Сравнение электрических обогревателей

Инфракрасные теплонагреватели не разогревают воздух, а передают тепло на поверхности и окружающие предметы, находящиеся в поле действия теплонагревателя, таким образом, они не сушат воздух, не сжигают кислород и абсолютно безопасны. Идеально подходят для обогрева жилых помещений, цехов производства, спортивных комплексов. Инфракрасный теплонагреватель имеет наиболее высокий КПД, по сравнению с другими.

Во многих случаях использование в качестве источника энергии электричества является наиболее рациональным. Соответственно  наиболее распространенные бытовые электронагревательные приборы подразделяются:

·               Устройства, в основе действия которых лежит принцип вынужденной конвекции. К ним, в частности, относятся тепловентиляторы малой и большой мощности, тепловые пушки, тепловентиляторы с распределенной подачей воздуха – тепловые завесы;

·               Устройства, реализующие принцип естественной конвекции, в частности, масляные радиаторы и электрические конвекторы;

·               Устройства, работа которых основана на принципе теплового излучения (ИК-излучающие панели).

·               Спектр тепловой энергии излучаемой  теплонагревательными приборами приведен на графике. Из него можно установить условия излучения и диапазон излучаемых энергий в соответствии с длиной волны.

Из графика видно, что оптимальный охват по длине волны достигается в диапазоне температур от 20С до 200С. В этом диапазоне излучаемая энергия производит нагрев. В интервале температур выше 200С  плотность энергии повышается, что может вызвать возгорание.

·               Излучение энергии от нагревателя описывается законом Стефана- Больцмана который записывается в виде:

·                                          ∆E = W_ИК = es(Т_э⁴ - Т_ср⁴) ∆S_изл         

Т_с - температура окружающей среды;

s - постоянная Стефана-Больцмана, (5,67^. 10^-8 Вт/м² К⁴);

Т - температура экрана;

∆S - площадь поверхности излучательного элемента;

e - коэффициент излучения поверхности экрана.

Коэффициент излучения зависит от состояния поверхности и изменяется от 0.1 до 1.

Приведем сравнения по эффективности для нескольких тепло обогревателей. В качестве примера рассмотрим такие обогревательные приборы:

1.   Масляный нагреватель Delonghi. (Мощность 2000 Вт.)

2.   Обогреватель UFO (Мощность 1200Вт.)

3.   ПЭО(120-150 Вт. на 1 м)

Масляный нагреватель Delonghi имеет 8 нагревательных ребер с размерами 12см на 40см. Ребра двусторонние, т.е. общая площадь нагревающего элемента составляет 0.120.4082 = 0.768 м. Или приведя к одному размеру 2600Вт на м.

Обогреватель UFO имеет два трубчатых нагревательных элемента диаметром 2см. и длиной 60см. Общая площадь нагревающего элемента составляет 0.020.62=0.04м. В переводе на площадь это достигает 3000Вт на м2 трубки=6000Вт на м.

Известно, что электрический КПД нагревательных элементов, достигает 95%, однако при использовании в различных устройствах их общий КПД составляет в лучшем случае 85-87%. Причиной этого является небольшая площадь теплообмена.

В случае ПЭО этот недостаток устранен, так как нагревательным элементом выступает вся потолочная поверхность. Для остальных нагревателей необходимо: или увеличение эффективной поверхности, или увеличение степени нагрева тепловыделяющего элемента. Увеличение степени нагрева тепловыделяющей поверхности связано в первую очередь с необходимостью повышения мощности, т. е. с подорожанием нагрева, усложнением оборудования. Во вторую очередь повышение температуры вызовет возникновение больших перепадов температуры между поверхностью нагревателя и нагреваемой средой (до 200°С и выше), что ведет к пропорциональному увеличению расхода электроэнергии на нагрев 1м³ среды, снижению энергетической эффективности устройств и возрастанию тепловых потерь. Следовательно, для получения одинаковой мощности по нагреву ПЭО нужно нагреть до более низких температур. Кроме этого тепло от ПЭО рассредоточено по всей площади нагрева. Также увеличение температуры нагревателя приводит и к другим негативным явлениям.

В частности, в подавляющем большинстве устройств, обеспечивающих нагрев, температура поверхности нагревательного элемента, достигает величины 250°С, при этом на  поверхности начинается процесс горения органических частиц и пыли, что приводит к "выгоранию" кислорода и выделению в окружающую среду продуктов сгорания органических веществ. Это приводит к появлению специфического запаха и снижению влажности

Также известно, что нагрев прямо пропорционален теплоемкости тела и его толщине (Что очевидно, чем тоньше тело и чем меньше его теплоемкость, тем скорее оно нагреется)

Р = КС

Где Р - мощность,  - толщина объекта, С - теплоемкость. Следовательно, при толщине ПЭО равной толщине пленки нагрев будет происходить с максимальной скоростью.

Рассматривая требования, предъявляемые к системам отопления. Остановимся на следующих моментах:

а) Уменьшение градиента температуры между поверхностью нагревателя и нагреваемой средой:

1. «Delonghi» - нагревательные элементы разогреваются до 80-90С

2. «UFO» – нагревательные элементы разогреваются до 150-250С.

3. «ПЭО» - нагревательные элементы разогреваются до 45-55С.

Следовательно при использовании ПЭО полностью упрощается задачауменьшения температурного перепада между поверхностью нагревателя и нагреваемой средой до 20 - 30°С за счет большой поверхности теплообмена;

б) Обеспечение экологически чистого нагрева:

1. «Delonghi» - ощущается  запах перегретого воздуха.

2. «UFO» - выгорание кислорода, пересушенный воздух в его зоне.

3. «ПЭО» – комфортный нагрев, отсутствие сухости.

в) Повышение скорости нагрева, снижение удельных расходов электроэнергии и, соответственно, стоимости нагрева:

1. «Delonghi» - высокая инерционность.

2. «UFO» - сильный разогрев нагревателя, зональный прогрев помещения.

3. «ПЭО» - высокая скорость нагрева из-за тонкого нагревателя, низкая инерционность.

г)  Снижение массогабаритных характеристик нагревательных устройств:

1. «Delonghi» - размер 80см55см12см.

2. «UFO» - размер 40см25см15см

3. «ПЭО» - крепится на потолке лавсановая пленка толщиной 0,25мм.

д) КПД преобразования энергоресурсов в тепло:

1. «Delonghi» - предварительно прогревается масло, что снижает КПД до   85%

2. «UFO» - КПД 95%.  

3. «ПЭО» - КПД 95%.  

е)  Отсутствие тепловых потерь в распределительных устройствах:

Для  всех приборов тепловые потери незначительные

.

д)  Надежность и срок использования:

1. «Delonghi» - надежность высокая.

2. «UFO» - есть вероятность перегорания спирали.

3. «ПЭО» - высокая надежность и длительный срок использования без дополнительного обслуживания

.

ж) Управление и регулирование нагрева:

1. «Delonghi» - регулируемый нагрев.

2. «UFO» - два положения регулировки. Зависимости от потребности.

3. «ПЭО» - преобразование электроэнергии в тепло автоматически регулируется в зависимости от температуры внешней среды, что обеспечивает условия теплового комфорта.

Также при использовании ПЭО заметно проявляются такие положительные моменты:

а) Используется «сухое» тепло, поэтому нет необходимости в водоподготовке и нет опасности размораживания системы отопления.

б) При использовании ПЭО все тепло непосредственно генерируется в помещении, которое необходимо обогревать и не теряется при его транспортировке по теплотрассам, что всегда наблюдается при использовании газовых и водяных систем отопления. Как известно затраты на транспортировку тепла по трассам в соответствии с нормативами составляют 25-35% от общих энергозатрат на отопление. Следовательно, такое количество энергоресурсов экономится автоматически.

в) Исчезает необходимость использовать склады для топлива и продуктов горения, золы, шлак и тому подобное (освобождение площадей).

г) Отсутствует загрязнение окружающей среды.

д) Отсутствует угроза отравления продуктами горения.

е) Оплата только за потребленную электроэнергию.

з) Простота монтажа (без сварки и труб) позволяет устанавливать ПЭО в существующих помещениях.

ж) Использование программируемых электронных терморегуляторов позволяет задавать режим отопления на сутки, на  неделю и управлять отоплением даже в отсутствие, что особенно удобно при отоплении загородных домов и офисов.

е) Точного поддержания заданных температур в отапливаемых помещениях.

Последнее преимущество является существенным для нормального функционирования человеческого организма. В соответствии с экспериментальными данными (данное утверждение зафиксировано в ГОСТах), каждый градус «перегрева» увеличивает потребление энергии на 5%. На основании медицинских исследований человек ощущает «перегрев» лишь после превышения комфортной температуры на 3-4 градуса. Обычно для уменьшения температуры проводят проветривание, т.е. попросту выбрасывают тепло в атмосферу. А системы отопления с ПЭО при помощи комнатных термостатов позволяют с точностью до градуса поддерживать заданный тепловой режим в помещении. Отсюда следует, что системы ПЭО позволяют экономить еще добавочно 15-20% энергии.

Кроме этого  у потребителя появляется возможность уменьшать энергопотребление в часы и дни, когда помещение не используется (в нерабочее время в организациях, магазинах и т.д., во время отпуска хозяев коттеджей и т.п.). Как показала практика (использование регулируемых аналогичных систем ПЭО в Финляндии , Норвегии) дневная температура в жилых помещениях в случае отсутствия жильцов может находится в пределах 8-11С. При данной температуре не происходит выхолаживания жилья, отсутствует образование сырости и происходит значительная экономия энергоресурсов. При необходимости, всегда есть возможность восстановить комфортную температуру в течение 20-30 минут. Для этого достаточно установить требуемую температуру на комнатном термостате.

НЕДОСТАТКТИ

К недостаткам системы обогревания ПЭО следует отнести то, что:

1. Система не совмещается с уже существующими системами обогрева.

2. Проверка работоспособности нагрева ПЭО проводилась не более 10 лет. (Разработка проверялась и использовалась на протяжении 12 лет в европейских странах северного региона)

3. Необходимость привлечения специалистов при подключении.