Низкотемпературные нагреватели для обогрева бань

В последние годы резко повысился интерес к низкотемпературным электронагревателям, в частности, из-за того, что нагретые до температур не более 200-300°С элементы пожаробезопасны и «не выжигают кислород». Последний профессионально-бытовой термин неточен: кислород «выжигаться» не может никогда, это в кислороде могут «выжигаться» органические и неорганические вещества. Под «выжиганием кислорода» понимается то, что при высоких температурах пыль (взвешенная в воздухе и осевшая на нагреваемой поверхности) окисляется (сгорает, выжигается) в кислороде воздуха с возможным образованием токсичных и пахучих продуктов сгорания. Всем известны характерные «запахи утюга», «запахи духовки», «запахи раскалённого металла и т. п. Эти запахи возникают уже при температурах 150°С, а при температурах утюга 180-220°С проявляются очень отчётливо. Так что для предотвращения «выжигания кислорода» температуры должны быть не выше 100-150°С. Наиболее сложно обеспечить это требование в электронагревательных воздуходувках (фенах) типа известного советского «Ветерка». Действительно, если воздух на выходе из воздуходувки обычно не превышает 60-120°С, то электрическая спираль должна быть нагрета до 300-500°С, а порой и докрасна. При этом часть пылинок из воздуха неминуемо касается поверхности горячей спирали и сгорает. Одним из путей предотвращения «выжигания кислорода» является фильтрация приточного в фен воздуха (как в пылесосе), но при этом сохраняется возможность выжигания газообразных органических примесей, не задерживаемых механическими фильтрами, а использование противогазных поглотителей в электронагревательных воздуходувках (приточных калориферах) может мыслиться на практике только применительно к бомбоубежищам.

Всё это не значит, что спиральные и ТЭНовые воздуходувки изжили себя: они востребованы и продолжают производиться во всё больших промышленных масштабах для нагрева производственных помещений с временным пребыванием людей (складах, гаражах, шлюз-тамбурах с воздушными тепловыми завесами и т. п.). Для жилых помещений, особенно с воздушным отоплением, всё более настойчиво рекомендуются низкотемпературные нагреватели (100-150°С) потока воздуха, такие как водяные или паровые с радиаторами-теплообменниками в системах теплового притока воздуха в помещения (системах воздушного отопления). Применительно к электрическим нагревателям это значит, что тепловыделяющие проводники должны иметь не просто низкую температуру, а непременно большую площадь теплоотдачи. Это может быть обеспечено с помощью ленточных нагревательных элементов, а также керамических, в частности, циркониевых (хотя последние наиболее удачны именно в сверхвысокотемпературных режимах накаливания). Дело в том, что керамические изделия могут формоваться в весьма сложные сетчатые, решётчатые, трубчатые, сотовые и другие формы конструкций с очень развитой внешней поверхностью теплообмена. При этом короткий раскалённый элемент, скажем трубка, может быть заменена не столь раскалённой, но длинной трубкой — температура воздуха на выходе из фена при этом не изменится (не изменится и мощность воздухонагревателя).

Аналогичная, но несколько более сложная ситуация возникает в случае низкотемпературных инфракрасных обогревателей. Здесь недостаточно сделать просто развитую (изломанную, дырчатую, мелкотрубчатую) поверхность, а как и в случае топливников дровяных печей необходимо обеспечить именно большие габариты излучающей поверхности, поскольку интенсивность излучения чёрного тела определяется не площадью его поверхности, а только геометрическими размерами (проекцией) поверхности вне зависимости от её шероховатости или изломанности (рис. 156). Поэтому низкотемпературные излучатели выполняются в виде крупногабаритных панелей — стеновых или потолочных.

Простейшей конструкцией является обычный инфракрасный обогреватель (в том числе и высокотемпературный), подвешенный под утеплённым потолком так, чтобы нагретая от обогревателя потолочная поверхность вторично излучала вниз длинноволновые тепловые лучи (рис. 175,е). В этом случае излучение от горячей поверхности ТЭНа (спирали, ленты) сочетается с излучением от низкотемпературной 100-150°С поверхности утеплённого потолка помещения.

Рис. 180. Низкотемпературные инфракрасные панельные обогреватели
Рис. 180. Низкотемпературные инфракрасные панельные обогреватели: а — подвесная металлическая кассета; б — тёплая штукатурка; в — бетонная панель с замоноличенными греющими трубками. 1 — поверхность потолка, 2 — утеплитель в корпусе, 3 —тепловыделяющие элементы (ТЭНы, спирали, кабель, трубки с теплоносителем-водой), 4 — крышка кассеты металлическая излучающая, 5 — массив потолка, 6 — слой утеплителя, например, жёсткая плита минваты, 7 — анкерное крепление сетки, 8 — штукатурный слой (торкрет-покрытие), 9 — бетонная плита, в том числе и несущая, 10 — трубка водяного нагрева, 11 — водяной циркуляционный контур, 12 — водонагреватель пластинчатый, 13 — титановые пластины, 14 — сетка металлическая или стальная монтажная лента, удерживающая на потолке утеплитель и тепловыделяющие элементы.

Если закрыть открытую инфракрасную кассету (рис. 175,е) металлической крышкой 4 (рис. 180,а), то тепловыделяющие элементы будут греть крышку 4, и эта крышка будет выполнять роль низкотемпературного излучателя. Такие закрытые кассеты (рис. 180,а) выполняются большой площади до 1-2 м² в красивом декоративном исполнении (например, с тиснённой или профилированной алюминиевой крышкой 4) и предназначены для подвески на потолках или на стенах. Технической задачей таких кассет является «размазывание» лучистого тепла от локального (или даже точечного) источника на большую площадь, вследствие чего их можно подвешивать на меньшей высоте без перегрева (ожога) головы и плеч. Так если открытые кассеты (рис. 175,е) требуют высоты потолков не менее 3-4 метров (чтобы не вызвать перегрев головы при нахождении человека строго под кассетой), то закрытые кассеты с температурой 100-150°С могут подвешиваться в жилых помещениях на высоте 2-3 метров (с обеспечением защиты от касания), а в инфракрасных саунах реально располагаются в 0,2-0,4 м от человека.

Инфракрасные низкотемпературные панели могут изготавливаться не только в виде съёмных (подвесных) автономных блоков отдельного нагревательного прибора (рис. 180,а), но и в форме части здания, например, тёплого (горячего) потолка (стены, пола) с заделкой тепловыделяющих элементов в штукатурный (навесной бетонный) слой (рис. 180,б) и даже в бетонную плиту перекрытия (рис. 180,в). В качестве тепловыделяющих элементов могут использоваться и электрические греющие кабели, и обычные трубки с горячей водой, применяемые при водяном отоплении зданий. Тёплые стены очень комфортны, но и дороги.

Низкотемпературные панели точно так же, как и батареи отопления, могут рассматриваться и как мягкие (длинноволновые) инфракрасные обогреватели (радиаторы), и как нагреватели воздуха свободноконвективного типа (конвекторы), поскольку любые панели имеют обе составляющие теплоотдачи. Граница раздела между радиаторами и конвекторами очень условна: обычно радиатором называют отопительный прибор, радиационная (лучистая) составляющая теплоотдачи которого составляет не менее 50% от общей теплоотдачи, а конвектором — прибор с долей радиационной составляющей не более 10% (покупные радиаторы чаще всего являются конвективно-радиационными отопительными приборами). Доля лучистой составляющей в 50% уже достаточна для полного изменения климатической обстановки в помещении за счёт подогрева стен. В случае применения низкотемпературных панелей ситуация абсолютно аналогична батареям, но более сложна (вернее, непривычна) для понимания, чем в случае локальных радиаторов водяного отопления, что вызывает определённую путаницу в популярной литературе, коммерческой рекламе и умах людей. Так, например, утверждается, что человек, окружённый в изотермической («идеальной») бане со всех сторон тёплыми панелями, якобы, находится в каком-то мистически неведомом «биорезонансе» со стенами, и к этому «родному резонансу» человек привык ещё со времён пребывания в чреве матери, поэтому, мол, длинноволновое излучение является не просто полезным, но и необходимым для жизни.

В действительности, чтобы объективно разобраться в реальной обстановке, надо просто-напросто оценить тепловой баланс человека. Если стены помещения, воздух в помещении и кожа тела человека находятся при одной и той же температуре 37°С, то это отвечает тепловому (термодинамическому) равновесию (потоков тепла нет) и тепловому комфорту человека. Этот случай реализуется в идеальном хаммаме. Если при этом внутри человека идут обменные процессы (то есть человек жив), то выделяющееся биологическое тепло (возникающее при усвоении пищи) постепенно нагревает тело. Это тепло «глубинное» (поскольку исходит изнутри тела) и порой ложно воспринимается обывателями как форма «биорезонансного тепла», истекающего от тёплых стен. Конечно, это биохимическое тепло никакой мистикой не обладает. В этом может убедиться каждый — стоит только заняться физическими упражнениями, и тотчас этого «биорезонансного тепла от стен» станет больше, и человеку станет жарко. Стоит человеку смочить свою кожу водой, тотчас этого «биорезонансного тепла от стен» станет меньше, и человеку может стать даже холодно за счёт охлаждения при испарении воды с кожи.

Приняв за базис состояние температурного равновесия с едиными (равными) температурами стен, воздуха и человека, можно проанализировать возможные последствия отклонений от этого равновесия. Температура живого человека изменяться не может, поэтому реальный интерес представляют температуры стен (потолков и полов, то есть всех окружающих ограждающих конструкций в целом) и воздуха.

Если в помещении установлен мощный локальный конвектор с горячими спиралями, то он греет воздух, а затем воздух греет стены, то есть воздух горячей стен. Такой случай реализуется в сухих циркуляционных саунах и в обычном жилом помещении, обогреваемом батареями, в чёрных банях и банях палаточных. Тепловое равновесие неразогретого раздетого человека с сухой кожей будет достигаться, например, условно при температуре воздуха 50°С и при температуре стен 25°С. При этом в организме также происходит выделение биохимического тепла, постоянно нагревающего тело.

Если в помещении нагреты стены (например, за счёт низкотемпературных панелей), и существует вентиляция (приток холодного воздуха), то стены теплее воздуха. Тепловое равновесие неразогретого раздетого человека с сухой кожей будет достигаться, например, условно при температуре воздуха 25°С и при температуре стен 50°С. Именно этот случай теплового комфорта человека в холодном воздухе с тёплыми стенами обыватели ошибочно характеризуют термином «биорезонансное тепло от стен». Специалисты называют этот способ отопления лучистым. Лучистое отопление - это когда радиационная температура (стен) выше температуры воздуха. Отметим, что в случае холодного воздуха 25°С абсолютная влажность воздуха не может превышать величины порядка 0,025 кг/м³, вследствие чего человеку с мокрой кожей в таких помещениях может быть тепло лишь при температурах стен не менее 150°С (в соответствии с простейшими теплотехническими расчётами. Поэтому красивые рассуждения о «биорезонансном тепле» для бань не пригодны и могут быть использованы лишь для рекламы инфракрасных кабин, в которые человек входит с сухой кожей.

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Добавить комментарий

CAPTCHA
Этот вопрос задается для проверки того, не является ли обратная сторона программой-роботом (для предотвращения попыток автоматической регистрации)