Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями

Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями относятся к категории систем лучистого обогрева, обеспечивающих формирование микроклимата за счет прямого теплового излучения и вторичного излучения от нагретых поверхностей пола и оборудования, и представляют собой один из наиболее совершенных как с точки зрения возможности обеспечения требуемых параметров теплового режима, так и с точки зрения экономической эффективности способов отопления помещений и зданий различного назначения. При обогреве отдельных рабочих мест и зон, открытых и полуоткрытых площадок применение лучистых систем практически не имеет альтернативы.

НП «АВОК» при участии Института медицины труда РАМН разработан стандарт СТО НП АВОК 4.1.5–2006 «Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями». Стандарт согласован с Управлением государственного пожарного надзора МЧС России.

Основным элементом систем лучистого отопления и обогрева является газовый инфракрасный излучатель (ГИИ), включающий газогорелочный блок, элементы с нагреваемой при сжигании газа теплоизлучающей поверхностью, теплоотражающий экран, системы управления и безопасности.

Используются ГИИ следующих типов:

• «светлые», с открытой атмосферной газовой горелкой, не имеющей организованного отвода продуктов горения;
• «темные», с вентиляторным газогорелочным блоком, отводом продуктов сгорания за пределы помещения.

«Светлые» ГИИ имеют тепловую мощность от 3 до 40 кВт и температуру излучающей поверхности более 600 0 C.

Вентиляция помещений с ГИИ, не оборудованных системой отвода продуктов сгорания в атмосферу, может быть естественной или механической. Для удаления продуктов сгорания могут быть использованы системы общеобменной или местной вентиляции. Система вентиляции должна обеспечивать удаление из помещения всего объема продуктов сгорания от ГИИ. Подача воздуха в помещения с ГИИ должна быть организована таким образом, чтобы обеспечивать поступление приточного воздуха на рабочие места без перемешивания с продуктами сгорания.

Конструкция «темных» излучателей предусматривает отвод продуктов сгорания за пределы помещения, в том числе от группы излучателей через общий газоход, который в случае необходимости может быть присоединен к дымососу.

«Темные» излучатели могут быть трех типов: локальные, локально-модульные, центральные газовоздушные. Конфигурация и размеры систем с локально-модульными и центральными газовоздушными ГИИ определяют в зависимости от объем-но-планировочных решений отапливаемого помещения или участка.

Локальные «темные» ГИИ имеют тепловую мощность от 20 до 40 кВт и температуру излучающей поверхности менее 600 0 C.

Локально-модульные «темные» ГИИ имеют тепловую мощность до 500 кВт и температуру излучающей поверхности не более 350 0 C. От локальных ГИИ отличаются тем, что теплоизлучающие трубы состоят из прямых и угловых модулей, с помощью которых может быть собрана система лучистого отопления большой длины и различной конфигурации. Модули соединяются по схеме, которая позволяет обеспечить равномерную температуру излучающей поверхности по всей длине излучателя. Для протяженных систем возможна последовательная установка нескольких газогорелочных блоков.

Центральные газовоздушные «темные» ГИИ имеют тепловую мощность излучателей до 3000 кВт и температуру излучающей поверхности не более 250 0 C. В излучающих трубах циркулирует смесь продуктов сгорания и рециркуляционного воздуха, объем смеси в 5–10 раз превышает количество воздуха, поступающего в газогорелочный блок. Системы лучистого отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями имеют следующие основные преимущества:

• высокий уровень тепловой комфортности. Системы с газовыми инфракрасными излучателями формируют благоприятный тепловой микроклимат, характеризующийся равномерным распределением температуры воздуха в объеме помещения, теплой поверхностью пола, превышающей температуру окружающего воздуха на 4–8 0 C, умеренным тепловым облучением;
• возможность поддержания условий теплового комфорта при пониженной по сравнению с нормируемой для традиционных систем температуре воздуха в рабочей зоне;
• малую подвижность воздуха в помещении, что сокращает перенос пыли и вредных выделений;
• бесшумность работы;
• незамерзаемость;
• малую инерционность;
• возможность полной автоматизации и гибкость управления;
• сокращение расхода теплоты на отопление и вентиляцию при применении газовых инфракрасных излучателей обеспечивается за счет возможности понижения температуры воздуха, поддерживаемой в помещении, существенного сокращения объема воздуха, нагреваемого до необходимой температуры при локальном обогреве рабочих мест и отдельных зон помещения, малой инерционности и гибкости управления систем; высокого, не менее 92 %, общего коэффициента полезного действия излучателей. В результате стоимость энергоресурсов, используемых на отопление производственных зданий, может быть сокращена в 2,5–3 раза;
• отсутствие промежуточного теплоносителя, снижение издержек на его подготовку, перекачивание по трубопроводам, а также обслуживание и ремонт теплотрасс; сокращение сроков монтажа.

Выбор типоразмеров и мощности, а также размещение излучателей для отопления помещения и обогрева рабочих мест производят в соответствии с рекомендациями предприятий – производителей оборудования с учетом необходимости соблюдения требований пожарной и санитарной безопасности.

Системы отопления и обогрева с ГИИ должны быть оборудованы системой управления, обеспечивающей:

• отключение подачи газа при срабатывании систем автоматической пожарной защиты (системы противодымной защиты, пожарной сигнализации и пожаротушения и т. п.);
• отключение подачи газа при недопустимом отклонении давления газа от заданного;
• возможность дистанционного (от щита управления, установленного в доступном месте) отключения всех излучателей;
• поддержание требуемой температуры в рабочей зоне помещения. В системах следует применять специальные датчики, интегрально реагирующие на сочетание температуры воздуха и радиационной температуры помещения.

Газогорелочные блоки газовых инфракрасных излучателей должны быть оборудованы средствами автоматической защиты, обеспечивающими отключение газовых инфракрасных излучателей и прекращение подачи газа при нарушении режимов работы или выходе из строя газовых инфракрасных излучателей.

Системы отопления и обогрева должны быть сблокированы с системой местной или общеобменной вентиляции, исключающей возможность пуска и работы системы обогрева при неработающей вентиляции.

Минимальная высота установки излучателей определяется в соответствии с требованиями пожарной безопасности и санитарно-гигиеническими требованиями.

Необходимые для обеспечения требуемых параметров микроклимата теплопроизводительность системы и количество из-лучателей при проектировании систем лучистого отопления определяют расчетом, приведенным в [1]. При размещении ГИИ целесообразно объединять их в группы в зависимости от функционального назначения участков.

На открытых или полуоткрытых площадках следует применять ветроустойчивые конструкции ГИИ с защитой от атмосферных осадков.

Варианты размещения ГИИ при отоплении помещений приведены на рисунке. При этом конкретные места установки, высота подвеса, шаг расстановки и угол наклона излучателей определяются в каждом конкретном случае в соответствии с характеристиками ГИИ.

Для систем отопления и обогрева с ГИИ характерно наличие поля интенсивного излучения со стороны излучателей, напряженность которого нормируется для головы и других частей тела человека в зависимости от температуры воздуха в помещении, продолжительности работы и других факторов [2]. При проектировании систем с ГИИ следует обязательно учитывать специфику инфракрасного отопления при расчете установочной мощности системы, выборе конструкций излучателей и схемы их размещения в помещении.

Для предупреждения неблагоприятного воздействия инфракрасного излучения на организм человека интенсивность теплового облучения при отоплении и обогреве должна быть:

• не выше 15 Вт/м 2 на поверхности незащищенных участков головы при температуре воздуха, соответствующей нижней границе допустимых величин, указанных в [2];
• не выше 25 Вт/м 2 на поверхности туловища, рук и ног человека при температуре воздуха, соответствующей нижней границе оптимальных величин, указанных в [2];
• не выше 50 Вт/м 2 на поверхности туловища, рук и ног человека при температуре воздуха, соответствующей нижней границе допустимых величин, указанных в [2].

ГИИ должны размещаться таким образом, чтобы не создавать прямого воздействия инфракрасного излучения на глаза человека в секторе рабочего обзора.

Газовое лучистое отопление – радикальное решение для повышения энергоэффективности и конкурентоспособности промышленных предприятий

В статье раскрыты преимущества системы газового лучистого отопления – промышленной отопительной системы, которая давно и успешно применяется во многих странах мира. Описан ее принцип действия, обоснована немалая экономическая выгода, а также рассмотрены причины, по которым в России такая система пока не получила особого распространения.

ООО «НПФ «РАСКО», г. Москва

Затраты на отопление производственных помещений – важная статья расхода на промышленных предприятиях. Заветная мечта любого руководителя – найти возможность сэкономить в этой сфере, причем не в ущерб комфорту людей. И такая возможность есть! Системы отопления, о которых пойдет речь в статье, в высшей степени экономичны, при этом они повышают комфортность пребывания в помещении, а значит, и качество выпускаемой продукции, а также качество услуг.

Сегодня особую актуальность стали приобретать автономные промышленные отопительные системы (ПОС). И недаром: ведь подобное отопление имеет ряд существенных преимуществ, среди которых можно выделить несколько основных: это и полная независимость от работы городских коммунальных организаций, и возможность самостоятельно выбирать температурный режим в зависимости от потребностей, и удобство эксплуатации. Отдельный плюс – минимальная бюрократическая волокита при установке системы, ведь мало построить цех, надо подключить его к системе цент­рального отопления, а это отдельная история.

По типу отдачи тепловой энергии автономные промышленные отопительные системы можно разделить на три разновидности:
— лучистые (инфракрасные);
— конвективные;
— лучисто-конвективные.

Применение традиционных систем конвективного отопления в высоких производственных помещениях (в цехах, на складах, спортивных сооружениях и объектах агропромышленного комплекса с высотой 6 метров и более) крайне неэффективно, так как в результате конвективного теплообмена (рис. 1) теплый воздух будет сосредотачиваться в верхней части помещения, тогда как в нижней будет холодно.

Рис. 1. Пример конвективной системы отопления

Рис. 2. Пример системы лучистого (инфракрасного) отопления

В то же время системы лучистого (инфракрасного) отопления (рис. 2) обеспечивают нагрев предметов (пола, оборудования) и обогрев людей (тепло ощущается на коже и одежде) именно в необходимых зонах. По сути, такая система является аналогом согревающего действия солнечного света с той лишь разницей, что спектр излучения систем лучистого отопления (газового, электрического или водяного) находится в инфракрасном диапазоне, то есть в нем полностью отсутствует вредный ультрафиолет.

По экономическим показателям, а именно по стоимости топлива, необходимого для обогревания соответствующих помещений и поддержания в них требуемых температур, бесспорным лидером являются системы газового лучистого отопления. Это определяется, во‑первых, тем, что стоимость природного газа, необходимого для выработки единицы тепловой (в данном случае лучистой) энергии, существенно ниже стоимости, требуемой для выработки такого же количества тепла электроэнергии, а во‑вторых, тем, что (в отличие от систем водяного лучистого отопления) отпадает потребность в строительстве котельной (пусть даже газовой) для нагрева воды, а также трубопроводов и насосного оборудования для ее циркуляции от котельной к соответствующим излучателям лучистой энергии и обратно.

Современные системы газового лучистого отопления не только экономически самые эффективные среди всех ПОС, но и успешно разрушают стереотип о том, что газ – это опасно. Оборудованные встроенной системой защиты от погасания пламени в газовых инфракрасных излучателях (ГИИ), оснащенные системой контроля загазованности они уже долгие десятилетия успешно применяются во многих странах мира, в первую очередь – наиболее развитых [1], для отопления всех типов производственных помещений (цехов, логистических складов, авиационных ангаров, железнодорожных депо, крупных гаражей), сельскохозяйственных объектов (теплиц, ферм и др.), стадионов, спортивных залов, выставочных комплексов, зрелищных и культурно-просветительских учреждений. В России системы отопления с ГИИ, согласно СП 60.13330.2012 [2], допускается применять в помещениях с категорией взрывопожароопасности В2, В3, В4, Г и Д и зданий I, II, III, IVСО степени огнестойкости согласно Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности ФЗ № 123 от 22.07.2008 г. [3].

Экономический эффект от оснащения системами газового лучистого отопления указанных промышленных объектов более чем очевиден: затраты на отопление снижаются в 3–5 и более раз, а срок окупаемости проектов в подавляющем большинстве случаев не превышает 0,5–2 лет.

На российском рынке системы газового лучистого отопления представлены продукцией целого ряда известных производителей, таких как АО «Сибшванк», GoGas Goch GmbH, Carlieuklima Spa, Fraccaro s. r.l., Adrian Group s. r.o. и др. Наиболее предпочтительной по совокупности характеристик «цена/качество», срокам поставки, уровню сервисного обслуживания и технической поддержки на всех этапах от проектирования ПОС до ее последующей эксплуатации является продукция АО «Сибшванк», Тюмень – дочернего предприятия фирмы «Шванк ГмбХ» (Германия), мирового лидера в области газового лучистого отопления. Производство «Сибшванк» имеет высокую степень локализации в России. Соответственно применение этой продукции в полной мере соответствует взятому в последние годы курсу на импортозамещение. Кроме того, в результате существенного ослаб­ления курса рубля по отношению к ведущим мировым валютам цены на продукцию АО «Сибшванк» выгодно отличаются от цен упомянутых зарубежных производителей.

АО «Сибшванк» производит «светлые» и «темные» ГИИ, а также приборы контроля и регулирования для управления ПОС указанного типа.

«Сердцем» ГИИ «светлого» типа (рис. 3) является не имеющая равных в мире керамическая плитка Schwank. При сгорании смеси газа и воздуха температура на поверхности плитки достигает 950 °C, и она начинает испускать инфракрасное излучение, которое, достигая обогреваемых поверхностей, преобразуется в тепловую энергию. Нагретая поверхность плитки светится оранжевым цветом, поэтому инфракрасные обогреватели подобного типа принято называть «светлыми». Рефлекторы излучателя направляют лучистое тепло на поверхность, подлежащую обогреву.

Рис. 3. Конструкция ГИИ Schwank «светлого» типа

Светлые ГИИ «Сибшванк» применяются для отопления производственных цехов, ангаров, складов, спортивных залов и церквей (высотой 5–6 метров и более). Кроме того, компания «Сибшванк» предлагает специальные (ветрозащищенные) модели светлых ГИИ для отопления трибун футбольных стадионов, террас, открытых площадок ресторанов, кафе и других заведений.

Рис. 4. ГИИ Schwank «светлого» типа

Потребителям предлагаются 3 ви­да инфракрасных обогревателей «светлого» типа (рис. 4):
— supraSchwank – модель премиум-класса;
— termoSchwank [серия 2100] – промышленный стандарт;
— ecoSchwank [серия 2000] – базовая модель.

Отличительной особенностью ГИИ supraSchwank является уникально высокий лучистый КПД (до 81%) и, следовательно, исключительная экономичность, а также двухступенчатое или плавное управление тепловой мощностью.

Областью применения ГИИ «темного» типа (ГИИ-ТМ) являются помещения высотой не более 6–10 метров с незначительным воздухообменом: выставочные залы, склады, станции технического обслуживания, мастерские, стоянки автомобильного транспорта. Продукты сгорания от каждого излучателя удаляются с помощью дымоходов. Керамическая плитка позволяет увеличить длину пламени, что обеспечивает равномерный прогрев излучающей поверхности. Применение нагнетающего вентилятора исключает взаимодействие продуктов сгорания с окружающей средой (рис. 5).

Рис. 5. Конструкция ГИИ Schwank «темного» типа

Внешний вид ГИИ «темного» типа представлен на рис. 6.

Рис. 6. ГИИ Schwank «темного» типа

Для удобства монтажа газопровода и дымоходов ГИИ Schwank «темного» типа выпускаются в линейном и U‑образном исполнениях (рис. 7).

Рис. 7. Варианты исполнения темных ГИИ: L‑образное, U‑образное

Для управления системами газового лучистого отопления используются специализированные контроллеры, получающие информацию от датчиков температуры, размещенных в зонах обогрева отапливаемых помещений. В системах, где используются излучатели фирмы «Сибшванк», контроль температуры в помещении, включение и выключение ГИИ производится автоматически регулятором температуры «Термоконтроль» (рис. 8). При снижении температуры в помещении регулятор температуры включает ГИИ. Тепло, образующееся при сжигании газа в ГИИ, в виде потока инфракрасного излучения направляется в рабочую зону помещения, нагревая пол и оборудование. В результате температура воздуха в помещении повышается. Когда она достигает заданного значения, регулятор температуры выключает ГИИ.

Рис. 8. Регулятор температуры «Термоконтроль» с датчиком температуры

Например, модификация «Термоконтроль Плюс М» имеет до 8 контуров регулирования, то есть может обеспечить управление 8 температурными зонами (на каждую зону – свой датчик температуры). Режимы отопления могут быть запрограммированы на длительный период вперед с учетом режима работы в помещении, где установлена данная ПОС. Специальная функция «трубочист» позволяет проводить предварительную продувку системы удаления продуктов сгорания от «темных» излучателей.

Как уже отмечалось, эксплуатационные затраты при переходе на систему лучистого отопления с ГИИ в несколько раз ниже, чем при отоплении с использованием традиционных конвективных систем. В качестве примера в табл. 1 приведено сравнение указанных затрат на заводе в Челябинской области.

Таблица 1. Пример расчета эффективности применения системы газового лучистого отопления

Из представленных в ней данных следует, что эксплуатационные затраты только на потребляемые энергоресурсы при переходе на систему газового лучистого отопления уменьшаются в 3,3 раза по сравнению с затратами при теплоснабжении от ТЭЦ и более, чем в 2,9 раза – по сравнению с вариантом отопления с использованием собственной газовой котельной.

Реальная экономия на практике еще больше. Она дополнительно увеличивается за счет:
— малой инерционности систем газолучистого отопления, позволяющих снижать температуру в помещениях не только в нерабочее время, но даже во время обеденного перерыва;
— возможности поддержания необходимых температур только в рабочих зонах, а не во всем помещении в целом;
отсутствия теплопотерь и исключения утечек теплоносителя в теплотрассах от котельной до отапливаемого помещения;
резкого сокращения трудозатрат на запуск системы отопления, что даже позволяет полностью отключать отопление в дни резкого потепления, а затем так же оперативно его включать;
— исключения затрат на ремонт теплотрасс;
— резкого сокращения затрат на техническое обслуживание отопительного оборудования (полностью исключаются затраты на химводоочистку, замену циркуляционных насосов и многое другое) и т. д.

В итоге срок окупаемости проектов перевода промышленных помещений с традиционного конвективного на газолучистое отопление не превышает 0,5–2 лет.
Естественно, возникает вопрос: почему же до настоящего времени столь высокоэффективные системы отопления не нашли в России повсеместного применения? Почему в отличие от большинства стран Европы и Северной Америки, где таким образом отапливается не только большинство промышленных объектов, но и многие торговые центры, выставочные комплексы и спортивные сооружения, количество таких объектов в России не превышает нескольких процентов от потенциально возможного?

Причин здесь несколько, перечислим основные.

1. В советские годы об энергоэффективности никто не думал и средств в ее повышение не вкладывал. Соответственно возникло серьезное отставание – как техническое, так и в образе мышления ответственных лиц (государственных чиновников, руководителей предприятий, контролирующих органов).

2. Одной из форм указанной технической отсталости является несовершенство и противоречивость существующей нормативной базы. Даже по вопросу о том, в каких помещениях какие ГИИ (светлые или темные) можно применять, нет единства мнений. Это не только затрудняет процесс согласования применения ПОС с ГИИ, но и заставляет руководителей предприятий опасаться, что в случае возникновения каких-либо форс-мажорных ситуаций (например, пожара или взрыва) им можно будет вменить в вину то, что установка ГИИ была произведена с нарушением какого-то регламента (хотя, естественно, любой подобный проект до его реализации в обязательном порядке проходит экспертизу Ростехнадзора на соблюдение требований промышленной безопасности).

3. Финансовые проблемы большинства промышленных предприятий. При высочайшей энергоэффективности и крайне небольших сроках окупаемости, чего никто не оспаривает, для реализации проекта перехода на газовое лучистое отопление предприятию нужны значительные средства, которых, как правило, нет. Кредиты очень дороги. Но главное – у многих предприятий нет уверенности в успешном развитии в ближайшем будущем. В такой ситуации инвестирование в энергоэффективность большинству руководителей и собственников представляется рискованным. Вот и продолжают они латать существующую конвективную систему отопления, высасывающую из предприятия последние соки и ухудшающую его и без того сложное положение.

4. И, наконец, последнее. Известный принцип «а у соседа уже стоит» в силу незначительного в России количества систем газового лучистого отопления тоже пока не заработал. Как только их количество возрастет, «соседи» обязательно засуетятся, найдут средства даже те, у кого их раньше не было. Но для такого перехода количественных изменений в качественные, как учит нас философия, надо достигнуть определенного критического уровня!

Кто преодолеет указанные сложности и стереотипы первым, кто раньше других повысит энергоэффективность своего производства, а значит, снизит производственные издержки и себестоимость продукции (то есть фактически повысит свою конкурентоспособность), тот при прочих равных условиях не только упрочит свои позиции на рынке, но и получит новый мощный импульс к развитию. Говоря словами известного советского кинохита, информация к размышлению, господа предприниматели!

1. Молька В. Три «Э» в отоплении промышленных помещений. Киев, 2005.
2. Свод правил СП 60.13330.2012 «СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. № 279).
3. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123‑ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(64)_2016