniowania) oraz ich odpowiednie rozmieszczenie. W przypadku promienników podczerwieni problem sprowadza się do największego dopuszczalnego napromieniowania (ogrzania) głowy stojącego człowieka, a zatem do określenia najniższej dopuszczalnej wysokości zawieszenia promienników. Wysokość ta powinna zapewnić, by kierunkowa temperatura wynikowa na wysokości 1,8 m od podłogi nie przekraczała 25oC.

 Gazowe promienniki podczerwieni
Rozmieszczenie gazowych promienników
ceramicznych w montażu pionowym i skośnym (45o)
 
Gazowe promienniki podczerwieni można podzielić na dwie grupy rozwiązań konstrukcyjnych:

- promienniki ceramiczne (wysokiej intensywności, tzw. jasne) - oddawanie ciepła następuje poprzez promieniowanie mocno rozgrzanych płyt ceramicznych, temp. powierzchni rzędu 800-1000oC,
- promienniki rurowe (niskiej intensywności, tzw. ciemne) - promieniowanie rur metalowych, temp. powierzchni rzędu 300-400oC.

W obu przypadkach strumień ciepła promieniowania kierowany jest na ogrzane miejsca za pomocą reflektorów o odpowiedniej konstrukcji. Wielkością charakteryzującą jakość promiennika, a więc efektywność przekazywania ciepła drogą promieniowania do otoczenia, jest sprawność kierunkowa promiennika. Sprawności promienników wysokiej intensywności mogą wynosić nawet 93%, a niskiej intensywności 80-85%, w zależności od szczegółów rozwiązania konstrukcyjnego.
W gazowych promiennikach ceramicznych spalanie mieszanki gazu i powietrza następuje ok. 2 mm pod powierzchnią płyty ceramicznej w drobnych, wykonanych w niej kanalikach. Setki niewielkich płomyków wytwarzają ciepło, które ogrzewa bezpośrednio materiał ceramiczny i zostaje natychmiast oddane w postaci promieniowania podczerwonego. Dzięki bardzo szybkiej zamianie energii cieplnej na promienistą, w procesie spalania powstają tylko nieznaczne straty energii cieplnej. Oznacza to zminimalizowanie strat termicznych i jednocześnie - ze względu na niską ilość wydzielanych NOx - ekologiczność działania gazowych promienników podczerwieni.
Rozmieszczenie gazowych promienników rurowych w montażu pionowym i skośnym (30o)
 
Niedogodnością promienników ceramicznych z otwartym źródłem spalania jest konieczność zapewnienia odpowiedniej wentylacji - ponieważ wymagają one doprowadzenia określonej minimalnej ilości powietrza do procesu spalania. W ofercie rynkowej znajdziemy jednak urządzenia, w których powietrze do spalania może być pobierane z zewnątrz, a spaliny odprowadzane poza ogrzewane pomieszczenie. Przykładowo - firma Schwank proponuje rozwiązania z indywidualnym doprowadzeniem powietrza i odprowadzeniem spalin lub zastosowanie zespołów promienników z centralnym systemem odprowadzania spalin, wyposażonym w jeden centralny wentylator.
Fot. Promiennik gazowy zasilany z butli.

Gazowe promienniki rurowe skonstruowane są z wielodyszowego palnika gazowego spalającego dowolny gaz ziemny lub płynny, z zespołu ssania dla cyrkulacji gazów spalinowych wewnątrz rur oraz specjalnego ekranu odbijającego promieniowanie podczerwone. Elementami promieniującymi są rury wykonane ze stali węglowej, pokryte czarną emalią, wewnątrz których cyrkulują spaliny. Mogą być dostosowane do pośredniego albo bezpośredniego odprowadzania spalin, przy czym doskonalszą konstrukcją są gazoszczelne rurowe promienniki podczerwieni wyposażone w elektryczny wentylator wyciągowy.
Fot. (po prawej) promiennik gazowy przemysłowy

Mieszanie powietrza i gazu następuje w specjalnej komorze, następnie mieszanka jest przetłaczana na zewnątrz komory przez płytkę ceramiczną, gdzie jest zapalana przez elektrodę zapłonową. Taka konstrukcja pozwala na spalanie gazu ziemnego lub propanu w płomieniu laminarnym o długości do kilku metrów, przy czym nie powstają prawie żadne szkodliwe substancje. Długi płomień i spaliny ogrzewają stalową rurę, która promieniuje przyjemnym ciepłem.

W ofercie producentów znajdziemy rurowe promienniki ciepła o uniwersalnym przeznaczeniu, które można dopasować do różnych kształtów geometrycznych hal. Przykładowo - firma Schwank wszystkie promienniki rurowe może dostarczyć jako modele U i L. Dzięki temu tam, gdzie jest taka potrzeba, jeden promiennik typu U może ogrzać większą powierzchnię, a prowadzenie rury pod kątem 90o w modelu L daje możliwość dopasowania kształtu promiennika do miejscowych wymagań.
Fot. Promiennik gazowy rurowy

 Elektryczne promienniki podczerwieni
Promiennik elektryczny z reflektorem korytkowym
 
Klasyczna klasyfikacja promienników elektrycznych polega na podziale na „ciemne” i „jasne”. Kryterium tego podziału stanowi temperatura powierzchni źródła promieniowania, przy czym granicę stanowi temperatura, przy której element grzejny zaczyna świecić na ciemnoczerwono, w przybliżeniu jest to ok. 550-600oC. Aktualnie bardziej celowy wydaje się jednak podział na:

- promienniki rurowe - w których skręcony śrubowo drut grzejny izolowany przez tlenek magnezowy osadzony jest w rurze ze stali odpornej na wysokie temperatury,
- promienniki halogenowo-kwarcowe, nazywane też reflektorami ciepła - w których wewnątrz kwarcowej rury wypełnionej halogenem znajduje się włókno wolframowe.
Fot. Promiennik elektryczny

Pierwszy z wymienionych typów promienników jest najczęściej spotykany, drugi - uznawany za najnowocześniejsze dziś rozwiązanie elektrycznego promiennika podczerwieni. Rzadziej stosowanymi źródłami promieniowania mogą być także elementy ceramiczne, rury metalowe z wypełniaczem ceramicznym lub rury z drutem wtapianym w szkle kwarcowym albo materiale ceramicznym.

Promienie wysyłane przez źródło są skierowane do przestrzeni ogrzewanej za pomocą odpowiednio ukształtowanych reflektorów wykonanych z wypolerowanej blachy (najczęściej aluminiowej).

Ogrzewacze kwarcowo-halogenowe są aktualnie najnowocześniejszym rozwiązaniem elektrycznego promiennika podczerwieni. Promiennik tego typu to prosta rura kwarcowa wypełniona halogenem, w której umieszczony jest żarnik wolframowy. Włókno wolframowe rozgrzewające się do temperatury 2200oC daje intensywne białe światło oraz skoncentrowaną krótkofalową wiązkę promieniowania podczerwonego stanowiącą źródło energii cieplnej promienistej.

Standardowy ogrzewacz kwarcowy wyposażony jest w jedną lub więcej lamp grzewczych oraz reflektor. Zazwyczaj każda lampa umieszczona jest w ognisku reflektora parabolicznego silnie odbijającego i kierującego wiązkę promieniowania na wymaganą przestrzeń ogrzewaną. Sprawność promieniowania dla takiego grzejnika wynosi nawet do 94%.

Ogrzewacze kwarcowe mogą być używane do ogrzewania dorywczego lub długotrwałego w następujących klasach zastosowań: ogrzewanie ogólne, strefowe, punktowe, ochrona przez szronieniem oraz ogrzewanie obszarów na wolnym powietrzu.

Ogrzewaczy kwarcowych nie wolno stawiać w strefach zagrożenia wybuchowego z powodu względnie wysokiej temperatury lamp grzewczych i dużej gęstości promieniowania w pobliżu ogrzewacza. Przy niskim usytuowaniu ogrzewaczy, tzn. na wysokości < 2,2 m nad podłogą, oraz w halach sportowych konieczne jest użycie osłon bezpieczeństwa dla zapobieżenia fizycznemu zniszczeniu lub dla ochrony przed dotknięciem gorącej powierzchni ogrzewacza.

Porównując promienniki wysokiej intensywności gazowe i elektryczne, można stwierdzić, że zaletami promienników kwarcowo-halogenowych są: brak wydzielania spalin, w tym zwłaszcza dużych zysków wilgoci, mniejsza masa, łatwość montażu (brak instalacji gazowej, a więc brak potrzeby konserwacji palników, badania szczelności sieci gazowej, wykonania instalacji alarmowej przeciwwybuchowej). Mankamentem jest koszt energii elektrycznej - większy od kosztu energii uzyskiwanej z gazu.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});