輻射傳熱系統(tǒng)的示意圖
圖中帶顏色的直線(xiàn)反映了能量（熱能）傳輸路徑。
在該系統(tǒng)中，電能通過(guò)輻射器線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈發(fā)熱并以熱傳導(dǎo)的形式將能量傳遞給陶瓷體，陶瓷升溫，并對(duì)系統(tǒng)其它部分輻射紅外射線(xiàn)（圖示紅色直線(xiàn)）。系統(tǒng)中的材料、空氣、結(jié)構(gòu)等受輻射后溫度持續(xù)升高，同時(shí)，各個(gè)部分之間又會(huì)以輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)等方式進(jìn)行能量交換（圖示洋紅色、綠色直線(xiàn)）。而在系統(tǒng)與環(huán)境之間，又會(huì)不斷的進(jìn)行能量交換（圖示藍(lán)色直線(xiàn)）。
從示意圖中我們可以很直觀的看出，在輻射傳熱系統(tǒng)中，真正能為受熱材料所利用的能量，占比非常小，換句話(huà)說(shuō)，能量損耗是客觀存在的，而且非常大。那么，我們?nèi)绾翁岣咻椛浼訜岬男剩瑴p少能耗呢？研究表明，加熱系統(tǒng)的能耗情況，與輻射器性能、受熱材料的物質(zhì)屬性、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及環(huán)境等密切相關(guān)。我們不妨從這幾個(gè)方面展開(kāi)討論。
輻射器的性能
作為輻射傳熱系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換的第一環(huán)節(jié)，輻射器的性能特性至關(guān)重要。電阻線(xiàn)圈能否有效地將電能轉(zhuǎn)化為熱能并傳導(dǎo)給陶瓷體，陶瓷體能否將熱能有效轉(zhuǎn)化為紅外射線(xiàn)并進(jìn)行正向輻射，直接影響到傳熱系統(tǒng)的能耗。
德國(guó)Elstein-Werk作為陶瓷紅外線(xiàn)輻射器的發(fā)明者，在幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐中，通過(guò)選擇優(yōu)質(zhì)、合適的電阻線(xiàn)圈和陶瓷材料，并不斷地對(duì)加熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，已成功地大幅降低輻射器能耗，如Elstein HTS系列產(chǎn)品（空心帶隔熱棉結(jié)構(gòu)），對(duì)比Elstein FSR系列產(chǎn)品（實(shí)心結(jié)構(gòu)），同等條件下能耗降低15%。
陶瓷加熱器工作原理看似簡(jiǎn)單，但是產(chǎn)品設(shè)計(jì)要綜合考慮耐用性（壽命）、工作效率、能耗、加熱均勻度等問(wèn)題時(shí)，往往非常困難。部分廠(chǎng)家可根據(jù)Elstein產(chǎn)品外形進(jìn)行仿制，但是經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品發(fā)熱嚴(yán)重，而輻射效率低的問(wèn)題，能耗非常大。
我們舉例進(jìn)行說(shuō)明：老式鎢絲燈用于照明時(shí)，通電后鎢絲發(fā)熱溫度達(dá)2500℃，而位于可見(jiàn)光波段的能量只占總能量的8.8%，其他能量對(duì)照明不起作用，這說(shuō)明鎢絲燈只有不到10%的能量用于照明，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。
鎢絲燈（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
材料的物質(zhì)屬性
輻射傳熱系統(tǒng)中，最終目的是使受熱材料吸收紅外射線(xiàn)并升溫，達(dá)到軟化、受熱、熔融等效果，但是我們知道，不同材料對(duì)紅外射線(xiàn)的吸收效果是不一樣的。
不同材料對(duì)紅外線(xiàn)的吸收率
油漆、水、常見(jiàn)塑料、紙等材料對(duì)紅外線(xiàn)的吸收率非常大，鋼鐵、鋁等金屬材料對(duì)紅外線(xiàn)的吸收率則非常小。因此，我們需要根據(jù)材料對(duì)紅外線(xiàn)的吸收特性，選擇最合適的加熱方式，在紅外輻射傳熱系統(tǒng)中，要求受熱材料對(duì)紅外線(xiàn)有良好的吸收，才能確保能量最大化利用，反之，能量損耗嚴(yán)重。如果有客戶(hù)打算使用紅外線(xiàn)輻射的方式加熱鏡面鋁板，我們會(huì)建議客戶(hù)換種加熱方式，或者對(duì)鋁板進(jìn)行表面處理，提高鋁板對(duì)紅外線(xiàn)的吸收率，否則加熱效果差能耗高。
系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境
輻射傳熱系統(tǒng)中，除了輻射器、受熱材料外，還包括空氣、安裝結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)等部分，共同組成輻射傳熱系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境。這些部分對(duì)系統(tǒng)的能耗同樣有非常大的影響。
具體的，空氣雖然看不見(jiàn)但無(wú)處不在，并且“阻隔”在輻射器和受熱材料之間，阻礙著紅外射線(xiàn)直接抵達(dá)材料表面?？諝饪刹糠治占t外射線(xiàn)，宏觀體現(xiàn)在空氣溫度上升，同時(shí)，熱空氣以熱對(duì)流的形式不斷將熱量傳遞給系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)等，導(dǎo)致內(nèi)部環(huán)境整體溫度上升，能量不斷以無(wú)用功的形式損耗。
同時(shí)，輻射器的紅外射線(xiàn)，部分是以漫射發(fā)射的形式對(duì)材料進(jìn)行加熱，必不可免的有部分射線(xiàn)直接加熱周?chē)Y(jié)構(gòu)，同樣會(huì)導(dǎo)致能量損耗。
因此，在輻射傳熱系統(tǒng)中，我們要盡可能減少空氣擾動(dòng)，并采用金屬結(jié)構(gòu)做安裝、支撐，且金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)輕量化、遠(yuǎn)離輻射區(qū)域，避免過(guò)多能量損耗。我司有客戶(hù)將Elstien陶瓷紅外線(xiàn)輻射器用于真空實(shí)驗(yàn)箱，對(duì)材料進(jìn)行加熱，加熱效果良好，且對(duì)比常壓環(huán)境，能耗降低約12%。此外，Elstien-Werk設(shè)計(jì)了BSI加熱系統(tǒng)、BST加熱系統(tǒng)、EBI加熱系統(tǒng)等，適用于裝配Elstein輻射器，不僅起安裝加熱器的作用，可有效降低加熱器背部的熱損耗。
EBI加熱系統(tǒng)（上）和CBSI加熱系統(tǒng)（下）
系統(tǒng)外部環(huán)境
輻射傳熱系統(tǒng)與外部環(huán)境間的能量交換，主要以空氣對(duì)流換熱，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)外輻射傳熱和熱傳導(dǎo)三種方式進(jìn)行。這部分能量交換在所難免，但我們可以考慮采用封閉式加熱系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽阻隔，降低能耗，減少輻射系統(tǒng)內(nèi)部與外部的對(duì)流換熱。
我們?cè)谟拦虒?shí)驗(yàn)室中，將兩組Elstein EBI加熱系統(tǒng)放置在帶隔熱層的半封閉不銹鋼箱體中，加熱系統(tǒng)上下對(duì)射加熱，溫度設(shè)定在750℃，實(shí)驗(yàn)記錄能耗情況。我們發(fā)現(xiàn)，在同等條件下，與敞開(kāi)環(huán)境對(duì)比，半封閉系統(tǒng)中輻射加熱可節(jié)能19%。
可見(jiàn)外部環(huán)境對(duì)輻射傳熱系統(tǒng)的能耗有很大影響，客戶(hù)在使用時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)隔熱問(wèn)題，避免能源過(guò)渡浪費(fèi)。
EBI加熱系統(tǒng)置于不銹鋼箱體中（箱體尺寸535mm×420mm×310mm，隔熱層厚40mm）