Инфракрасный теплый пол: основные сведения

Статьи >> Раздел. Теплый пол

Об инфракрасной системе обогрева вкратце упоминалось в одной из статей.

В данном материале мы рассмотрим инфракрасный обогрев пола подробнее.

Материал будет состоять предположительно из двух статей: общие сведения о системе и, собственно, монтаж инфракрасного теплого пола.

Система инфракрасного обогрева отличается от кабельных систем обогрева, прежде всего конструкцией нагревательных элементов — это специальная термопленка толщиной 0,3-0,4 мм.

Данный фактор предполагает наличие (как минимум) других условий монтажа.


В то же время принцип работы остается во всех случаях тем же самым — преобразование электрической энергии в энергию тепловую. Меняется здесь только способ передачи тепла. но об этом чуть позже.

Сразу стоит сказать, что выражение "инфракрасный теплый пол" — не единственное словосочетание, относящееся к определенной системе обогрева. Есть и другие названия, которые могут слегка запутать и натолкнуть на мысль о существовании систем обогрева, работающих по какому-то другому принципу.

Таковы, например, выражения: пленочный теплый пол, пленочный обогреватель, мобильный теплый пол, ИК теплый пол, ПЛЭН (пленочный электронагреватель) или даже сухой теплый пол.

Все эти выражения наравне с первым относятся к системе инфракрасного обогрева и означают, по сути, одно и то же.

Работа нагревательной пленки

Ключевым моментом здесь является инфракрасное излучение, испускаемое нагревательными элементами при прохождении через них электрического тока.

Для чего вообще была нужна затея с инфракрасными лучами?

Считается, что отопление (или обогрев) инфракрасным излучением является самым продвинутым вариантом. По замыслу разработчиков нагревательных пленок испускаемое ими инфракрасное излучение должно значительно уменьшать время на нагрев, и как следствие, приводить к снижению потребления электроэнергии.

Теоретически это выглядит вполне правдоподобно. По крайней мере, относительно подогрева полов.

Если же говорить о других способах отопления, к примеру, о потолочном отоплении с применением ПЛЭН, то здесь ситуация совершенно другая, и вопросов намного больше.

О потолочном отоплении поговорим позже, а сейчас о полах.

Вырабатываемое термопленкой ик-излучение попадает на уложенное напольное покрытие и поглощается им. При этом происходит преобразование инфракрасных волн в тепловую энергию, вызывая локальный нагрев напольного покрытия. Ну а дальше накопленное тепло начинает передаваться в окружающий воздух конвективным способом.

Казалось бы, зачем городить огород, если есть нагревательные кабели (маты)? Технология проверенная, рабочая и смысл тот же самый — получить тепло из электричества.

Не знаю как вы, дорогие читатели, а лично я думаю, что основной целью создания данного продукта было банальное проталкивание на рынок новой технологии.

На самом деле вопросов по ИК-обогреву больше, чем ответов. А задавать вопросы нас вынуждает сладчайшая реклама, которая с серьезным видом заставляет людей сначала "что-то" покупать, а затем думать для чего "все это" покупалось.

Если вынести за скобки все разговоры о чудодейственных свойствах инфракрасного излучения, то основным отличием между ИК-обогревом и обогревом при помощи кабельных систем будет только способ теплопередачи.

Тепловая энергия: способы передачи

Тепло может передаваться тремя способами и только от нагретого тела (или части тела) к холодному.

Способы теплопередачи:

  1. Конвекция (движение) — передача тепла потоком или струей от нагретого тела к холодному через промежуточную среду (например, жидкость или воздух)
  2. Теплопроводность (теплоперенос) — передача тепла посредством движения элементарных частиц (молекулы, атомы) между соприкасающимися телами или в пределах одного тела — от более нагретой его части к менее нагретой. Можно сказать, что это аналог проводимости в электрической цепи.
  3. Излучение — передача тепла посредством теплового (инфракрасного) излучения, т.е. посредством электромагнитных волн.

Все остальные существующие разновидности передачи тепла являются сочетанием трех вышеназванных способов.

Знание способов теплопередачи является важным фактором, позволяющим понять смысл работы инфракрасной системы "теплый пол".

В кабельных системах "теплый пол" теплопередача происходит посредством теплопроводности (теплопереноса) — от нагревательного кабеля к стяжке, а далее — к напольному покрытию.

Причем в передаче тепла от стяжки к напольному покрытию могут принимать участие также конвекция и теплоперенос.

В инфракрасных "теплых полах" тепло теоретически должно передаваться, главным образом, излучением.

И если это так, то теплопередачу излучением можно было бы назвать преимуществом ИК-обогрева перед кабельными системами, поскольку скорость нагрева здесь (по идее) должна быть выше, а энергопотребление соответственно меньше.

На практике все не так складно, как "поют" производители.

Дело в том, что рабочая температура ИК-пленки для пола составляет 30-35 градусов: при такой температуре интенсивность ИК-излучения очень мала. Плюс ко всему, между пленкой и напольным покрытием есть как участки с непосредственным контактом, так и участки с воздушным промежутком.

Это позволяет сделать вывод о том, что в инфракрасных "теплых полах" большая часть энергии передается конвекцией и теплопереносом и лишь небольшая ее часть — излучением. То есть, фактически также, как и в кабельных системах.

Несомненно, термопленка нагревается довольно быстро, но на энергопотребление, помимо скорости нагрева, оказывает влияние множество других факторов. Нагревательный мат и "инфракрасная" пленка с одинаковой мощностью (к примеру, 200 Вт/м 2 ) будут потреблять одинаковое количество электроэнергии.

Поэтому здесь главным является время, в течение которого "теплый пол" находится во включенном состоянии (под напряжением). Чем больше это время, тем больше в конечном счете энергопотребление.

Что заставляет "теплый пол" работать дольше?

Да много чего. Для ИК-пола это, в первую очередь, недостаточная (например, тонкая) теплоизоляция, которая отделяет холодную зону (основание пола) от нагревательной пленки и через которую происходят основные потери тепла.

Подробнее о теплоизоляции в следующем материале.

Говоря об инфракрасных полах хочется сказать, что данное выражение является, мягко говоря, некорректным.

С большой долей вероятности можно утверждать, что на самом деле нет никакого инфракрасного пола (а также инфракрасного отопления и инфракрасной пленки), есть только инфракрасное излучение .

Кабельные системы подогрева полов тоже являются источником тепловой энергии, однако никто их почему-то не называет "инфракрасными".

Поэтому более подходящим названием (по отношению к нагревательным пленкам) можно считать выражение пленочный теплый пол. Это не идеально, конечно, зато не режет слух.

Если же говорить о настоящих инфракрасных нагревателях, применяемых в медицине или в лечебных саунах, то такие нагреватели реально существуют.

У них совершенно другие параметры (рабочая температура, материал изготовления), другой круг задач, причем отопление помещений в этот круг не входит.

Инфракрасный обогрев: рекламная патетика

Если бы обогрев ИК-излучением рассматривался просто как другой, возможно, более лучший способ передачи тепла, то все разговоры о нем и о нагревательных пленках ограничились бы обсуждением таких спорных вопросов, как:

  • Быстрый нагрев
  • Весьма малая толщина нагревательной пленки (0,3-0,5 мм)
  • Мобильность, т.е. возможность демонтажа пленки и размещения ее в другом месте. Причем местом размещение может быть не только пол, но и стены, потолок и наклонные поверхности.

Однако фирмы-производители термопленок пошли дальше и ввели в широкий оборот совершенно непонятную, весьма спекулятивную, но при этом обладающую определенной магией сказку о длине волны инфракрасного излучения.

Так, производители утверждают, что система "инфракрасный теплый пол" не имеет недостатков и обладает исключительно лишь одними достоинствами. Бесконечный список таких достоинств можно найти на любом "впаривающим" сайте.

Дальше — больше.

Оказывается, что испускаемое нагревательными пленками излучение является "родным" (и даже лечебным) для человека и в поэтическом угаре называется то "комнатным солнцем", то "лучами жизни".

При этом никто не говорит о том, что инфракрасное излучение — это только способ передачи тепла в пространстве из точки А в точку Б, а лечебными свойствами обладает исключительно само тепло .

К примеру, длина волны инфракрасного излучения, испускаемого низкотемпературными нагревательными пленками, лежит в диапазоне 5-14 мкм. Излучение с такой длиной волны называется длинноволновым излучением.

Тепловое излучение испускает также и человек — при температуре тела 36,6 градусов это излучение будет иметь длину волны около 9,5 мкм.

По видимому, нахождение в одном спектре (от 5 до 14 мкм) излучения "теплых полов" и излучения человека и явилось поводом говорить о некоем "родстве" материй. Родство же (по заверениям производителей) заключается в том, что человеческий организм каким-то немыслимым образом определяет излучение такой длины волны как "свое" и интенсивно его поглощает.

Между тем, длинноволновое излучение не обладает никаким терапевтическим эффектом и не способно прогреть человека.

Такими свойствами обладает коротковолновое излучение с длиной волны 0,74-1,5 мкм и глубиной проникновения в тело человека до 4 см. Источником такого излучения можно считать керамические инфракрасные нагреватели с рабочей температурой нагревательных элементов 240-300 градусов.

Вернемся к "поглощению".

Длинноволновое излучение от нагревательных пленок поглощается верхними слоями кожи, вызывая лишь незначительный нагрев. При этом (учитывая очень слабый поток излучения) для достижения такого эффекта нужно находиться в непосредственной близости от термопленки (менее 10 см), что труднодостижимо.

Если же вспомнить о том, что тепло передается только от нагретого тела к холодному, то патетика о поглощении человеком длинноволнового излучения от нагревательных пленок превращается в очередную сказку.

Все просто: если излучение нагревательной пленки и излучение человека лежат в одной области инфракрасного спектра, то это означает приблизительное равенство температур.

Спрашивается, что и кому здесь может что-то передать, с тем, чтобы кто-то смог это "поглотить"?

Или:

Могут ли два здоровых человека с одинаковой температурой тела +36,6 друг друга согреть?

Хорошо еще, что человека не называют самым лучшим из всех нагревателей!

Но самое страшное это то, что накрыв пленку напольным покрытием все разговоры о пользе инфракрасного излучения от "теплых полов" можно смело закрывать.

Половое покрытие будет работать, грубо говоря, как экран, задерживая и поглощая тепловое излучение. Нагреваясь, покрытие будет отдавать тепло в окружающий воздух обычной конвекцией и лишь в малой степени — излучением.

Правда, существует еще версия о "вторичном излучении".

Согласно этой байке, нагретое первичным излучением (термопленкой) покрытие также начинает испускать инфракрасные волны, т.е. прогревать все вокруг вторичным излучением.

Отчасти это верно: нагретую поверхность пола можно считать источником инфракрасного излучения. Однако какова при этом интенсивность (мощность) излучения, его направление и длина волны — это вопросы не из легких.

Не ответив на них глупо что-либо утверждать.

Некоторые данные по инфракрасному излучению

Как известно, инфракрасное излучение входит в состав солнечной энергии и находится на инфракрасном участке спектра с длиной волны от 0,74 до 1000 мкм.

ИК-излучение, которое мы получаем от Солнца, не только полезно, но и необходимо.

При этом, наибольшую ценность представляет излучение в диапазоне от 0,74 до 3 мкм.

Такой диапазон носит название окна терапевтической прозрачности

По биологическому воздействию ик-излучение разбито на три участка:

  • Коротковолновое излучение — 0,74-1,4 мкм
  • Средневолновое излучение — 1,4-3 мкм
  • Длинноволновое излучение — от 3 мкм и выше.

Наибольшей активностью и глубиной проникновения в тело человека обладает излучение с длиной волны 0,74-1,5 мкм. Чуть меньшей активностью обладает средневолновое излучение (до 3 мкм).

Именно излучение с таким диапазоном (0,74-3 мкм) обладает терапевтическими свойствами, поскольку способно доставить тепло на большую глубину (до 4 см).

Про воздух и излучение.

Принято считать, что воздух для ИК-излучения прозрачен.

Однако прохождение инфракрасных волн через воздух всегда сопровождается потерями. Входящие в состав воздуха азот и кислород рассеивают инфракрасные лучи, а молекулы воды и углекислого газа в разной степени их поглощают.

В этой связи очень сомнительным мероприятием выглядит устройство отопления на потолке. Особенно потешно звучит утверждение разработчиков о том, что ИК-излучение с высоты потолка 2,5-3 м (через потолочное покрытие!) якобы нагревает поверхность пола и другие предметы.

Подробности этой истории чуть позже.

Про температуру и нагреватели.

Как уже было сказано, с ростом температуры увеличивается и мощность (интенсивность) излучения.

Параллельно с увеличением интенсивности излучения также происходит расширение спектра инфракрасной области в сторону коротких волн, вплоть до области видимого света. При этом длинные волны никуда не деваются и никуда не сдвигаются.

Например, нагреватель при температуре +30 градусов испускает излучение с длиной волны 9,5 мкм. При повышении температуры нагревателя до +55 градусов спектр излучения сдвинется (расширится) в область коротких волн — грубо говоря, до 8,7 мкм.

Однако излучение 9,5 мкм (а также 9,4, 9,3, 9,2 и т.д.) никуда не пропадает, поскольку нагретые твердые тела имеют непрерывный спектр. При дальнейшем росте температуры будет расширяться и спектр излучения с появлением в спектре более коротких волн.

К примеру, тело, нагретое свыше 1000 градусов, будет иметь в спектре не только полную инфракрасную область и область видимого света, но и область с ультрафиолетовым излучением.

Отсюда можно сделать вывод о том, что нагреватели излучают в очень широком диапазоне волн. Поэтому нет никакого смысла забивать себе голову излучением с какой-то определенной длиной волны.

О нагревательной пленке

Вернемся к нашим полам.

Рабочим элементом системы пленочный "теплый пол" является специальная тонкая пленка толщиной 0,3-0,4 мм.

Термопленка — это два тонких листа специального пластика (полиэстер, лавсан), между ними расположены нагревательные элементы (проводники) в виде полос, либо в виде сплошного покрытия.

Состав нагревательной пленки

Нагревательные элементы соединены параллельно с двух краев ленты токоведущими медными шинами по всей длине.

Каждый нагревательный элемент — это, в сущности, резистор, рассчитанный на напряжение 220 В.

Фрагмент термопленки и ее «электрический» аналог

При выходе из строя любого из резисторов (перегорание или потеря контакта с шиной) пленка продолжает работать, поскольку элементы соединены параллельно.

В готовом виде вся конструкция представляет собой ленту (полотно), которая упакована рулоны со стандартными значениями длины и ширины.

Материал проводников может быть различным — это и карбоновая паста, и натуральное графитовое напыление, а также специальный высокоомный металл, который применяется для изготовления ПЛЭН.

Преимущества пленки:

  • Малая толщина и отсутствие стяжки — это позволяет сэкономить на толщине пола
  • Быстрый нагрев пола. Такая возможность существует благодаря довольно быстрому нагреву самой пленки. Не последнюю роль при этом играет непосредственная укладка напольного покрытия на пленку без промежуточного теплоносителя, например, стяжки или плиточного клея. Отсутствие стяжек к тому же позволяет включать пленочный пол в сеть сразу после монтажа.
  • Возможность демонтажа и последующего размещения в другом месте.

На этом преимущества нагревательной пленки заканчиваются.

Здесь можно было бы сказать о якобы простом монтаже пленочного пола, однако это неправда.

Дело в том, что при монтаже пленки ее приходится разрезать на части, а затем выполнять электрические соединения всех фрагментов. Таких соединений может оказаться приличное количество. Причем все они должны быть выполнены максимально безупречно.

Именно возня с расключением делает монтаж пленочного пола далеко не таким простым делом, каким его пытаются нам преподнести производители и ушлые продавцы.

С уверенностью могу сказать, что наличие большого числа соединений — это один из самых больших недостатков пленочных полов.

Еще про пленку

Другим недостатком я бы назвал отсутствие всяких гарантий качества изготовления, как самой основы пленки, так и внутренних соединений между питающими шинами и нагревательными элементами.

Такая причина вызвана, в основном, желанием сэкономить. Например, материалом для изготовления основы служит специальный электротехнический полиэстер толщиной 180-190 микрон (0,18-0,19 мм).

Где сэкономить?

Ну, конечно же, на толщине! Почему бы не снизить это значение, скажем, до 160-150 микрон? Да легко!

Другая бяка — материал изготовления.

Вместо полиэстера на его месте вполне может оказаться какой-нибудь вторичный пластик, который расслаивается и ломается даже при некритичных углах изгиба.

Контактные соединения нагревательной пленки.

Токоведущие медные шины объединяют нагревательные элементы с двух сторон и подают на них питающее напряжение. Место контакта шины и нагревательного элемента — достаточно слабое звено нагревательных пленок. Здесь ничего не опаяешь и не приваришь — только механический контакт, причем не сплошной, а по микровыступам частиц графита или волокон карбона.

Все это наводит на печальные мысли.

Например, присутствие "горячей" (нагревательные элементы) и "холодной" (медная шина) зон могут вызывать искрообразование и порчу пленки. Данную ситуацию дополнительно может ухудшить желание производителей сэкономить на ширине и толщине токоведущей шины, а также наличие воздуха между листами пленки, который вызывает окисление поверхности шины.

Такую проблему теоретически решает применение серебряной пасты для соединения шины с нагревательными элементами, а также более продвинутый вариант — антиискровая сетка из серебра.

Способы соединения шины с нагревательными элементами

Смысл такой сетки — отделить медную шину от нагревательных элементов с тем, чтобы контакт с нагревательными элементами был выполнен через более "надежное" чем медь серебро.

Все бы хорошо, однако в дешевой (считай, контрафактной) продукции вместо серебряной пасты запросто может оказаться токопроводящий клей с сомнительными свойствами, а в антиискровой сетке вместо серебра — никель.

А самое печальное, что практически ничего здесь самому проверить не получится. Ну, разве что только толщину пленки.

Уровень электромагнитного излучения

У меня нет данных по уровню ЭМИ, производимого пленочными "теплыми полами".

Могу только предположить, что оно выше, чем это явствует из высокопарных заявлений разработчиков.

Судите сами: в нагревательной пленке нет экрана, и заземляющий проводник здесь не нужен — вы попросту никуда его не подключите. Отсутствие экрана говорит о том, что уровень ЭМИ, на самом деле, может оказаться повышенным.

Что говорят на этот счет разработчики и "впариватели" пленок?

Ну, приблизительно так: поскольку токопроводящие элементы расположены близко друг к другу происходит взаимная компенсация излучения, поэтому общий фон ЭМИ очень близок к нулю .

Но позвольте, пленка – не витая пара! Там такое заявление выглядит уместным и не вызывает улыбки.

И потом, не насколько уж близко отстоят друг от друга токопроводящие проводники, а самое главное, не таков характер прохождения тока в нагревательной пленке, чтобы говорить о какой-то там компенсации.

Вот если бы токопроводящие элементы были подключены в противофазе (через один), тогда можно было бы рискнуть и заговорить о компенсации излучения в определенной степени (не до нуля, разумеется).

К сожалению, это трудно сделать технически. Ну а для нагревательных пленок со сплошным токопроводящим слоем такая теория по понятным причинам вообще не подходит.

На этом пока все. В продолжение "инфракрасной" темы будет подготовлен небольшой материал о потолочном отоплении.

Дата публикации: 27.08.2014 | Sign: > 1903

По материалам сайта: http://elektroprovodnik.ru