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).

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).

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.

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.

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

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.

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.

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.

Kostely, památkové objekty, muzea, galerie

Trvalé vytápění, nepravidelné vytápění při jednotlivých akcích.

Zemědělské objekty, chovné stanice, skleníky

Sušení zemědělských produktů, přitápění zvířatům a rostlinám.

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.

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.