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1、什么是红外辐射取暖器?

A、什么是红外辐射?

我们知道电磁波按照波长可分为宇宙射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波。到达我们地球上的太阳光则主要由紫外线,可见光和红外线组成,见下图。阳光中真正能为我们提供热量的则主要是红外线,它的波长为0.7-400微米,通常我们把它称为红外辐射。



与可见光相比,红外辐射具有与可见光不同的两个特性:一是红外辐射与热能的传递有关, 有着明显的热效应。入射的红外辐射被物体吸收, 表现为物体温度升高。二是红外辐射与物质分子的热运动有着内在的联系。 能吸收红外辐射的物体也能发射红外辐射, 几乎所有物体 (包括人体), 都在不断地发射红外辐射, 同时也在不断地吸收红外辐射。


B、红外辐射取暧器是如何工作的?

红外辐射取暖器分为高强度红外辐射取暖器和低强度红外辐射取暖器。这两种加热器的主要差别在于高强度红外辐射取暖器辐射表面温度高,辐射出来的红外线波长较短,而低强度红外辐射取暖器辐射表面温度低,辐射出来的红外线波长较长,见下图。我们这里主要涉及低强度红外辐射取暖器,下面我们便把这种低强度红外辐射取暖器简称为红外辐射取暖器。

低強度红外辐射取暖器主要由二部分组成:燃烧系统和辐射系统。第一部分燃烧系统,由燃烧仪器箱和风机组成。它们把天然气或液化石油气(丙烷或丁烷) 与空气混合,并在燃烧仪器箱后的燃烧辐射管以及辐射管和风机辐射管中发生燃烧,产生火焰和燃烧后的高温气体在辐射管内流动并经风机排出取暖器,最后经尾烟管道排出。这里要说明的是有些公司生产的红外取暖器的燃烧过程始于燃烧仪器箱内,另外风机也可置于燃烧仪器箱内。


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辐射系统由燃烧辐射管、辐射管和风机辐射管及反射器组成,这些辐射管里的火焰和燃烧后的高温气体可能把辐射管加热到最高温度为室温加572度C,加热后的辐射管向四周辐射红外线,并经反射器射向所需加热的地面。空气对红外线的吸收极少,因而红外辐射取暖器会把它下面的地板、物件和人加热,然后地板经热传导和热对流把它上面的空气,以至整个建筑物加热。


2、红外辐射取暧器的优点


A.  红外取暖器避免空气分层,节省能量。


上左图示出了通常使用的热空气加热设备。燃料(燃气)进入加热器后,与空气混合,进行燃烧,燃烧后的产物经过交换器把热交换器加热后,再经烟道排到室外。与此同时冷空气进入热空气加热设备,经热交换器时吸收了热量后,变成热空气进入室内,加热了室内空气,再把室内的人和物体加热。这种加热方法由于热空气上升会使屋顶的空气温度远高于地面附近的温度,形成空气分层,如下左图所示。

红外辐射取暖器工作的过程恰好相反,如上右图所示,它先加热地板和人或地面上的物体,然后由地板或其附近的物体和人再加热地面附近的空气,这样使室内的人和物得加热。这种加热方法会使屋顶的空气温度往往低于地面附近的温度,如下右图所示。


因此在消耗同样能量的情况下,红外取暖器会在地面附近为用戶提供较高的温度,也就是说对同样的地面附近的空气温度要求,红外取暖器消耗的能量比热空气加热器少。





B.  红外取暖器提高了辐射温度,节省能量

人类从长期的实践发现,我们感知的温度,不仅与我的接触的空气温度有关,而且与我们周围的辐射温度有关。

几年前在欧洲完成的一个很有名的实验说明了这一事实。他们建造了一个类似于下图中的房间,并使房间内的空气温度逐步下降,但不断增加由电加热引起的墙壁、地板和天花板的温度,即室内参加会议的人们感受到的辐射温度,并使室内空气温度和人们感受到的辐射温度的平的值不变。室内参加会议的人们一直没有发现任何不适,直到他们看到他们的呼出的气体出现白的水汽时,才知道他们周围空气温度已经降低了。



我们日常的经验告诉我们, 在冰雪覆的大地上,只要阳光充裕,人们照样会感到很温暖。毎个人都有这样的经验。

长期的研究告诉我们,人们所感受到的温度是空气温度和辐射温度的平均值。上面的实验我们的经验都证实了这一点。我们把空气温度和辐射温度的平均值称为操作温度。例如我们在环境为12oC,辐射温度也为24oC的感觉应与我们在环境为18oC,辐射温度也为18oC下的相同。

在红外辐射取暖的情况下,辐射温度很高,所以我们无需把空气加热到与热空气加热器所要求的那样高的温度。所以,红外辐射的经典着作 Sir William Herschel Infrared Handbook 推荐使用美国暖通协会(ASHRAE)1963年基础卷25章的方法给出的建筑物热损失的80-85%来计算红外辐射取暖器加热该建筑物所需的功率。这个方法的正确性已为五十多年的实践所证实。

对于一般的热空加热器,由于它会引起热空气上升,即空气分层,所以热空气加热器加热一个建筑物所需热量为美国暖通协会(ASHRAE)1963年基础卷25章的方法给出的建筑物热损失的125%, 所以红外辐射取暖器加热一个建筑物所需的能量要比用热空加热器节省约35%。


3、红外辐射取暧器能加热有高大空间的建筑物


高大空间的建筑物如机械车间、修飞机的飞机库、仓库、养鸡场、暖房、体育中心、和大型商业中心等。利用暖空气加热器来加热,有时会遇到不可逾越的困难,当从墙壁附近出来的热空气到达建筑物中心时,热空气已离开地面升到屋顶去了。只有经过很长时间才能把这种建筑物加热到所需的温度。红外辐射取暖器可以相当顺利地克服这些困难,从而节省大量的能源。在我们所述的情况下其节省的能量远比热空气取暖器消耗能量的35%为高。在这些情况下,我们的基本结论是热空气加热器几乎难以取得良好的加热效果,而红外加热则可能是唯一可靠的加热方法。



4、红外辐射取暖器的使用场合


红外辐射取暖器已在国内外工业和商业建筑中得到广泛大量的应用。 不仅上述的红外辐射取暧器能有用武之地的有高大空间的建筑物如机械车间、修飞机的飞机库、仓库、养鸡场、暖房、体育中心、和大型商业中心等得到了应用,而且普及到许多小型的机械车间、超市的入口,洗车房、汽车火车和船舶的装卸台、北方的汽车修理车间。可以说红外辐射取暖器在这方面的应用方兴未艾。