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.
Безопасность систем газового лучистого отопления
В. В. Язовцев, генеральный директор ООО «Промэнергогаз-2», почетный строитель России
В. А. Миридонов, зам. генерального директора ООО «Промэнергогаз-2»
В. А. Вершилович, преподаватель НОУ УЦ «Промэнергогаз», vervla@inbox.ru
Анонс
Системы газового лучистого отопления (ГЛО) имеют ряд достоинств, которые позволяют применять их в заводских цехах, на складах, в ангарах и т. д. В статье рассмотрены особенности проектирования, монтажа и эксплуатации систем ГЛО, оказывающие влияние на безопасность их применения.
Традиционные системы конвективного отопления имеют ряд особенностей, не позволяющих им эффективно обогревать промышленные и сельскохозяйственные здания, имеющие большую высоту и площадь. При конвективном отоплении нагретый воздух поднимается вверх, образуя «тепловую подушку» под кровлей, что приводит к значительным потерям тепла. Требуются значительные затраты на подготовку и использование промежуточного теплоносителя – воды. Высокие помещения (выше 15 м) невозможно качественно обогреть, используя конвективные методы отопления.
Преодолеть подобные недостатки можно используя для передачи тепла не конвекцию, а тепловое излучение, что успешно реализуется в системах газового лучистого отопления (ГЛО). Главное отличие лучистого отопления от конвективного заключается в обогреве площади, а не объема помещения. Инфракрасное излучение, испускаемое расположенным в верхней части помещения обогревателем, отдает тепло полу, стенам, оборудованию, которые за счет конвекции нагревают воздух в рабочей зоне.
Основной элемент системы ГЛО – инфракрасный излучатель. Газовые излучатели работают в коротковолновом и средневолновом спектрах. Первые называются «светлыми» – по длине волны они ближе к видимому свету. В средневолновом диапазоне работают темные инфракрасные излучатели с температурой излучающей поверхности до +600 °С [1]. Они излучают преимущественно в невидимом диапазоне.
Преимущества систем ГЛО
К основным преимуществам систем ГЛО можно отнести:
- отсутствие промежуточного теплоносителя, снижение издержек на его подготовку, перекачивание по трубопроводам, а также обслуживание и ремонт теплотрасс;
- возможность обогрева отдельных зон (участков, линий), в том числе расположенных на открытом воздухе;
- безинерционное выполнение функций дежурного отопления в ночное время, праздничные и выходные дни, при вынужденном простое;
- возможность снижения температуры воздуха в рабочей зоне (на 2–5 °С) при сохранении условий теплового комфорта.
Согласно [1] при использовании систем с газовыми инфракрасными излучателями «стоимость энергоресурсов, используемых для отопления производственных помещений, может быть сокращена в 2,5–3 раза. Системы быстро монтируются, бесшумно работают и полностью автоматизированы».
Учитывая вышеизложенные преимущества систем ГЛО, можно предположить, что они будут находить все большее применение. Вместе с тем период активного использования систем ГЛО в России невелик, их безопасность еще недостаточна изучена. Рассматривая вопросы безопасности при использовании лучистого отопления, необходимо выделить отдельные аспекты, относящиеся к проектированию, монтажу и эксплуатации.
Особенности проектирования и монтажа систем ГЛО
При проектировании систем ГЛО необходимо учитывать требования, изложенные в СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб», требования промышленной безопасности, содержащиеся в нормативных актах Ростехнадзора.
К особенностям систем ГЛО, которые необходимо учитывать при проектировании, относятся:
- системы ГЛО имеют ограничения по области применения и высоте размещения;
- излучатели оказывают тепловое воздействие на расположенное рядом оборудование;
- продукты сгорания от некоторых излучателей попадают непосредственно в помещение, в котором они установлены.
Системы ГЛО допускается применять «для отопления отдельных производственных помещений или зон категорий В3, В4, Г и Д, для обогрева участков и отдельных рабочих мест в неотапливаемых помещениях, на открытых и полуоткрытых площадках, а также для помещений общественных зданий с непостоянным пребыванием людей… Применение газовых излучателей в подвальных помещениях, а также в зданиях III, IV и V степеней огнестойкости не допускается» [2].
Размещение приборов лучистого отопления с температурой поверхности выше +150 °С следует предусматривать в верхней зоне помещения [2]. Производители систем ГЛО указывают в заводской документации, что излучатели необходимо устанавливать на высоте не менее 3,5–4 м от поверхности пола.
При размещении инфракрасных излучателей необходимо учитывать тепловое воздействие, которое они оказывают на окружающее пространство. Расстояние от горелок инфракрасного излучения до конструкций из горючих и трудногорючих материалов (перекрытий, оконных и дверных коробок и т. п.) должно быть, как правило, не менее 0,5 м при температуре излучающей поверхности до +900 °С и не менее 1,25 м для температуры выше +900 °С при условии защиты или экранирования негорючими материалами. Открытая проводка должна находиться на расстоянии не менее 1 м от излучателей [3]. Системы ГЛО в производственных зданиях устанавливают в верхней части помещения, излучатели оказываются в непосредственной близости от кабелей, светильников, электрооборудования мостовых кранов, лебедок и т. п. Возникающие при проектировании и монтаже проблемы, обусловленные воздействием излучателей на электрооборудование, должны решаться с учетом вышеизложенных требований.
Продукты сгорания излучателей могут удаляться из помещения наружу через дымоходы или попадать в помещение и в дальнейшем удаляться вентиляцией. Газовые излучатели допускается применять при условии удаления продуктов сгорания, обеспечивая ПДК вредных веществ в воздухе рабочей или обслуживаемой зоны ниже допустимых величин [2]. Расчет вентиляции помещений, где предусматривается установка горелок инфракрасного излучения, следует выполнять, руководствуясь нормами предельно допустимых концентраций СО2 и NOx в воздухе рабочей зоны. Размещение вытяжных устройств следует предусматривать выше излучателей, а приточных устройств – вне зоны излучения горелок [3].
При проектировании важно помнить об отрицательных явлениях, обусловленных выбросами с продуктами сгорания вредных веществ в атмосферу. Имея преимущества по большинству показателей перед котельными, системы ГЛО уступают им по рассеиванию загрязняющих веществ, создавая более высокие значения приземных концентраций, что может послужить серьезным фактором, затрудняющим прохождение проектной документацией экологической экспертизы.
Особенности эксплуатации систем ГЛО
Накопленный в Нижегородской области опыт эксплуатации инфракрасных излучателей позволил выделить некоторые недостаточно изученные аспекты безопасности. Во-первых, размещение излучателей на высоте 4 м и более от пола осложняет контроль продуктов сгорания на предмет полноты сгорания газа, контроль работы системы ГЛО в целом. Если в одном из обогревателей процесс горения выйдет за показатели, установленные по результатам режимно-наладочных работ, своевременно обнаружить и устранить неисправность при большом количестве излучателей будет затруднительно. По этим же причинам затруднено выполнение технического обслуживания и текущего ремонта внутренних газопроводов и газового оборудования, которые необходимо производить в соответствии с требованиями [4].
К следующей группе можно отнести проблемы, связанные с изменением тепловлажностного режима в отапливаемом помещении после пуска в эксплуатацию систем ГЛО. На графике (рис. 1) отображено распределение температуры в помещении по высоте при использовании лучистого и конвективного отопления. Системы ГЛО поддерживают в верхней части здания значительно меньшую температуру, с увеличением высоты эта разность возрастает. В результате отсутствия «тепловой подушки» происходит перераспределение температур по высоте помещения.
 |
