Technologie infrazářičů

Platné je obecné pravidlo udávající, že s rostoucí teplotou infrazářiče roste i sálavý výkon. Nesmíme však také zapomenout na další přímo související parametr plochy topného prvku. Vysokoteplotní tenká trubice s malou plochou tedy nemusí vysálat více topné energie než velkoplošný infrazářič o nižší teplotě, navíc bez viditelného ztrátového spektra. Použití vyšších či nižšších teplot pouze určuje pro jakou oblast použití jsou infrazářiče určené.

Proč jsou tedy v teplotě topných prvků rozdíly?

Jednotlivé oblasti použití infrazářičů požadují rozdílné vlastnosti infrazářičů. Infrazářiče se rozdělují podle typu topného prvku podle kterého mají své charakteristické vlastnosti. S rostoucí teplotou roste intenzita tepla, ale zároveň u quartzových, halogenových a karbonových infrazářičů vzniká parazitní světelné spektrum a vyšší intenzita zpravidla znamená nutnost umístění infrazářiče dále od osob aby bylo vytápění stále komfortní.

"Univerzální řešení pro všechny typy použití neexistuje a proto výrobci nabízejí široké spektrum typů topných prvků"

Infrazářiče se vyrábí zpravidla v těchto typech a parametrech:

Zpravidla jsou v rozmezí 720nm až 1 mm. Rozdělují se na:

Základní rozdělení infrazářičů podle typu topného prvku:

Příklady použití jednotlivých typů infrazářičů podle technologie topné trubice:

1) pro koupelnu kde potřebujete okamžité teplo a intenzivní na menší ploše, jsou vhodné krátkovlnné quartzové infrazářiče.

2) Pro terasy a předzahrádky kde jsou infrazářiče v provozu déle se více hodí halogenové trubice pokud vám nevadí světelné spektrum nebo pro náročnější zákazníky požadující infrazářič bez světelného spektra se více hodí keramické nebo hliníkové topné prvky které umožňují instalaci zářičů do menší vzdálenoti od osob. Zpravidla se u teras používají i infrazářiče s dálkovým ovládáním.

3) Pro průmyslové použití v halách a skladech s vysokými stropy jsou vhodnější infrazářiče s nejvyšší možnou teplotou aby byla zachována požadovaná intenzita tepla i z velké vzdálenosti. Nejčastěji se používají quartzové trubice.

Více o použití jednolivých zářičů naleznete v našem přehledu výhod a nevýhod infrazářičů zde.

1)  krátkovlnné (NIR) – 900 nm až 1400 nm, dosahují teplot kolem 2500°C, quartzové trubice

Quartzové trubice

Tyto typy infrazářičů se již označují jako tzv. Quartzové zářiče. Vyznačují se extrémně kompaktními rozměry o délce těles do cca 50 cm. Nejčastěji se pro quartzové infrazářiče používají quartzové trubice Philips a GE. Konstrukce trubice je výdledkem mnoha let vývoje. Uprostřed je wolframové vlákno (spirála) ohřáté až na 2700 °C, což odpovídá vyzařovacímu maximu kolem 1 mikrometru.

Kolem je čirá trubice z křemenného skla, která zcela propouští blízké infračervené záření.

Trubice obsahuje plynný halogen jod nebo brom který je důležitý pro zachování velmi vysoké životnosti (až 7000 hodin) a sklo je stále transparentní a v průběhu používání je účinnost konstantně nejvyšší.

Přídavek plynného halogenu do vnitřní náplně způsobí, že odpařovaný wolfram reaguje s ním a vytváří halogenid wolframu, který je nad 300 °C plynný a nemůže tedy kondenzovat na vnitřní stěně křemenné trubice.

Při vysoké teplotě těsně kolem wolframového vlákna se halogenid rozkládá zpět na halogen a částice wolframu, které se usazují zpět na wolframové vlákno.

Toto zdokonalení zajišťuje dlouhou životnost zářičů bez ubývání jejich zářivosti (pro porovnání – podobně provedené zářiče ekvivalentní slunečnímu světlu, kde je tento mechanismus již neúčinný, po 1000 hodinách ztrácí svítivost). Na povrchu Philips trubic HeLeN (patentováno) je tenká zlatá vrstva, která změní velkou část viditelného světla na infrazáření.

Tyto infrazářiče produkují také světelnou část spektra a vyznačují se vysokým průnikem tepla do hloubky těla.

Trubice Philips používá převážná většina výrobců pro výrobu svých infrazářičů.

Pro efektivní přenos tepla do požadovaného prostoru jsou za trubicí infrazářiče odrazivé plechy/zrcadla, které odráží veškerou tepelnou energii směrem dopředu před infrazářič. Tvar odrazivého zrcadla určuje směrovou charakteristiku infrazářiče = jakou plochu a s jakou intenzitou z dané vzdálenosti osálá. Infrazářič tak lze buď zaměřit na menší plochu s větší intenzitou a nebo obráceně zvětšit plochu osálání a snížit intenzitu. Výkon trubice je při stejném příkonu téměř totožný. Rozdíly jsou například u trubic LOW GRARE které mají snížený podíl světelného spektra a tím pádem vyšší sálavý výkon v jednotkách procent.

Odrazivá zrcadla jsou zpravidla nastavena na menší úhel sálání maximálně do 90° (ohřejí menší plochu než eliptické středněteplotní infrazářiče) a proto také dosahují vyšších hustot sálavého výkonu na 1 m2 osálané plochy což je vhodné zejména pro prostory kde musíme osoby ohřát s vyšší intenzitou. Abychom zabránili známému efektu horké hlavy a studených nohou, který vzniká zpravidla nevhodným umístěním zářičů v blízkosti hlavy osob.

Quartzové (2200 - 2700 °C)

Quartzové infrazářiče jsou univerzálním typem zářiče, vhodným zejména pro rychlé a krátkodobé použití v prostorách kde nevadí vyšší intenzita světla a kde je menší riziko poškození skleněné trubice. Vysoký podíl vysálaného výkonu předurčuje použití ve venkovních nebo nekrytých prostorách a zpravidla úzké zaměření tepla na plochu se vužívá pro lokální ohřevy osob. Naopak méně vhodné jsou pro bytové účely.

	Okamžité teplo v řádech sekund.		Světelené spekrum je velmi intenzivní
	Velmi intenzivní teplo		Teplo zaměřeno na menší plochu
	Nízká hmotnost		Po vypnutí teplo ihned mizí
	Nejnižší podíl ohřevu vzduchu		Vhodné spíše pro exteriérové použití
	Minimální rozměry		Možnost mechanického poškození trubice
	Úzké zaměření plochy sálání
Vhodné pro:
Koupelny, terasy, garáže, haly, sklady, výstaviště, ohřev lokálních pracovišť, zemědělské objekty, kostely, venkovní prodejní plochy,

2) středněvlnné (CIR) – 1400 nm až 3000 nm, dosahují teplot kolem 1000°C, halogenové, karbonové trubice

Nejčastějším typem infrazářičů jsou trubicové konstrukce s kovovým drátem vyrobeným zpravidla z niklu a chromu tedy materiálu nazývaném Chromel. Drát je stočen do spirály a navinut na keramické jádro nebo je uložen ve skleněné trubici. Novější typy infrazářičů již používají modernější karbonová vlákna ve vakuovaných trubicích. Některé typ trubic infrazářičů umožňují instalaci i vertikálně a využívají se zpravidla u přenosných a samostatně stojících infrazářičů. 

Infrazářiče zpravidla dosahují teplot nad 600°C a topný prvek začíná žhnout a emitovat kromě sálavého tepla i světelné spektrum. Tyto topné prvky sálají kruhovitě po celé ploše a správný úhel sálání infrazářiče zajišťují odrazivá zrcadla. Ta jsou zpravidla nastavena na  větší úhel sálání zpravidla 100-110° (ohřejí menší plochu než nízkoteplotní keramické nebo hliníkové infrazářiče) a proto také dosahují vyšších hustot sálavého výkonu na 1 m2 osálané plochy což je vhodné zejména pro prostory kde musíme osoby ohřát s vyšší intenzitou.

Nižší teploty než u quartzových topných trubic umožňují instalaci infrazářičů do větší blízkosti osob a intenzita světla je také nižší což oceníte nejen u venkovního sezení ale i v domácnosti.

Abychom zabránili známému efektu horké hlavy a studených nohou, který vzniká zpravidla nevhodným umístěním zářičů v blízkosti hlavy osob, dodávají kvalitní výrobci doporučené pozice pro jednotlivé typy infrazářičů tzv. nomogramy.

Karbonové (1000-1200 °C)

Karbonové infrazářiče využívají moderní materiály a trubice má zpravidla větší plochu a nižší teplotou než quartzové zářiče. Odrazivá zrcadala jsou zpravidla více otevřená a dosahují větší plochy sálání při nižší intenzitě tepla a také světla. Karbonové infrazářiče jsou tak často vhodné i pro prostory, kde se delší čas pohybují lidé a kde je světelné spektrum méně rušivé. Konstrukce některých typů zářičů umožňuje i svislé umístění což oceníte zejména u přenosných infrazářičů.

	Okamžité teplo v řádech desítek sekund		Světelené spekrum je středně intenzivní
	Intenzivní teplo		Po vypnutí teplo ihned mizí
	Nízká hmotnost		Možnost mechanického poškození trubice
	Nízký podíl ohřevu vzduchu
	Zpravidla možná svislá i vodorovná instalace
	Vhodné pro exteriérové i ineriérové použití
Vhodné pro:
Koupelny, WC, terasy, garáže, restaurace, předzahrádky, bazény, whirlpooly, pergoly, altány, ohřev lokálních pracovišť, zemědělské objedkty, kostely, stany, cattering.

Halogenové a chromniklové (600-1000 °C)

halogenové a chromniklové infrazářiče jsou nejdéle používané typy zářičů. Jsou velmi univerzální a vhodné pro většinu typů použití. Pouze na větší vzdálenosti je intenzita tepla nižší ale pro tyto potřeby nabízíme quartzové zářiče. Halogenové a chromniklové zářiče se v prostoru snadněji instalují, vzdálenost od osob a předmětů může být nižší.

	Plný výkon do cca 1 minuty		Zpravidla možná pouze vodorovná instalace
	komfortní teplo		Po vypnutí teplo ihned mizí
	Nízká hmotnost		Vhodné spíše pro interiérové použití
	Střední podíl ohřevu vzduchu		Možnost mechanického poškození trubice
	Větší plocha sálání
	Světelené spekrum je méně intenzivní
Vhodné pro:
Koupelny, WC, obytné prostory, terasy, garáže, pergoly, altány, restaurace, předzahrádky, bazény, whirlpooly, ohřev lokálních pracovišť, zemědělské objedkty, kostely, stany, cattering.

3) dlouhovlnné – nad 3000-10 000 nm, dosahují teplot kolem 500°C, Keramické, hliníkové infrazářiče.

Posledním třetím typem sálavého prvku jsou keramická a hliníková tělesa která sálají pod větším úhlem a jsou méně intenzivní a bez světelného spektra. Hliníkové infrazářiče dosahují teplot od 200-400°C a keramické zpravidla od 300-900°C. Oba topné prvky při svých maximálních teplotách neprodukují světelné spektrum a jsou tak nejčastěji používané pro interiérové použití a v některých případech je lze použít i jako plnohodnotný topný systém.

Keramická a hliníková tělesa jsou zpravidla prohnutá aby infrazářiče sálaly pod větším úhlem. Nižší intenzita tepla dlouhovlnných infrazářičů a a nejčastější použití v blízkosti osob jako zdroje komforntího tepla vyžaduje tuto konstrukci aby bylo teplo v prostoru rozloženo co nejrovnoměrněji.

Konstrukce keramických topných těles infrazářičů

Uvnitř keramického topného tělesa je odporový element z chrom-niklové slitiny okolo které je keramický obal zabraňující oxidaci slitiny a brání uvolňování ztrátového světelného spektra. Keramický povrch má vysokou emisivitu a tedy se blíží dokonalému černému tělesu a sálá do prostoru s velmi vysokou účinností.

Konstrukce hliníkových topných těles infrazářičů

Topným prvkem je spolehlivá a vyzkoušen topná tyč z chrom-nikolvé oceli. Topná tyč je uložena v masivním hliníkovém profilu a přenost tepla na povrch zářiče je efektivní a velmi rychlý.

Keramická a hliníková topná tělesa v infrazářičích jsou zárukou dlouhé životnosti. Odolávají lépe vybracím a lze je umístnit vertikálně i horizontálně.

Keramické a hliníkové (300-900 °C)

	Libovolný úhel instalace v prostoru		Plný výkon do cca 5 minut
	komfortní teplo		Vyšší hmotnost hliníkových zářičů
	Nízká hmotnost		Vhodné spíše pro interiérové použití
	Po vypnutí sálá cca 5 minut		Větší rozměry
	Střední podíl ohřevu vzduchu
	Velmi velká plocha sálání
	Žádné světelené spekrum
	Nehrozí mechanické poškození zářiče
Vhodné pro:
Koupelny, WC, obytné prostory, terasy, garáže, pergoly, altány, restaurace, předzahrádky, bazény, whirlpooly, ohřev lokálních pracovišť, kostely.

---

Tepelně-odrazivé reflektrory za topnými elementy infrazářičů

Technologie infrazářičů není jen o topné trubici, ale i o refletoru tepla. Určují plošný výkon infrazářiče a směrovou charakteristiku sálavého tepla.

Odrazivé zrcadlo za topnými elementy infrazářičů svým tvarem a vzdáleností elementu od reflektoru určuje směrovou charakteristiku infrazáře. Pro běžné domácí použití v obytných místnostech, terasách a podobně jsou určené reflektory s větším úhlem sálání zpravidla 110°.

Pro úzké zaměření sálavého tepla na malou plochu a s vysokou intenzitou se používají reflektory se 45° i menším úhlem sálání. Úzce zaměřené infrazářiče lze instalovat do vyšších pozic typicky 5-8 m vysoko a stále dosahují dostatečné plošné intenzity sálání pro ohřev osob. Oblast využití je typicky v průmyslových halách.

Úhly sálání lze měnit vzdáleností trubice od odrazivého zrcadla a tvarem zrcadla. Lze vytvořit i atypická řešení s nestandardními úhly sálávní. Někteří výrobci infrazářičů dodávají směrové charakteristiky infrazářičů pro přesnější práci s návrhem zářičů tzv. nomogramy.

 

Tvar topného elementu může určit úhel sálání i bez odrazivého zrcadla

Směrovou charakteristiku určuje také samotný tvar topného elementu. U dlouhovlnných infrazářičů určují úhle sálání přímo topné elementy. Keramické infrazářiče se proto vyrábí v konvexním nebo konkávním tvaru. Keramické a hlinékové infrazářiče tak dosahují rovnoměrného prohřátí prostoru primárně topným prvkem s absencí odrazivého zrcadla.

  

---

Hmostnost topného prvku určuje čas dosažení maximální teploty a čas zchladnutí

Quartzové trubice mají relativně malou hmotnost. Topné vlákno po zapnutí či vypnutí dosáhne minima nebo maxima ve velmi krátké době, skleněný obal má určitou tepelnou setrvačnost a stále do prostoru sálá jako sekundární zdroj tepla, ale stále jako celek dosahuje doby odezvy v řádech sekund.

Delších časů dosahují keramická a hliníková topná tělesa v infrazářičích s delší vlnovou délkou. Topné prvky mají vyšší hmostnost a dosažení maximálních teplot je již v řádech několika minut. Tyto typy zářičů jsou zpravidka určené k trvalejšímu charakteru provozu v interiérech a jsou často napojené na regulaci teploty. Proto je zde pomalejší a komfortnější náběh a zchladnutí žádoucí.

Následující graf znázorňuje průměrné časy zahřátí infrazářičů jednotlivých typů kontrukcí. Aktuální časy se mohou lišit v závislosti na konkrétním řešení topného prvku, teplotě okolního prostředí a větrání.

Nejkratších časů zahřátí infrazářičů dosahují quartzové zářiče s vysokou telotou a nízkou hmotností topné trubice. Tyto zářiče jsou vhodné pro rychlé zahřátí osob například na toaletách, koupelnách a podobně.

Středních časů dosahují středněvlnné infrazářiče s teplotami trubic cca 1000°C. Tyto zářiče jsou univerzální pro většinu typů použití kde není požadavek na ohřev osob vysokou intenzitou z větších vzdáleností.

Nejdelších časů dosahují heraické a hliníkové infrazářiče. Vyšší hmotnost topného elementu určuje jejich použití pro dlouhodobější ohřev osob a to v domácnostech, terasách a podobně kde oceníte zejménu nulové světelné spektrum a komfortní lineární zdroj tepla bez rychlých změn teplot.

 

---

Infrazářiče mají rozdílné podíly konvekce a sálání