Promienniki podczerwieni w ogrzewaniu mieszkań

Wśród alternatywnych metod ogrzewania domów znajdziemy elektryczne promienniki podczerwieni. Marketing przedstawia ten sposób ogrzewania jako wygodny, zdrowy, ekologiczny - unikając zarazem rozmowy o kosztach lub zapewniając, że będą one porównywalne z ogrzewaniem węglowym. Trudno w to wierzyć, skoro promienniki zasilane są prądem, który do tanich źródeł ciepła nie należy.

Jak działają promienniki podczerwieni, czym różnią się od konwencjonalnych metod ogrzewania, a przede wszystkim ile to kosztuje - tak zakup, jak i eksploatacja. Czy warto wymienić stary kocioł węglowy na promienniki podczerwieni w ramach gminnego dofinansowania do ekologicznych źródeł energii, choćby dawali je za półdarmo?

Autopromocja: zobacz jak natychmiast zacząć palić drewnem lub węglem bez dymu – w dowolnym piecu, kotle czy kominku.

Podczerwień pod strzechą

Elektryczny promiennik podczerwieni (IR - infrared) to urządzenie przetwarzające energię elektryczną w ciepło pod postacią promieniowania podczerwonego. W najprostszej wersji to nic innego jak zwykła grzałka elektryczna rozgrzewająca się do kilkuset stopni Celsjusza, w wyniku czego z jej powierzchni emitowane jest promieniowanie podczerwone niewidzialne dla ludzkiego oka, które jest znakomitym nośnikiem energii cieplnej.

Aby zobaczyć promieniowane podczerwone, proponuję prosty eksperyment: należy wziąć do ręki pilot od telewizora (dekodera, amplitunera itp.) i telefon komórkowy. W telefonie włączamy aparat fotograficzny (lub kamerę), a diodę znajdującą się na końcu pilota kierujemy w obiektyw aparatu i naciskami dowolny klawisz na pilocie. I co? Coś tam błyskało? To właśnie promieniowanie podczerwone, emitowane w tym przypadku przez diodę nadawczą IR w pilocie (w telewizorze znajduje się dioda odbiorcza IR i tak te dwie diody ze sobą się dogadują).

Promienniki podczerwieni do różnych zastosowań wykonywane są w postaci żarówek, elementów metalowych i ceramicznych, a współcześnie jako panele grzewcze do ogrzewania pomieszczeń o różnych rozmiarach i mocach.

W tym momencie warto odnotować, że elektryczny promiennik podczerwieni, w obojętnie której z form, zużywa energię elektryczną. To spostrzeżenie później się nam przyda.

Żarówka to czy grzałka

Znane nam wszystkim doskonale żarówki wkręcane do żyrandoli, to także nic innego jak promienniki podczerwieni. No jak to, przecież to źródło światła - oczywiście też, ale na wytworzenie światła wykorzystywane jest tylko 5% mocy pobieranej przez żarówkę, a 95% mocy tracone jest w postaci ciepła.

Czy tracone, to zależy od perspektywy. Z punktu widzenia techniki świetlnej, gdzie głównym założeniem jest uzyskanie z 1W jak największej ilości światła, to faktycznie tracone (tylko 5% sprawności). Z punktu widzenia ogrzewnictwa i wykorzystywania żarówki do ogrzewania, otrzymujemy grzałkę o sprawności 95%, która ogrzewa nam pomieszczenie promieniami podczerwonymi rozchodzącymi się w liniach prostych we wszystkich kierunkach, a efektem ubocznym jej działania jest światło.

Dygresja żarówkowa

Opisane wyżej 95% straty żarówek, były koronnym argumentem (podobno proekologicznym) wielkich producentów źródeł światła, na skutek którego tanie, proste i przede wszystkim bezpieczne dla zdrowia i środowiska naturalnego żarówki o mocach 100W, 75W zostały wycofane z produkcji (wycofanie niższych mocy - w toku). Kolejny powód, dla którego je wycofano, to krótka żywotność wynosząca ok. 1000h. Dlaczego tak krótka? Teoria planowanego starzenia produktów może tu być wyjaśnieniem (bo technologia nie jest ograniczeniem - istnieje żarówka, która ciągle świeci od 1890 roku /tak, ponad 120 lat/).

Na własną rękę możemy jednak wydłużyć ich żywotność. Wystarczy kupić (za około 4zł) w sklepie elektronicznym termistor rozruchowy NTC o wartości np.: 10 Ohmów i maksymalnym prądzie 3A. Tego typu termistor włączony szeregowo w obwodzie umożliwi tzw. "miękki start" nawet do 6 żarówek o mocy 100W (szczegóły podłączenia na tym schemacie - Szponi).
Również czas pracy zwykłej żarówki można wydłużyć stosując taki drobny układzik.

Patrząc na ekologiczność żarówki pod kątem materiałowym zauważymy, że stłuczoną żarówkę wyrzucamy do kosza produkując wysoce szkodliwe odpady (ha, ha, ha), w postaci stłuczonego szkła, metalu i cyny (argon z domieszką azotu już uleciał do atmosfery), a w przypadku świetlówek kompaktowych nazywanych pięknie żarówkami energooszczędnymi musimy oddać je do miejsca zakupu. Świetlówka kompaktowa podobno jest bardziej ekologiczna od zwykłej żarówki (tak twierdzą producenci, wysokiej rangi urzędnicy oraz pseudo-fachowcy) mimo, że znajdują się w niej trujące opary rtęci, luminofor oraz układ zapłonowy, a w nim kondensatory z elektrolitem (kwasem) i inne świństwa, z uwagi na które nie powinniśmy wyrzucać jej do śmieci, tylko fachowo utylizować. Więc jak to jest z tą ekologią? Czy oszczędności prądu na oświetleniu zrekompensują skutki niewłaściwej utylizacji dużej liczby świetlówek?

Na złość przeciwnikom żarówek dodam, że nie znikną one całkowicie z rynku, ponieważ kilka dziedzin przemysłu (np. lakiernie), szpitale (np. ogrzewanie noworodków w inkubatorach), rolnictwo (np. ogrzewanie piskląt, suszenie zbóż itp.) i wiele innych wykorzystuje je na swoje potrzeby i doskonale się tam sprawdzają. Żarówki na potrzeby ogrzewania kształtem lekko odbiegają od tych stosowanych w oświetleniu, ale zasada działania ich jest identyczna.

Wewnątrz takiej żarówki, tak samo jak w zwykłej oświetleniowej znajduje się żarnik z drutu oporowego rozgrzewający się tylko do temperatury 500C (w zwykłej od 2200-2700C), wobec czego maksymalna ilość energii emitowanej z żarnika znajduje się w zakresie podczerwieni i jest wykorzystywana do ogrzewania. Tego typu żarówki nazywać tu będziemy żartobliwie "kwokami" ze względu na fakt, że w kurnikach zastępują one małym pisklętom kwokę dając im niezbędne ciepło.

Promiennik podczerwieni, tzw. kwoka

Promiennik podczerwieni, tzw. kwoka

Na rynku taką kwoczkę zasilaną napięciem 230V o mocy 250W kupimy w cenie od 13 do 30zł. Żywotność ich kształtuje się na poziomie 3000-5000h pracy, a to przecież niemal to samo, co zwykła, działająca 1000h żarówka. Ciekawe, prawda? Egzemplarze wyposażone przez handlowców w cudowne właściwości lecznicze (których te tańsze podobno nie posiadają) kosztują kilkakrotnie więcej.

Promiennik podczerwieni w detalach

Mądrzejsi o podstawową wiedzę z elektrotechniki zobaczmy, co to takiego te panelowe promienniki podczerwieni, dające od 30 do 70% oszczędności w stosunku do ogrzewania konwencjonalnego.

Budowa promiennika

Każdy panel grzewczy składa się z 6 podstawowych elementów: podstawy, ekranu odbijającego promieniowanie, elementu grzejnego, sterownika, hartowanej szyby i ramki, która zbiera to wszystko w całość.

Promienniki podczerwieni, fot. Energy Gaz Polska

Promienniki podczerwieni, fot. Energy Gaz Polska

Dodatkowo producent na szkle może umieścić nam pejzaż, zdjęcie rodzinne i wszystko inne, co sobie tylko wymarzymy. Nie zmienia to faktu, że panel grzewczy to w uproszczeniu grzałka elektryczna o znacznej powierzchni w ładnej oprawie. Nie ma tu materiałów ani technologii z kosmosu, choć całość potrafi sporo kosztować. Cała filozofia tkwi w takim skonstruowaniu tej grzałki, by jak najwięcej zużytego prądu było zamieniane w promieniowanie podczerwone, a jak najmniej wprost w ciepło.

Jak to zwykła grzałka? Tam są nano-eko-innowacyjne technologie!

"Zwykła grzałka" to pewne uproszczenie. Nie jest naszym celem roztrząsać, co dokładnie siedzi w panelach IR. Jakkolwiek fantazyjnie producent by swojej technologii nie nazywał, zawsze sprawność zamiany prądu w ciepło będzie w zasadzie stuprocentowa i nie może być większa - tak jak w prostej grzałce.

Różna może być za to sprawność zamiany prądu w promieniowanie podczerwone. Tutaj różne rozwiązania paneli IR mogą być nieco lepsze lub gorsze, dając z tej samej ilości energii elektrycznej różne odczucie ciepła. Każdy promiennik zamienia cały prąd w ciepło, lecz pewną (mniejszą) część ciepła oddaje do powietrza w pomieszczeniu, co z punktu widzenia filozofii jego działania jest "stratą", bo ogrzewa się powietrze, a nie bezpośrednio ludzie w pokoju. Dlatego przy wyborze konkretnego modelu należałoby sprawdzać jego sprawność (zamiany prądu w promieniowanie IR). Ta może być różna. Np. w tym artykule na stronie 4. można znaleźć tabelę porównującą sprawność różnych rodzajów promienników IR. Jest ona bardzo różna: 50-90%, a najwyższą ma... zwykła żarówka.

Koszt zakupu

Ceny promienników w postaci paneli o mocy 500W kształtują się w granicach 600 - 800zł, choć egzemplarze podobno w jakiś sposób bardziej zaawansowane technologicznie potrafią kosztować i 1500zł.

Promiennik 500W to moc zdolna ogrzać według producenta 6mkw. powierzchni lokalu. Trzymając się tego przelicznika i kupując najtańsze promienniki, komplet będzie kosztował:

  • dla mieszkania 30m2 - ok. 3500zł
  • dla domu 150m2 - ok. 17500zł

Dla porównania za dwie wyżej opisane kwoki o łącznej mocy 500W zapłacimy 30-50zł. Skąd ta różnica w cenie? Różne mogą być temperatury pracy promienników - im wyższe tym bardziej zaawansowane i droższe materiały muszą być zastosowane.

Czy żarówkowy promiennik podczerwieni oferuje taką samą sprawność jak panel ścienny? Tu niestety brak porównań, tym bardziej rzetelnych. Na podstawie podanych tu czy tam liczb można szacować, że zakres efektywności zamiany prądu w promieniowanie podczerwone dla różnych rodzajów promienników to okolice 50-80%, przy czym zarówno żarówkowe promienniki jak i panele ścienne powinny osiągać górne rejony tego zakresu.

Konwekcja a promieniowanie

Ogrzewanie podczerwienią różni się zasadą działania od tradycyjnego ogrzewania grzejnikowego. Z fizyki znamy trzy sposoby przekazywania ciepła:

  • przewodzenie
  • konwekcja
  • promieniowanie

Grzejąc tradycyjnie, mamy grzejniki, które ogrzewają powietrze, głównie poprzez konwekcję, a więc wprawiając powietrze w ruch. To także zarzut producentów promienników wobec grzejników, że te powodują ruch powietrza, unoszenie kurzu itp. co jest niezdrowe. W konwekcji jednak nie sam kurz jest najgorszy, a mieszanka suchego powietrza z przypalonym przez gorące (> 60st.C) grzejniki kurzem.
W każdym razie grzejniki ogrzewają powietrze, od powietrza ogrzewają się mury domu, a od murów domu i powietrza zależy komfort cieplny odczuwany przez lokatorów. Taki sposób transportu ciepła daje też dość sporą różnicę temperatur w pionie, przy czym przy podłodze jest zimniej, co nie jest korzystne dla odczuwania komfortu cieplnego.

Ogrzewanie konwekcyjne - sposób działania

Ogrzewanie konwekcyjne - sposób działania

Promiennik podczerwieni działa odmiennie - zgodnie z nazwą, przez promieniowanie, czyli tak jak grzeje słońce. Ciepło jest wysyłane w postaci promieniowania podczerwonego, a do tego powietrze nie jest potrzebne. Bezpośrednio ogrzewane są ściany, meble i ludzie.

promieniowaniePodobna sytuacja występuje w mroźny, słoneczny dzień. Mimo, że powietrze ma temperaturę grubo poniżej zera, to świecące słońce sprawia, że odczuwamy znacznie wyższą temperaturę. Ale wystarczy schować się do cienia, by znów poczuć temperaturę otoczenia.

Promiennik zainstalowany w mieszkaniu z jednej strony ma za zadanie ogrzewać ludzi promieniowaniem wprost, a z drugiej strony - grzać ściany i meble, których temperatura decyduje o tym, w jakim zakresie temperatur powietrza odczuwamy komfort cieplny.

Gra na odczuciach

Oto cały trik w ogrzewaniu promiennikami: równomierne ogrzewanie ścian, podłóg i mebli, aby odczucie komfortu cieplnego uzyskać w niższej temperaturze niż to miałoby miejsce przy ogrzewaniu konwekcyjnym. Jest to podejście mające umocowanie w fizyce. Spójrzmy na poniższy wykres komfortu cieplnego.

Wykres komfortu cieplnego

Wykres komfortu cieplnego

Aby warunki w pomieszczeniu były odczuwane jako optymalne, trzeba:

  • albo zagrzać ściany do min. 18st.C
  • albo zagrzać powietrze do min. 24st.C a wtedy ściany mogą mieć 15st.C

Promienniki podczerwieni realizują ten pierwszy scenariusz: grzeją ściany i meble, ograniczając konieczność grzania powietrza. Do tego dochodzi promieniowanie padające bezpośrednio na ludzi, które poprawia odczucie komfortu cieplnego.
Natomiast w ogrzewaniu grzejnikami często realizuje się wariant drugi, ponieważ przekazywanie ciepła z powietrza do ścian nie jest proste ani szybkie.

Sposób grzania realizowany przez promienniki podczerwieni rokuje nadzieje na oszczędności czyli ogrzanie domu do poziomu komfortu cieplnego mniejszym nakładem energii. Ale czy oszczędność ta może zniwelować wysoką cenę prądu w porównaniu nawet do gazu ziemnego? Nie ma miarodajnych testów, które mogłyby wykazać, jakie będą koszty osiągnięcia porównywalnego komfortu cieplnego przy zastosowaniu promienników i innych metod ogrzewania. Marketing świetnie radzi sobie bez nich, posługując się jedynie chwytliwymi hasełkami i obietnicami.

Naczelna zasada obowiązująca niezależnie od metody ogrzewania: to budynek określa, ile ciepła trzeba zużyć przez całą zimę. Aby utrzymać ściany w temperaturze 20st.C nadal większość energii zużywanej przy ogrzewaniu konwekcyjnym trzeba dostarczyć. Ewentualne oszczędności raczej nie wyniosą 70% czy 50%, ale sporo mniej.

Pomyśl stryjek zanim zamienisz

Zastosowanie promienników w mieszkaniu nie musi być tak różowe, jak handlowcy starają się je malować. A gdzie faktycznie promienniki się sprawdzają? W obiektach o dużych kubaturach: wysokich halach produkcyjnych, namiotach, dużych pomieszczeniach hodowlanych itp. gdzie ogrzanie konstrukcji pomieszczeń, przedmiotów i powietrza byłoby bardzo drogie. Albo - w przypadku stosowania ich na otwartych przestrzeniach (np. ogródkach piwnych) - niemożliwe do wykonania. I tam właśnie idealnie (możliwe owe ~70% oszczędności) z pomocą dla nas, zwierząt hodowlanych oraz naszych kieszeni przychodzą promienniki podczerwieni, ogrzewając bezpośrednio promieniami IR zwierzaki i nas samych.

Istoty żywe odczuwają ciepło pochodzące od promieniowania pomimo, że otaczające powietrze ma np. +15st.C. Jest to pewnego rodzaju oszustwo grzewcze, ale czasami inaczej się po prostu nie da. W mieszkaniach dla uzyskania realnego komfortu da się i można ogrzewać inaczej - przede wszystkim taniej i skuteczniej - zapewniając wygrzanie ścian.

Promienniki podczerwieni znajdują się w legalnym obrocie i do określonych zastosowań nadają się znakomicie. Ale zainstalowane bez namysłu i szacunków opłacalności, mogą odbić się bolesną czkawką. Cudów, zwłaszcza w technice grzewczej, po prostu nie ma i za ciepło trzeba płacić.

Przetestuj podczerwień po taniości

Zanim wyrzucisz swój poczciwy kocioł węglowy i wydasz poważne sumy na promienniki podczerwieni, sprawdź w przybliżony acz prosty sposób czy się to opłaci.

  • Wybierz nieduży pokój w domu, najlepiej z chociaż dwiema ścianami zewnętrznymi
  • Kup 3-4 sztuki kwoczek, których łączna moc elektryczna będzie zbliżona do tej, jaką zaleca producent promienników na taki metraż pomieszczenia (do żarówek mogą być konieczne odporne na ciepło oprawy, gdyż się dość mocno).
  • Rozmieść żarówki w pokoju, zakręcając tam uprzednio grzejniki. Niech będą skierowane na ściany i miejsca, w których przebywasz (np. fotel, biurko, łóżko).
  • Spisz stan licznika i włącz wszystkie kwoki. Uważaj by nic wrażliwego na ciepło nie znalazło się tuż przed żarówkami.
  • Przebywaj w tym pomieszczeniu, by sprawdzić odczuwany komfort cieplny. Sprawdź też ile stopni pokazuje termometr, a najlepiej zainwestuj 30-50zł w pirometr (termometr bezdotykowy), by zmierzyć temperatury ścian przed i w trakcie eksperymentu
  • Czas pracy żarówek trzeba ręcznie dostosować do potrzeb, tzn. wyłączać je gdy temperatura wzrośnie nadmiernie. Idealnie byłoby mieć zautomatyzowane sterowanie, ale na potrzeby takiego testu można się parę dni pomęczyć. Być może włączenie jedynie części posiadanych żarówek na stałe pozwoli im pracować ciągle bez przegrzewania pomieszczenia. Zależy to od mocy pojedynczej żarówki i aktualnych warunków pogodowych (ile ciepła ucieka z pomieszczenia).
  • Eksperyment powinien potrwać kilka dni, aby wpływ grzania podczerwienią zaczął być zauważalny.
  • Na koniec spisz stan licznika, odejmij wskazanie z początku eksperymentu, podziel przez liczbę dni jego trwania i porównaj, o ile wyższe było dzienne zużycie prądu od przeciętnego (które możesz uzyskać np. odczytując licznik 24h po zakończeniu eksperymentu).
  • Odejmując dzienny koszt z dni eksperymentu od przeciętnego dostaniesz dzienny koszt pracy promienników
  • Otrzymaną kwotę podziel przez powierzchnię (m2) podłogi testowego pomieszczenia. Teraz ten wynik przemnóż przez powierzchnię całego mieszkania. To byłby dzienny koszt ogrzania mieszkania podczerwienią.

Naturalnie wynik takiego eksperymentu nie będzie bardzo dokładny, ale dostaniesz przybliżony pogląd na zużycie energii przez promienniki i próbkę komfortu cieplnego, jaki w ten sposób uzyskasz. Jeśli wyliczona kwota jako cena za naprawdę czyste i bezobsługowe ogrzewanie cię nie przeraża, to może warto zaryzykować. Instaluj promienniki i ciesz się estetycznym, ekologicznym, zdrowym i na pewno wygodnym ogrzewaniem.

-- Szponi + Juzef