گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)
نویسنده:سید محمد مهدی شهرستانی (2) 

 
Infrared heating radiation

مقدمه
 

همان طور که می دانیم انتقال حرارت تشعشعی در موارد صنعتی که با دماهای بالا باشند اهمیت پیدا می کند مانند: کوره ها، شیپوره موشک، موتور احتراق داخلی و خشک کن های صنعتی و تابش خورشید، همچنین این موضوع در مواردی که حالت های دیگر انتقال حرارت کم اهمیت بوده یا مانند خارج از جوّ که اصلاً انتقال حرارتی وجود نداشته باشد، تشعشع نقش اصلی را ایفا میکند. تفاوت اساسی بین انتقال حرارت تشعشعی و دیگر حالت های انتقال حرارت این است که:
الف) نرخ انتقال حرارت بین دو جسم به اختلاف توان چهارم دمای اجسام بستگی دارد.
ب) انتقال حرارت بین و جسم نیاز به محیط مادی واسط ندارد.
سازوکار تبادل حرارت تشعشعی بین دو جسم با دماهای متفاوت به این صورت است که هر دو جسم به واسطه ی دمایی که دارند به طور طبیعی از خود انرژی تابشی گسیل می کند(Natural Emission) و گسیل از هر یک از دو جسم توسط دیگری جذب می شود. لیکن مقدار انرژی جذب شده توسط جسم با د مای پایین نسبت به مقدار انرژی که گسیل کرده بیش تر است. بنابراین تبادل حرارت از جسم گرم تر به جسم سردتر صورت می پذیرد (قانون دوم ترمودینامیک).
تشعشع از گسیل انرژی توسط ماه منشا می گیرد و انتقال آن نیازی به وجود ماده ندارد. یکی از نظریات ماهیت این نوع ا نتقال را این گونه بیان می کند که تشعشع را به عنوان انتشار مجموعه ای از ذرات به نام فوتون یا کوانتا می دانند و نظریه ی دیگر تشعشع را انتشار امواج الکترومغناطیسی می دانند.
اما به هر حال می دانیم که تشعشع به دو خاصیت امواج یعنی طول موج و فرکانس بستگی دارد:
که c سرعت نوردر محیط است و برای انتشار در خلأ در حدود طول موج و vفرکانس می باشد.

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)
شکل 1: توزیع حرارت در امواج الکترومغناطیسی

در شکل 2 طیف کامل الکترومغناطیس نشان داده شده است:
تشعشع اشعه ی گاما، اشعه ی x و ماورای بفنش (uv) که طول موج کوتاه دارند مورد توجه فیزیک دان ها و مهندسان هسته ای است که با انرژی زیاد سر و کار دارند و میکروویوها و امواج رادیویی که طول موج بلند دارند مورد توجه مهندسان الکترونیک و برق می باشد. قسمت مرکزی طیف را که تقریباً تا را می پوشاند و شامل قسمت uv و تمام امواج مرئی و مادون قرمز (IR) است را تشعشع گرمایی می گویند.
تشعشع گرمایی گسیل شده از هر سطح، شامل گستره ای از طول موج ها است و مقدار تشعشع در هر طول موج و توزیع طیفی بر حسب ماهیت و دمای سطح گسیلنده تغییر می کند.

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)
شکل 2: طیف الکترومغناطیسی

تشعشع گرمایی مادون قرمز
 

تاریخ کشف امواج حرارتی به سر ویلیام هرشل، ستاره شناس انگلیسی (Sir Wm Herschel) در سال 1800 میلادی مربوط می شود. او به کمک یک منشور تجزیه نور و دماسنج متوجه شد که امواج منتشره از خورشید پس از تجزیه توسط منشور در رنگ آبی دارای کم ترین دما و در طیف زیر قرمز دارای بالاترین دما می باشد.
تمام انرژی ای که ما از خورشید از فاصله 93 میلیون مایلی با دماسنج دریافت می کنیم، ماهیتش امواج الکتروموغناطیسی است (electromagnetic) که این خواص نسبت به طول موج و فرکانس متغیر می باشد.
در حدود 3 درصد از امواج الکترومغناطیس دریافتی از خورشید فرابنفش می باشد که سرطان زا است و حدود 50 درصد از این امواج الکترومغناطیس به صورت نور مرئی وجود دارد و حدود 47 درصد از این امواج به صورت طول موج مادون قرمز می باشد و بحث ما در مورد همین قسمت (مادون قرمز) است. گرمایش تشعشعی مادون قرمز با فرستادن امواج مادون قرمز به وسیله ی خورشید سبب گرم شدن زمین می شود.
این روش گرمایی از طبیعت الهام گرفته شده است. همه ی اجسام فیزیکی قادر به جذب و ساطع کردن انرژی الکترومغناطیسی هستند و نسبت انرژی ساطع شده به اختلاف دما بین اجسام بستگی دارد که پارامتری برای اندازه گیری بارهای گرمایی جسم می باشد.
در مورد ماهیت کارکرد دستگاه های گرمای تشعشعی می توان گفت، هنگامی که دمای ساطع کننده افزایش می یابد، دامنه ی طول موج کوتاه می شود و فرکانس افزایش می یابد. نکته ی قابل توجه این است که همه ی مواد، طول موج های انرژی الکترومغناطیس را به روش یکسانی جذب نمی کنند، بلکه هر ماده با توجه به ماهیتش بیش ترین جذب انرژی الکترومغناطیسی را در طول موج خاصی دارد.
در اینجا بحث را به بتن و آب محدود می کنیم، زیرا این مواد گیرنده ی انرژی مادون قرمز هستند. به دلیل این که بیش ترین حرارت توسط این چاه های حرارتی (Sink) که از اجزای تشکیل دهنده ی یک فضای گرمایشی هستند، جذب می شود.

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)

بتن نماینده ای از ساختمان و آب نماینده ای از بدن انسان است، زیرا 97 درصد از وزن بدن آب می باشد. همه ی اجزای یک میل ترکیبی منحصر به فرد، برای جذب انرژی الکترومغناطیسی در طول موج معینی را دارند. در ادامه بحث به نمودارهای بتن و آب می پردازیم.
شکل 3، بررسی درصد جذب انرژی الکترومغناطیسی در طول موج های مختلف برای آب را نشان می دهد.
همان طور که مشاهده می کنید، آب میل ترکیبی برای طول موج های 3 و 6 میکرومتر را دارد که در این دو، طول موج بیش ترین انرژی را در حدود 85 درصد جذب می کند، و این بهترین حالت است.
شکل 4، بررسی درصد جذب انرژی الکترومغناطیسی در طول موج های مختلف برای بتن را نشان میدهد.
همان طور که مشاهده می کنید، بتن میل ترکیبی برای طول موج های 3 تا 6 میکرومتر را دارد و در فاصله ی این طول موج ها بیش ترین انرژی را در حدود 95 درصد جذب می کند. در نتیجه هیترها یا دستگاه های گرمایش تشعشعی، که در این طیف کار می کنند، بهترین جذب انرژی الکترومغناطیسی را دارند. اشتراک دو ماده ی آب و بتن در طول موج در حدود 3 میکرومتر است. دستگاه هایی که با طول موج بیشس تر از 3 میکرومتر کار می کند راندمان تشعشعی کاملاً بالایی دارند، ولی طول موجی که ساطع می کنند، باعث می شود که با توجه به نمودارهای بتن و آب، عملاً این گونه دستگاه ها انرژی الکترومغناطیسی غیرقابل استفاده بسازند. پس برای حالت بهینه باید انرژی الکترومغناطیسی، طول موجی در حدود 3 میکرومتر داشته باشد، تا توسط چاه های حرارتی (آب و بتن) کاملاً جذب شود.

انواع گرمایش تشعشعی مادون قرمز
 

تقسیم بندی دستگاه های گرمایش تشعشعی مادون قرمز بر اساس دمای سطح ساطع کننده می باشد. که از رنج دمایی، بالاتر از دمای اتاق تا قابل دسترسی است.
اما بر اساس طبقه بندی هندبوک Ashrea منابع تشعشعی را می توان بر اساس دما به چهار گروه تقسیم نمود:
گروه اول: کم دما (Low temperature)، گروه دوم: کم شدت (Low intensity)، گروه سوم: شدت متوسط (Medium intensity)، گروه چهارم: پُرشدت (High intensity)

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)
شکل 5: درصد کل تابش خروجی از جسم سیاه در طول موج های متفاوت

گروه اول. کم دما
 

به این گروه دستگاه ها کم دما یا گرمایش پنلی (پنجره ای) می گویند و در رنج دمایی بین دمای اتاق تا کار می کنند. معمولاً کم د ماها بر روی سقف یا کف نصب می شود. منبع انرژی برای این سیستم ها را می توان از سیم ها مقاومت الکتریکی (المنت)، آب داغ و یا هوای گرم تامین کرد. دستگاه های کم دما معمولاً در سیستم های مسکونی و یا در ساختمان های اداری، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه ها اغلب در سیستم های حجم هوای متغیر(VAV) مورد استفاده قرار می گیرند.

گروه دوم . کم شدت
 

این دسته از دستگاه ها در رنج دمایی بین تا کار می کند و طول موج هایی در حدود 2 تا 10 میکرومتر ساطع می کند. و با توجه به توضیحات اولیه ای که داده شده است، این طول موج در طیف الکترومغناطیسی خیلی نزدیک به امواج نامرئی است. بنابراین نوری از کم شدت ها ساطع نمی شود و این بدین معنی است که هنگامی که به دستگاه های کم شدت نگاه می کنیم گداخته نیستند.
نوع معمولی این دستگاه ها را اغلب بر روی سقف قرار می دهند که با لوله های فولادی یا فولاد زنگ نزن به طول 20 تا 30 فوت ساخته می شود و با یک مشعل در داخل لوله قرار دارد و بیش تر این لوله ها به یک منعکس کننده (رفلکتور) مجهز می شوند تا انرژی تشعشعی ساطع شده از لوله ها را به سمت پایین برای فضایی که می خواهیم تهویه کنیم، منعکس کند.

گروه سوم . شدت متوسط
 

در این دستگاه ها رنج دمایی بین تا می باشد و معمولاً با الکتریسیته یا گاز مشعل کار می کند و می توان مشاهده کرد که کمی دستگاه ها برافروخته یا سرخ گون می باشند.

گروه چهارم . پر شدت
 

این دستگاه ها در رنج دمایی بین تا کار می کنند. در این نوع دستگاه ها انرژی الکترومغناطیسی ساطع شده معمولاً در طول موج هایی در حدود 1 تا 6 میکرومتر می باشد. این بدان معنی است که دسته انرژی ساطع شده با توجه به طیف الکترومغناطیس، کاملاً نزدیک به طیف نورهای مرئی است. بنابراین مشاهده می کنیم که ساطع کننده با رنگی مایل به قرمز (سرخ گون) به نظر می رسد. (رنگ روشن، یعنی متمایل به سمت رنگ های نارنجی و زرد، کم تر از میانگین طول موج ساطع کننده انرژی دارد).
معمولاً پر شدت ها از یک لامپ الکتریکی با یک رفلکتور استفاده می کنند که به وسیله ی ایجاد مقاومت الکتریکی بسیار زیاد باعث می شود دمایی در حدود تأمین کند. شکل 5 مقایسه ای بین پر شدت ها و کم شدت ها را نشان می دهد.
شکل 5 درصد کل تابش خروجی در طول موج های متفاوت از جسم سیاه می باشد. در دمای (گرم کن پرشدت)، 25 درصد از کل تابش خروجی از ساطع کننده در طول موج 8/2 میکرومتر مشاهده می شود.
و در دمای (گرم کن شدت)، 15 درصد از کل تابش خروجی از ساطع کننده در طول موج 5/4 میکرومتر می شود.
با توجه به نمودارهای جذب انرژی الکترومغناطیسی توسط بتن و آب که قبلاً توضیح داده شد می توان دریافت که بهترین راندمان جذب انرژی الکترومغناطیس طول موجی در حدود 3 میکرومتر می باشد و از شکل 5 بهترین حالت برای پُر شدت ها 8/2 میکرومتر است و برای کم شدت ها 5/4 میکرومتر است که با جمع بندی مطالب فوق بهترین دستگاه ها پر شدت ها هستند، ولی د ستگاه های کم شدت که به طول موج 3 میکرومتر نزدیک می باشد نیز راندمان خوبی دارند.
نکته ی دیگر این که نرخ راندمان حرارتی برای پُر شدت ها و کم شدت ها معیار خوبی برای انتخاب میان این دو دستگاه نمی باشد، زیرا راندمان حرارتی یک معیار مهندسی است و می توان آن را فقط برای تجهیزاتی مورد استفاده قرار داد که تهویه به خارج دارد. برای مثال در دستگاه های گرم کن پُر شدت به دلیل این که چون خروجی تهویه ندارند، راندمان حرارتی 100 درصد می باشد، و در کم شدت ها چون می توانند تهویه شوند (یعنی دریچه به بیرون دارند، راندمان حرارتی در حدود 70 تا 80 درصد است. نکته ی مهم این که اگر از گرم کن هایی استفاده کردیم که تهویه به بیرون نداشت باید متعهد باشیم که از دستورالعمل های ایمنی استفاده کنیم.
اگر ساختمان هایی داشته باشیم که نیاز به تهویه داشته باشد باید از گرم کن های کم شدت استفاده کنیم.

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)
شکل 6:انباشته شدن حرارت در زیر سقف با استفاده از روش جابه جایی
شکل 7: توزیع مناسب حرارت با استفاده از گرمایش تشعشعی

* دلایل صرفه جویی در انرژی با استفاده از گرمایش تشعشعی مادون قرمز
سیستم های گرمایش جابه جایی علی رغم هزینه ی سنگین راهبری، نگهداری و انرژی، عمده ترین راه تأمین گرمایش کارخانجات و فضاهای بزرگ محسوب گردیده است. با ابداع سیستم گرمایش تابشی در آمریکا و کانادا و مشخص شدن مزایای آن باعث گردید که از 25 سال پیش تا کنون در کشورهای توسعه یافته از این روش برای گرمایش فضاهای بزرگ استفاده شود.
همان طور که می دانیم در حالت گرمایش جابه جایی، هوا گرم شود. بنابراین چگالی آن کاهش می یابد، در نتیجه هوا از نظر وزنی سبک تر شده است و به سمت بالا شروع به حرکت می کن (شکل 6)، در نهایت حرارتی که اغلب در کف ساختمان به آن نیاز داریم در زیر سقف انباشته می شود و اتلاف حرارت از سقف بسیار زیاد می شود. اما در گرمایش تابشی از طریق امواج مادون قرمز چون می توان مسیر گرمایش را جهت داد، بنابراین حرارت را در مکانی که می خواهیم تأمین می کنیم، که معمولاً در کف ساختمان است (شکل 7) و این یکی از دلایل صرفه جویی در انرژی است.
یونیت های گرمایش مادون قرمز دارای گرمایش منطقه ای بسیار مناسب هستند، زیرا راندمان بالایی دارند و همچنین می توان برای گرمایش کلی فضاهای بزرگ و ورودی ساختمان ها از آن استفاده کرد.
گرم کن های تشعشعی انرژی را به طور مستقیم به اجسام جامد می فرستند و کمی از انرژی در طول فرآیند انتقال هدر می رود، زیرا هوا یک جاذب خیلی بد برای جذب انرژی مادون قرمز می باشد. همچنین نیاز به سیال واسط برای انتقال انرژی ندارد، مانند هوا یا آب و نیز به دمنده ها (فن ها)، پمپ ها و تجهیزاتی نظیر دیگ و... نیازی ندارد که به نوبه ی خود باعث صرفه جویی در انرژی می شود.
همچنین به دلیل عدم وجود تجهیزات ذکر شده، این روش گرمایش نسبت به سایر روش ها به حداقل انرژی الکتریکی نیاز دارد، که مقدار 10 درصد نسبت به گرمایش مرکزی است و 90 درصد باعث صرفه جویی در انرژی الکتریکی می شود.
انرژی مادون قرمز کف زمین و اشیای اطراف را گرم می کند و مثل روش هایی دیگر گرما در بالا ذخیره نمی شود. نکته ی دیگر این که اشیایی که انرژی را دریافت کرده ان حرارت را در هوا به وسیله جابه جایی رها می کنند، و باعث می شود اطراف اشیا که بیش ترین استفاده را از آن داریم، یک توزیع مناسب حرارتی داشته باشیم که باعث بهبود شرایط آسایش افراد می شود.
اما صرفه جویی دیگر این که دستگاه های گرمایش تشعشعی حرارت را با سرعت نور به محیطی که می خواهیم گرم کنیم می رساند، به همین دلیل بسیار سریع تر از سایر روش ها فضا را گرم می کند. به طور مثال با استفاده از این سیستم، هرگاه به گرم کردن فضا نیاز نباشد، در پایان ساعت کار کارگاه، می توان آن را خاموش کرد و در حداقل زمان ممکن می تواند مکان را گرم کند و خود این مورد عامل بسیار مهمی برای صرفه جویی، مخصوصاً در مساجد و کلیساها است.
روش گرمایش تشعشعی سبب می شود که احساس آسایش در دمای کم تری نسبت به سایر روش ها تقریباً 2-3 درجه ی سانتی گراد رخ دهد. در نتیجه باعث کاهش دمای حباب خشک (dry bulb Temperature) می شود که خود این پارامتر طراحی باعث صرفه جویی در انرژی می گردد. عامل ذکر شده سبب افت حرارتی نسبت به تهویه هوا می شود و همچنین انتقال حرارت هدایتی در سرتاسر پوسته ساختمان کاهش می یابد، زیرا همان گونه که می دانیم گرایان دما باعث افت حرارت از پوسته ساختمان می شود و هر چه این گرادیان دما کاهش پیدا کند، افت حرارتی نیز کاهش می یابد.
* حرارت از طریق تابش، جذب هوای محیط نمی شود، زیرا تعداد مولکول های هوا نسبتاً کم است و از یکدیگر فاصله زیادی دارند. بنابراین امواج الکترومغناطیسی می توانند به راحتی از میان آن ها عبور کنند. به این ترتیب مقدار کمی از امواج تشعشعی با مولکول های هوا برخورد می کنند و جذب ناچیزی رخ می دهد. برای همین، اتلاف حرارتی در اثر تعویض هوا هم بسیار ناچیز می شود.
* یکی از عوامل تاثیرگذار بر روی افت حرارت از ساختمان، نفوذ هوا (Infilration) است. در این سیستم چون حرکت هوای گرم بسیار کند است، اتلاف حرارت، به علت حرکت هوای گرم و خروج آن از جداره ها، درها، پنجره ها و هواکش ها نیز کاهش می یابد. اما دلیل دیگر برای کاهش نفوذ هوا چون گرادیان دمایی در این روش، نسبت به سایر روش ها کاهش یافته است. بنابراین نفوذ هوا که یکی از پارامترهای تعیین کننده آن دما است نیز کاهش می یابد.
* دستگاه گرم کننده تابش لوله ای (Radiant Tube Heaters):
در اواخر سال 1950 آقای رابرت گرودون برای اولین بار مقدمات ساخت دستگاه انتقال حرارت تابشی Radiant Heater نوع لوله ای و گازسوز را برای تولید و انتقال امواج الکترومغناطیسی با عملکرد مشابه خورشید تدارک دید.
روش کار به این صورت است که سوخت پروپان LP (گاز مایع) یا گاز طبیعی پس از وارد شدن در یک مشعل ویژه با مقداری هوا که می تواند از داخل سالن یا خارج سالن تغذیه شود و مقدار آن به وسیله ی واحد کنترل تنظیم می گردد، ترکیب، و (همچنین میزان ورود گاز، برای ایمنی و قطع کردن سیستم در مواقع ضروری) پس از آن میزان اختلاف فشار یا فشار گاز احتراقی سنجیده می شود. که این سنجش نیز توسط واحد کنترل صورت می گیرد و سپس وارد یک نازل شده، جرقه زده می شود. در این هنگام شعله ای با طول زیاد ایجاد می شود که طول شعله یکی از پارامترهای مهم مشعل است و تنظیم تمامی شرایط کارکرد خوب یک مشعل توسط واحد کنترل تنظیم می شود.
هوای داغ داخل لوله سبب می شود که سطح داخلی لوله افزایش یابد، و این باعث انتقال حرارت می شود و پس از آن انتقال حرارت از سطح داخلی به سطح خارجی راه پیدا می کند. این ناحیه ی انتقال حرارت هدایتی، به علت اختلاف دمای درون و بیرون لوله است. سپس دمای سطح لوله (خارجی) بسیار زیاد، حدود - می شود و می دانیم انتقال حرارت تشعشعی یک پدیده ی سطحی، چون سطح دمایش بالا رفته و مرتبط با توان چهارم اختلاف دما است. سبب می شود که انتقال حرارت صورت گیر و دمای سطح خارجی لوله حدود در نزدیکی مشعل و در انتهای لوله حدود باشد. پس از آن در انتهای لوله یک فن قرار دارد که گازهای حاصل از احتراق را به خارج هدایت می کند. بعضی اوقات از یک رفلکتور برای هدایت توزیع تشعشع در یک الگوی خاص استفاده می شود که حرارت را از سطح خارجی رو به پایین و به سطح زمین مستقیماً تابش می کند و حرارت از سطح خارجی رو به بالا ابتدا به یک رفلکتور برخورد می کند و پس از آ ن رفلکتور، یک زاویه خاص به آن طول موج ها می دهد و باعث تغییر مسیر می شود، و سپس به زمین هدایت می شود. طرز کار به این صورت است که پس از آن که سطح خارجی لوله یک طول موجی از انرژی مادون قرمز را ساطع کرد با سرعت نور به محل مورد نیاز برخورد می کند. این برخورد سبب گرمایش آن ناحیه می شود. پس از برخورد، کف زمین یا تجهیزاتی که روی آن قرار دارد مانند یک منبع حرارتی، حرارت را به وسیله جابه جایی به هوای اطرافشان منتقل می کنند که سبب می شود هوای اطراف آن ها نیز گرم بشود.
شایان ذکر است رفلکتورها اصولاً به شکل ذوزنقه یا نیم دایره با طولی حدود 5 متر تا 16 می باشند و با نرخ خروجی 50000 تا 125000 (BTU/h) با یک مرحله یا د و مرحله گرم کن خروجی در بازار در دسترس هستند نکته ی دیگر این که هر چه ضریب تابش بیش تر باشد، راندمان تشعشع نیز بیش تر خواهد بود.

تعمیرات و نگهداری و راهبری
 

تنها تعمیرات دوره ای مورد نیاز این وسیله، تمیز نگه داشتن سطح رفلکتورها و لوله ها است، زیرا گرد و غبار باعث کاهش راندمان ارسال طول موج ها به زمین می شود. و نسبت به سایر روش ها باعث صرفه جویی 95 درصد در هزینه ی تعمیرات نگهداری می شود.

روش نصب
 

توزیع حرارت تشعشعی در سالن ها بسیار مهم است. توزیع کم منجر به گرمایش منطقه ای با دماهای پایین می شود. در این روش به وسیله ی سایه که می توان آن را با استفاده از تکنولوژی نورها ایجاد کرد سایه ی محلی را که می خواهیم گرم کنیم در گرمایش منطقه ای مشخص می کنیم و با استفاده از آن زاویه ی نصب را نیز معین می کنیم.
الف) دستگاه های گرم کننده تابشی لوله ای، با نصب عمودی (شکل 8) که بیش تر، برای گرمایش کلی مورد استفاه قرار می گیرد.
ب) دستنگاه های گرم کننده تابشی لوله ای با نصب زاویه دار (شکل 9) که بیش تر برای گرمایش منطقه ای مورد استفاده قرار می گیرد، البته برای گرمایش کلی هم مورد استفاده قرار می گیرد.
• طبقه بندی دستگاه های گرمایش تشعشعی لوله ای بر اساس شکل لوله
الف) U شکل:
که به آن مدل UT (Tube) نیز گفته می شود و دارای شدت گرمایی زیاد نسبت به طول دستگاه است که توزیع حرارت با شدت بالا به صورت دو عدد لوله موازی انجام می دهد و برای نصب در ارتفاع زیاد مناسب است (شکل 10).
ب) L شکل ها:
به مدل SL (single Line) معروف می باشد و دارای شدت گرمایش کم تری نسبت به U شکل ها است و معمولاً برای نصب در ارتفاع کم یا نصب بر روی دیوار و یا مکان هایی که مساحت زیاد با طول زیاد دارند، استفاده می شود (شکل 11).
مشخصات فنی:
• خروجی در حدود 50.000BTU/h تا 125,000Btu/H
• وزنی در حدود 50kg تا 150kg
• با لوله هایی از جنس آلومینیم، استیل، فولاد
• طولی در حدود5m تا 17m
• حداقل ارتفاع برای نصب 3m
• حداقل مساحت تحت پوشش 40m2
• دبی گاز مورد نیاز بر ای گاز طبیعی بین2m3/h تا 5m3/h (اگر گاز مایع استفاده شود چون فشارش بیش تر است این میزان کاهش می یابد).

انواع کاربری دستگاه گرم کننده ی تابشی لوله ای
 

1- خودروسازی و صنایع وابسته
مانند سالن های تست خودرو، تولید قطعات یدکی، سرویس، تعمیرگاه ها که مزایایی از قبیل عدم اشغال فضای کارگاه، گرم شدن ابزار، راندمان بیش تر کار، تأمین گرمایش مطلوب با توجه به باز بودن درها و تأمین گرمایش مطلوب در سالن ها با ارتفاع زیاد را دارا است.
2- صنایع فولاد
• گرمایش تابشی به دلیل این که تغییری در رطوبت ایجاد نمی کند. نسبت به سایر روش ها ثابت است در نتیجه از زنگ زدن فولاد جلوگیری می کند.
گرم کردن سالن های مرتفع با درهای همیشه باز و تهویه زیاد با گرمایش تابشی با کم ترین میزان مصرف انرژی به راحتی انجام می شود.

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)

3- ایستاه راه آهن و مترو اتوبوس و حمل و نقل عمومی
گرمایش کم هزینه در محل های سوار و پیاده شدن مسافران، سکوها و همچنین در تأمین حرارت مطلوب کارگاه های تعمیرات واگن استفاده می گردد.
4- کارگاه و کارخانجات
کاهش هزینه ی سوخت، هزینه ی نصب لوله، حذف موتورخانه، شکل تعمیرات و نگهداری، کاهش آلودگی محیط، پراکنده نشدن گرد و غبار در فضا، پاسخ سریع به نیاز گرمایشی در حداقل زمان ممکن (2 تا 3 ساعت)
5- آشیانه های هواپیما، هلی کوپتر، جنگ افزارها
گرمایش عمومی آشیانه، گرمایش نقاط مورد نیاز با حداقل انرژی، گرمایش سوله ها با ارتفاع بسیار زیاد و گرمایش منطقه ای در فضاهای بزرگ بدون نیاز به تیغه بندی به سادگی امکان پذیر می باشد.
6- سالن های ورزشی
کاهش آلودگی در اثر عدم چرخش هوا، احساس شادابی در اثر امکان تهویه ی بیش تر هوا و همچنین امکان تأمین گرمایش بیش تر در سکوی تماشاگر را داراست.
7- مرغ داری ها و محل های نگهداری احشام
• روش گرمایش در حال حاضر در مرغداری ها بیش تر از نوع جابه جایی هوا است که توأم با اتلاف بسیار زیاد انرژی است. تعداد دفعات تهویه در مرغداری نسبت به سایر فضاها بسیار زیاد است، زیرا اگر هوا تهویه نشود باعث بروز بیماری در مرغ ها می گردد. لذا انرژی جذب شده توسط هوا در هیترهای مورد استفاده، قبل از تبادل حرارتی با محیط سالن، از طریق اگزوز فن ها هوا به خارج از سالن هدایت می شود و این عامل باعث اتلاف انرژی و در نهایت اتلاف هزینه می گردد.
• رطوبت و خیسی بیش از حد کف و نیز عدم یکنواختی گرما در سطح کل سالن از مشکلات دیگر است، که با نصب هیترهای گرمایش تابشی لوله ای می توان مشکل را مرتفع ساخت. میزان اتلاف انرژی از طریق هوا جزئی است، بنابراین مشکل دفعات تعویض هوا حل می گردد. مشکل دیگر مرغداری ها رطوبت کف سالن است که سبب ایجاد آمونیاک با کود حاصل از مرغ ها می شود و برای جوجه ها خطرناک است و این روش باعث خشک شدن کف سالن می گردد و منجر به تولید آمونیاک کم تری می شود و کیفیت محصول مرغداری ها افزایش می یابد. برای جلوگیری از کاهش اکسیژن در داخل سالن، مشعل هوای مورد نیاز را از خارج تأمین می کند، لذا در غلظت اکسیژن هوای داخل سالن که یک پارامتر حیاتی برای جوجه ها محسوب می شود، تأثیری نمی گذارد.
قابل ذکر است در زمان هایی که جوجه ی یک روزه ریخته می شود باید سریعاً سالن گرم گردد. در سایر روش ها برای تولید گرمایش مطبوع این زمان در حدود 36 ساعت است و در این روش چون فقط دمای کف را بالا می برد 3 ساعت می باشد. به دلیل استفاده از تجهیزات ضد زنگ (استیل)، فن ها و مشعل های ضد آب می توان تمام تجهیزات گرمایش تشعشعی را ضد عفونی نمود.
8- گل خانه ها
یکی از عوامل مهم رشد گیاهان دمای خاک است. در گل خانه ها نیاز است که گیاهان و خاک را گرم نگاه داریم. این روش می تواند گرمایش این دو را تأمین کند. در ضمن می توان از آن برای پرورش هر محصول کشاورزی استفاده نمود. بعضی از شرایط ایجاد شده توسط این روش برای رشد گیاهان بسیار سودمند است، زیرا گرمایی با جریان یکنواخت ایجاد می کند و نیز این روش باعث می گردد دمای خاک به میزان 5/1 درجه افزایش یابد. مزیت دیگر باعث می شود روی گیاهان چگالش روی ندهد، زیرا چگالش زیاد باعث رطوبت زیاد در ساقه ها وب رگ ها می شود و عدم چگالش باعث کاهش بیماری های گیاه می گردد. با این روش می توان گیاهان را سریع تر از سایر روش ها گرم نمود. برای همین این خصوصیت اجازه می دهد تا در شرایطی که آب و هوا یک مرتبه سرد می شود از سرمازدگی گیاهان جلوگیری شود. علاوه بر این، این روش با کاهش گردش هوا سبب می شود که گرد و غبار و بیماری ها و حشرات به مکان های دیگر منتقل نشود، زیرا سیستم های دیگر فن دارند و این سیستم فن ندارد.
9- سوله های بی حصار
احساس گرما در زیر چتر حرارتی مانند ایستادن زیر نور آفتاب در ظهر.
10- جلوگیری از یخ زدگی معابر
با استفاده از این دستگاه می توان از یخ زدگی معابر جلوگیری نمود و یا باعث ذوب شذن برف و یخ نزدن آن در رمپ ها شد.
11- استفاده در سایر مکان ها
استخرها، تأمین گرمایش در فضای باز زیر سایبان، برای مثال در رستوران ها یا تعمیرگاه ها، گاراژها، سکوی تماشاگران در استادیوم های ورزشی، گرمایش سالن های ورزش های زمستانی، انواع سوله و فضاها، پارکینگ ها، پاسیوها، مساجد، کلیسا، تکایا، مدارس، دانشگاه ها، مراکز تحقیقاتی حساس به گرد و غبار، جلوگیری از چگالش و سالن تیراندازی، کارخانجات صنایع غذایی خطوط تولید و ...

محاسبات بارهای حرارتی و انتخاب دستگاه
 

برای محاسبه ی بارهای حرارتی می توان به سه روش عمل کرد:
1- با استفاده از محاسبه ی بارهای حرارتی برای روش تشعشعی در هندبوک ها و کتاب های تهویه ی مطبوع
2- با استفاده از فرمول زیر:

در این روش ابتدا افت حرارتی ساختمان یا مکان را به روش هایی که آشنا هستیم حساب کرده و در 6/0 به عنواو ضریب تصحیح ضرب می کنیم. با اعمال کاهش 10 درصد از میزان شرایط بد آب و هوایی و شرایطی که ممکن است به حساب آورده نشده باشد، میزان صرفه جویی را 40 درصد فرض می کنیم، برای همین با اعمال ضریب تصحیح 6/0 برای گرمایش کلی به نتیجه مطلوب می رسیم. اگر بخواهیم گرمایش منطقه ای انجام دهیم، بسته به آن که این فضا چه میزان از (چند درصد) کل فضا را اشغال کرده است. آن درصد را در qradation ضرب می کنیم. qrad برای گرمایش منطقه ای محسوب می شود. حال با استفاده از داده های محاسبه شده برای qrad می توان دستگاه مورد نیاز را انتخاب کرد که این کار را از روی کاتالوگ دستگاه ها انجام می دهیم.

 گرمایش تشعشعی مادون قرمز (1)

3- با استفاده از نرم افزار:
می توان تمام کارهایی را که قبلاً ذکر گردید (محاسبه qrad. و انتخاب دستگاه) را به عهده ی نرم افزاری گذاشت که برای این منظور طراحی شده است. این نرم افزار را می توان از شرکت های تولید کننده تجهیزات دریافت کرد.

نکات مهم در هنگام استفاده از نرم افزار
 

قبل از استفاده از نرم افزار باید هندسه ی سالن تعیین شود که شامل طول، عرض، ارتفاع ماکزیمم و مینیمم، هندسه و تعداد در و پنجره و همچنین درجه ی حرارت طراحی، نوع فعالیتی که می خواهد در آن انجام گیرد، درجه ی حرارت خارج در زمستان، کیفیت عایق بندی ساختمان، کیفیت مصالح و تعداد دفعات تهویه مشخص باشد. البته این نرم افزارها به طور دقیق محاسبه نمی کنند، ولی می توان از آن به عنوان ابزاری برای برآورد هزینه ی اجرایی و ظرفیت تقریبی دستگاه استفاده کرد. شایان ذکر است دو روش قبلی با توجه به این که در این جا بحث صرفه جویی انرژی مطرح می باشد، مطمئن تر هستند، بنابراین پیشنهاد می شود از نرم افزار فقط برای برآورد استفاده شود.

نتیجه گیری
 

با توجه به مطالعات انجام شده (3)، استفاده از گرمایش تشعشعی مادون قرمز نسبت به سیستم های گرمایشی از نوع دیگر موجب صرفه جویی انرژی می شود. این روش باعث 50 درصد صرفه جویی در مصرف سوخت انرژی می شود.
پس در مکان هایی که می توان از این روش برای گرمایش استفاده کرد انتخابی مناسب، برای بهره مندی از مزایای صرفه جویی ناشی از این روش می باشد.

پی‌نوشت‌ها:
 

1- Infrared Radiant Heating
2- دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک – سیالات، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، E-mail:Shahrestani_home@yahoo.com
3- مطالعات انجام شده در سال 1987 توسط دو دانشمند (Buckley & seel)
 

مراجع
1- Incropera.F.P,De witt, D.P, Introduction to Heat Transfer, 5ed,n,John Wiley & Sons, IncmNj, 2001.
2- Handbook of Ashrae
3- www.reverberray.com
4- www.Tombling.com
5- www.Harti world.nl
6- www.Schwank.de
7- www.Superior radiant.com
8- www.big chiefheaters.com
9- www.hayters.com
10- university of Delaware
11-انتقال حرارت، دکتر فرشاد کوثری، انتشارات پارسه.
12- سایت سازمان بهینه سازی انرژی و مصرف سوخت www.ifco.ir

نوشته شده در تاریخ چهارشنبه 19 مرداد 1390    | توسط: عباس خداقلیزاده    | طبقه بندی: مفاهیم گرمایش تابشی،     |
نظرات()