Тепло с потолка?

spectrum2000Слишком часто нам задают вопрос: «а почему вы устанавливаете свои инфракрасные нагреватели на потолке, ведь всем известно, что тепло поднимается снизу вверх?». Данная статья размещена с целью дать понять обывателю, что тепло не поднимается снизу вверх, как он чаще всего привык думать. «Снизу вверх» поднимается только нагретый чем то или кем то воздух, так как от нагрева ускорилось движение молекул газа и он стал менее плотным, и следовательно вытесняется наверх более холодным, плотным воздухом. Этот закон природы наглядно можно увидеть, наблюдая за подъёмом воздушного шара, где воздух, заключённый в его куполе нагревается газовой горелкой и шар поднимается вверх.  Изначально тепло  — это суть ЭНЕРГИЯ! Это электромагнитное излучение инфракрасного диапазона, которое распространяется во все стороны ОДИНАКОВО! Встречая на своём пути какой либо предмет, будь то поверхность земли, тело человека или пол в доме, кванты электромагнитного излучения инфракрасного диапазона передают свою энергию молекулам этого предмета, заставляя их двигаться быстрее, следовательно температура этого тела повышается и оно само начинает интенсивней излучать в том же спектре (вторичное инфракрасное излучение). Человеком такое ИК излучение воспринимается как ощущение тепла, исходящее от источника (тела с более высокой температурой). Непосредственный контакт с источником инфракрасного излучения не нужен.

Инфракрасное излучение

Отправляясь от видимого света в длинноволновую сторону спектра, мы попадаем в диапазон инфракрасного излучения. Инфракрасным оно называется потому, что по спектральной шкале находится сразу перед красным цветом (инфра — ниже, под). Радуга — видимый нами белый дневной свет, разложенный на составляющие его цвета. Красный — первый цвет в этом спектре. У него самая малая частота и бо′льшая длина волны. Фиолетовый — последний цвет в этом спектре. У него самая высокая частота и меньшая длина волны. Область электромагнитного излучения, лежащая ниже нижней границы видимого света (красного), называется инфракрасным диапазоном. Лежащая выше верхней границы видимого света (фиолетового) — ультрафиолетовое излучение.

Ближнее ИК-излучение физически ни чем не отличается от видимого света, за исключением того, что не воспринимается сетчаткой глаза. Его можно регистрировать теми же приборами, в частности, телескопами, что и видимый свет. Человек также ощущает инфракрасное излучение кожей — как тепло. Именно благодаря инфракрасному излучению нам тепло сидеть у костра. Большую часть энергии горения уносит вверх восходящий поток воздуха, на котором мы кипятим воду в котелке, а инфракрасное (и видимое) излучение испускается в стороны молекулами газов, продуктов сгорания и раскаленными частицами угля.

С ростом длины волны атмосфера теряет прозрачность для инфракрасного излучения. Это связано с так называемыми колебательно-вращательными полосами поглощения молекул атмосферных газов. Будучи квантовыми объектами, молекулы не могут вращаться или колебаться произвольным образом, как грузы на пружинке. У каждой молекулы есть свой набор энергий (и, соответственно, частот излучения), которые они могут запасать в форме колебательных и вращательных движений. Однако даже у не самых сложных молекул воздуха набор этих частот столь обширен, что фактически атмосфера поглощает всё излучение в некоторых участках инфракрасного спектра — это так называемые инфракрасные полосы поглощения. Они перемежаются небольшими участками, в которых космическое ИК-излучение достигает поверхности Земли — это так называемые окна прозрачности, которых насчитывается около десятка. Их существование представлено на плакате разрозненными голубыми стрелками в инфракрасном диапазоне. Интересно отметить, что поглощение ИК-излучения почти полностью происходит в нижних слоях атмосферы из-за повышения плотности воздуха у поверхности Земли. Это позволяет вести наблюдения почти во всем инфракрасном диапазоне с аэростатов и высотных самолетов, которые поднимаются в стратосферу.

Деление инфракрасного излучения на поддиапазоны также весьма условно. Граница между ближним и средним инфракрасным излучением проводится примерно в районе абсолютной температуры 300 К, которая характерна для предметов на земной поверхности. Поэтому все они, включая приборы, являются мощными источниками инфракрасного излучения. Чтобы в таких условиях выделить излучение космического источника, аппаратуру приходится охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю, и выносить за пределы атмосферы, которая сама интенсивно светит в среднем ИК-диапазоне — именно за счет этого излучения Земля рассеивает в космос энергию, постоянно поступающую от Солнца. Основной тип приемника излучения в этом диапазоне — болометр, то есть, попросту говоря, маленькое черное тело, поглощающее излучение, соединенное со сверхточным термометром.

Дальний инфракрасный диапазон — один из наиболее сложных, как для генерации, так и для регистрации излучения. В последнее время благодаря разработке особых материалов и сверхбыстродействующей электроники с ним научились достаточно эффективно работать. В технике его часто называют терагерцевым излучением. Сейчас активно идет разработка бесконтактных сканеров для определения химического состава объектов на основе генераторов терагерцевого излучения. Они смогут выявлять пластиковую взрывчатку и наркотики на контрольных пунктах в аэропортах.

В астрономии этот диапазон чаще называют субмиллиметровым излучением. Он интересен тем, что в нем (а также в соседнем с ним микроволновом диапазоне) наблюдается реликтовое излучение Вселенной. До уровня моря субмиллиметровое излучение не доходит, но поглощается оно в основном в самых нижних слоях атмосферы. Поэтому в горах Чили и Мексики на высоте около 5 тысяч метров над уровнем моря сейчас строятся крупные субмиллиметровые телескопы — в Мексике 50-метровый, а в Чили массив из 64 телескопов диаметром 12 метров.

Земное применение

Прибор ночного видения

В основе прибора лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП), позволяющий значительно (от 100 до 50 тысяч раз) усиливать слабый видимый или инфракрасный свет. Объектив создает изображение на фотокатоде, из которого, как и в случае ФЭУ, выбиваются электроны. Далее они разгоняются высоким напряжением (10–20 кВ), фокусируются электронной оптикой (электромагнитным полем специально подобранной конфигурации) и падают на флуоресцентный экран, подобный телевизионному. На нем изображение рассматривают в окуляры.

Разгон фотоэлектронов дает возможность в условиях низкой освещенности использовать для получения изображения буквально каждый квант света, однако в полной темноте требуется подсветка. Чтобы не выдать присутствие наблюдателя, для этого пользуются прожектором ближнего ИК-диапазона (760–3000 нм).

Существуют также приборы, которые улавливают собственное тепловое излучение предметов в среднем ИК-диапазоне (8–14 мкм). Такие приборы называются тепловизорами, они позволяют заметить человека, животное или нагретый двигатель за счет их теплового контраста с окружающим фоном.

Отопление

Вся энергия, потребляемая электрическим обогревателем, в конечном счете, переходит в тепло. Значительная часть тепла уносится воздухом, который соприкасается с горячей поверхностью, расширяется и поднимается вверх, так что при конвективном отоплении (батареи и радиаторы, греющие воздух) обогревается в основном потолок, а пол и всё, что у пола остаётся холодным. Во избежание этого, электрообогреватели иногда снабжают вентиляторами, которые принудительно направляют теплый воздух, например, на ноги человека и способствуют перемешиванию воздуха в помещении. Но есть и другой способ передачи тепла окружающим предметам: инфракрасное излучение обогревателя. Оно тем сильнее, чем горячее поверхность и больше ее площадь. Для увеличения площади радиаторы делают плоскими. Однако при этом температура поверхности не может быть высокой. В других моделях обогревателей используется спираль, разогреваемая до нескольких сотен градусов (красное каление), и вогнутый металлический рефлектор, который создает направленный поток инфракрасного излучения.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что для наиболее комфортного обогрева мы должны использовать инфракрасные обогреватели, так как только они могут равномерно прогреть помещение. Тут есть два пути:

  • Компактный обогреватель: излучающая тепло поверхность у него маленькая, следовательно для передачи нужного количества энергии её надо разогревать до высоких температур (от +200 до +800 градусов), что далеко не всегда комфортно и безопасно. Примером таких отопительных приборов могут служить подвесные инфракрасные обогреватели Hintek с температурой нагрева излучающей алюминиевой пластины 250-300° C. Чаще всего их применяют для отопления производственных помещений, складов, гаражей, ангаров и т. п.
  • Обогреватель с очень большой площадью греющей поверхности, но с низкой температурой нагрева. Примером таких обогревателей могут быть потолочные плёночные  электронагреватели (ПлЭН). Суммарная площадь излучающей тепло поверхности у них достигает 70-80% от площади отапливаемого помещения, а температура нагрева всего 40-50° С (тёплые на ощупь). Такое отопление обладает максимальным тепловым комфортом, так как наиболее равномерно отапливает всё помещение, как по высоте, так и по площади и даже подогревает пол, но при этом не перегревает и не сушит воздух!

1 комментарий Тепло с потолка?

  • Ирина Викторовна сказал(а):

    Написано всё хорошо и заманчиво, но пока сама не попробую или у кого нибудь не увижу, вряд ли решусь сделать отопление на инфракрасном излучении. Кто его знает, как оно действует на организм ))

Поиск

Информация

В нашем интернет-магазине появились новинки:

  • Настенные инфракрасные обогреватели Hintek IW-07 с увеличенной на 30% теплоотдачей для отопления дома, дачи, офиса.
  • Инфракрасные сверхтонкие стеновые панели ЭИНТ (СТЕП) для комфортного дополнительного отопления.
  • Настенные керамические панели nikapanels инфракрасно-конвекционного типа.
Индекс цитирования