红外线辐射采暖原理及特点

作者：邬艳华　张红霞

来源：《中小企业管理与科技·学术版 》2008年第06期

        摘要：燃气红外线辐射采暖技术是一种低强度远红外辐射采暖技术，以其均匀舒适的供暖性能、高效节能的运转方式、保护环境和安装方便的优良特性在大空间建筑采暖方面备受青睐。本文对这种技术的原理进行了简要的介绍，同时还分析了这种采暖方式的特性，应结合各小区实际情况进行选择。

        关键词：红外线 辐射 采暖 原理 特点

        我国的天然气资源非常丰富，随着国家能源战略的转移和勘探开采技术的不断发展，近年来在我国西部探明并成功开发了一批优质天然气田，现已形成塔里木、柴达木、陕甘宁和川渝4个国家级的天然气田，已经具备了天然气产业发展的基础和条件。据悉，天然气作为一种清洁高效的能源和优质化工原料，在全世界能源结构中所占的比例已达24％，而在我国，目前天然气在能源结构中所占的比例只有2.2％。据中国石油天然气集团公司副总经理郑虎在2000中国国际石油天然气会议新闻发布会上透露，我国已将天然气开发和利用作为21世纪初能源结构优化和石油工业产业升级的重点，争取用十年左右的时间，使天然气在中国能源消费结构中的比重由目前的2.2％提高到8％左右，随着塔里木全国最大的天然气田的诞生及西气东输工程的实施，连同开发海上石油天然气和利用国外天然气在内，到2010年将有望实现这个目标。勿庸置疑，在国家大力发展天然气工业的形势下，天然气作为清洁能源在工业生产和国民生活的能源消费中所占比例将越来越大。在这种情况下，如何响应国家，更好地推广天然气在暖通空调业的应用的问题，是摆在业内人士尤其是暖通空调设备制造厂家、销售商家和设计人员面前的一个课题。 

        一、红外线辐射采暖原理 

        燃气红外线辐射采暖系统由一个或多个的真空系统组成。每个真空系统包括一台真空泵、控制系统、一定数量的发生器和热交换器。系统的热交换器由100mm直径的钢管连接而成的管路及覆盖在其上方的高效铝合金反射板构成，如图1所示。 

        该系统采用天燃气、液化石油气或煤气等气体作热源，经发生器燃烧后，加热发生器中的空气，借助于离心风机或真空泵的作用，将加热后空气及燃烧后的产物输送到辐射管内，加热辐射管至一定温度，辐射管产生远红外线，向外传递热量。该系统是根据太阳加热地球表面的原理设计制造的，太阳向地球供给能量的电磁波谱分析结论显示：波长10-8微米（μ）以下的为宇宙射线，波长在5×108μ以上的为声能电波，热能辐射波的波长范围主要在2-10μ之间。该系统能模拟太阳产生出只对被辐射物加热而对传导介质（空气）不加热的那一段热能辐射波（波长2-12μ）。所以该系统的直接供暖对象不是采暖空间中的空气，而是取暖目的物：空间内的工作人员、设备工具等。这些取暖目的物按照其自身的物理化学结构特点吸收并储存接收的热能，然后通过其接触空气的表面向采暖空间内的空气传递热量，从而较好地解决了一直困绕暖通技术界的各种军事、民用库房等高大空间采暖的难题。 

        红外线辐射采暖类似于太阳辐射，红外线是整个电磁波段中的一部分。不同波长的电磁波，接触到物体后，将产生不同的效应。波长等于0.76—1000um之间的电磁波，尤其是波长在0.76—40um范围内，具有非色散性，因而能量集中，热效应显著，即红外线。太阳加热地球表面与暖气片加热不同，它不需要加热大气，而是靠太阳光直接将热量辐射到地球表面上。通过红外线辐射，对辐射到的区域进行直接加热，辐射热量能被混凝土地板、人和各种物体所吸收，并通过这些物体进行二次辐射，从而加热四周的其它物体。不仅如此，红外线还能够穿过物体或人体表面层一定的深度，从而从内部对物体或人体进行加热，这种系统也称为“人工太阳供暖系统”。燃气红外线辐射供暖的辐射强度高、效果好。在辐射供暖的环境中，围护结构、地面和环境中的设备表面有较高的温度，所以人体有较好的舒适感，此时人的实感温度高于周围环境的空气温度。所以说体现了舒适。红外线辐射采暖，房间底层温度高，工作环境温暖舒适，上层温度低，因此其热利用率更高。 

        二、燃气红外线辐射采暖的优点 

        1、节约能源可达30-60%，大大降低运行成本。 

        2、辐射采暖时建筑热损失较对流采暖时低，主要有几方面的原因：

        第一，由于辐射采暖时，辐射热直接照射采暖对象，几乎不加热环境中的空气，因此辐射采暖时的空气温度比相同卫生条件下对流采暖时的空气温度低，一般可以低2-5℃，因此室内外温差小，所以冷风渗透量也较小；

        第二，由于对流采暖时，室内空气被加热，并形成冷热空气的对流，因此室内空气温度有较大的梯度，屋顶部分温度高，地面附近温度低，一般对流采暖温度梯度约为0.5-1.0℃/米，而辐射采暖时，辐射热直接向下辐射，地面部分还可以积蓄部分热量，因此室内空气温度梯度小，相应建筑物上部的热损失也较小； 

        第三，燃气在输送过程中没有什么损失，同时辐射器的燃烧又非常完全，因此整个采暖系统的热量得以充分利用。而传统方式暖气片采暖系统，热源从锅炉引出后，沿途有10-15%的热损失，所以热效率较低。

        3、红外线加热有益健康，舒适感更好。 

        4、燃气红外线辐射器的辐射温度高达800-1400oC，所以辐射强度高、效果好。在辐射采暖的环境中，围护结构、地面和环境中的设备表面，有较高的温度，所以人体有较好的舒适感，此时人的实感温度高于环境的空气温度。

        5、热效应快，冷却缓慢。 

        6、由于辐射采暖利用红外线传热，而红外线与可见光一样都是电磁波的一部分，都以光速传播，所以辐射面一经达到一定温度后，既可供热并解除人体或设备的冷感觉。在采暖期间，四周的围护结构，地面以及室内设备，均吸收辐射热量，并蓄存一部分热量，当辐射采暖停止后，这些积蓄热量，开始向环境散热，因此还可以保持一定的热环境。所以辐射采暖起动特别迅速，而冷却却较缓慢，特别适用于间歇式采暖的地方，如仓库、会场、体育场馆、集体食堂、剧院等。

        7、对建筑物围护结构的保温条件要求不高。 

        8、可以对高大空间、半开放式空间进行加热，甚至可以在室外进行采暖这是对流采暖无法做到的。

        9、热量传播有很强的方向性。

        10、可以根据不同的需要，灵活地布置，可以进行全面采暖，也可以在一个很大的空间内，在局部区域进行采暖。

        11、可以根据使用供暖时间随时起停。 

        12、传统暖气片供热只能在供暖季内一直运行，一旦停止供暖，水暖系统中的管线设备则有可能被冻裂。

        13、没有锅炉房，不占用建筑物的使用面积。 

        辐射装置一般均安装在建筑物采暖空间的上部，所以很少占用或不占建筑使用面积，节约了宝贵的建筑用地。

        14、一次投资低。

        只需在燃气管网上接管，并在系统入口安装调压稳压设备，不用安装供热锅炉及其他附属设备（水处理设备、除氧设备等），没有供暖水循环系统，一次投资大大降低。 

        15、移动、安装方便 

        燃气红外线辐射器体形小巧轻便。

        可以用软管连接，拆装都很方便，移动也很灵活。如果使用液化石油气为气源，则整个采暖系统可以很方便地移动。 

        燃气红外线辐射采暖尤其适用于以下场所：体育场馆、游泳池、礼堂、剧院、食堂、餐厅、工厂车间、仓库、超市、货运站、飞机修理库、车库、洗车房、温室大棚、养殖场等等。