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.

Инфракрасные и газовые промышленные обогреватели

Габариты отдельных жилых помещений, будь то квартира или дом, привязаны к назначению комнаты и ориентированы на комфорт, обеспеченный рационально. Поэтому в квартирах редко встретишь помещения площадью больше 30, а в частных домах – более 50 м кв., эффективный обогрев которых сложно обеспечить бытовыми отопителями — приборами ограниченной мощности.

Габариты помещений промышленных зданий обусловлены технологическим процессом, могут в десятки раз превышать размеры жилья, и обеспечение в них необходимого температурного режима обогревателями бытового назначения чаще всего невозможно — для этих целей выпускаются промышленные обогреватели, то есть отопительное оборудование промышленного назначения.

Назначение промышленных обогревателей и предъявляемые к ним требования

Отопительное оборудование промышленного назначения применяется для поддержания в производственных и производственно-бытовых помещениях необходимого температурного режима.

По степени мобильности отопительное оборудование можно разделить на агрегаты стационарного размещения и переносные (передвижные) устройства обогрева.

Стационарный и переносной обогреватели производственного назначения

Стационарные обогреватели промышленного использования размещаются на проектных местах с учётом максимальной эффективности использования, и их место расположения по определению постоянно. В зависимости от поставленных задач, стационарные агрегаты отопления обеспечивают возможность выполнения работниками своих обязанностей на рабочем месте и/или определённый температурный режим в цехе, являющийся необходимым для конкретного технологического процесса.

Переносные промышленные устройства обогрева применяются с той же целью, но, в том числе, в помещениях, где необходимость подержания определённой температуры – фактор временный, например, выполнение внутренних строительных, монтажных и отделочных работ в зимний период, или отопление. Мобильность такого оборудования является бесспорным преимуществом, позволяющим использовать отопительные агрегаты на разных объектах по мере необходимости.

Исходя из условий эксплуатации, обогреватели для производственных помещений должны отвечать следующим требованиям:

• эффективность – достаточная мощность для быстрого достижения результата и минимизации потерь рабочего времени;
• экономичность – приемлемость затрат на обогрев значительных площадей;
• экологичность и безопасность – отсутствие вредных для человека факторов и соответствие требованиям безопасности в конкретных условиях эксплуатации.

Эстетичность исполнения производственных обогревателей отступает на второй план, но в условиях конкуренции дизайнерские решения современного отопительного оборудования для производства, как правило, находятся на высоком уровне.

Даже полное отсутствие художественных приёмов и строгость в оформлении промышленных обогревателей сохраняют их эстетичность на приемлемом уровне.

Важно! Анализ эффективности различных способов обогрева производственных помещений и расчёты затрат показали, что использование инфракрасных агрегатов по сравнению с применением систем центрального, воздушного или конвективного отопления имеет ряд бесспорных преимуществ, что делает ИК-обогреватели наиболее рациональными устройствами для обеспечения температурного режима в промышленных зданиях.

Виды инфракрасных отопителей промышленного назначения

Итак, наиболее эффективными и соответствующими условиям производства признаны ИК-обогреватели, так как они не используют воздух в качестве транзитной среды (в цехах распространены сквозняки) и потому пригодны для работы на открытых площадках, обладают высокой скоростью теплопередачи и эффективны для обогрева движущихся объектов (конвейеры, сушильные камеры, печи обжига).

Но получить инфракрасное излучение можно путём использования различных энергоносителей, обуславливающих конструкцию обогревателей. Рассмотрим наиболее распространённые виды инфракрасных обогревателей, выпускаемых для промышленных нужд.

Электрические ИК-отопители для промышленности

Установка таких агрегатов производится на потолки или стены, управление осуществляется в основном с проводных устройств настенного размещения, но для удобства пользования в некоторых моделях предусмотрено дистанционное беспроводное управление и, кроме того, возможность подключения к терморегулятору.

Мощность электрических агрегатов находится в диапазоне 2-7,5 кВт, что обуславливает потребляемое напряжение – 220 или 380 В.

Ручной пульт дистанционного управления обогревателем и место расположения коммутатора сигнала.

Конструктивно промышленные электрообогреватели инфракрасного действия состоят из металлического корпуса, рефлектора-отражателя и излучателя инфракрасных волн.

Корпус покрыт термостойким защитным лакокрасочным составом, выполненным, как правило, способом напыления. Рефлектор с целью увеличения отражающей площади изготавливается гофрированным.

В качестве излучателя в промышленных электрических ИК-обогревателях используются кварцевые или галогенные лампы со специальным напылением на колбе (карбоновые в связи с малой мощностью не используются) или ТЭНы (трубчатые электронагреватели).

Способы крепления инфракрасных промышленных обогревателей – выносные кронштейны и подвесные устройства.

ТЭНы, в свою очередь, могут быть открытого или закрытого расположения.

При открытой компоновке нагреватель в корпусе виден и, хоть агрегат и оснащён защитной решёткой, отопитель является менее безопасным, так как его температура после нагрева достигает 800 градусов. Обогреватели с ТЭНом открытой компоновки монтируются в недоступных для персонала местах и используются в производственных помещениях со значительной высотой потолков (10 м и более), при отсутствии наружной теплоизоляции, с наличием сквозняков или необходимостью регулярного проветривания.

Инфракрасные электрообогреватели с открытым расположением ТЭНа.

При закрытом расположении ТЭН расположен за гофрированной металлической пластиной, не контактирующей с ним напрямую и потому нагревающейся только до 200 градусов, что повышает безопасность электрообогревателя, но снижает эффективность обогрева. Агрегаты с ТЭНом закрытого размещения используются в не продуваемых помещениях с наружным утеплением стен.

Для расчётов эффективности промышленного обогревателя в конкретном помещении используют величину, называемую плотностью мощности и измеряемую в ваттах на квадратный метр (Вт/м кв.) – количество мощности для обеспечения необходимого температурного режима на площади в 1 м кв. Расчётные значения сведены в таблицу с учётом региона, степени теплозащиты ограждающих конструкций и рекомендуемого температурного порога для данного производства. К примеру, для поддержания в помещении температуры в 19 градусов необходимо затратить до 100 Вт на 1 кв. метр пощади.

Установка настенных и потолочных ИК-обогревателей промышленного назначения выполняется в соответствии с нормами ГОСТ и рекомендациями производителя, включающими расположение, ориентацию и высоту установки.

Газовые промышленные инфракрасные обогреватели

Высокая мощность обогревателей промышленного использования обуславливает повышенное потребление энергоносителя, поэтому газовые отопители в основном рассчитаны на магистральный, природный газ, но есть и модели, потребляющие пропан (бутан).

Газовый инфракрасный обогреватель в действии. Предусмотрена возможность подключения терморегулятора, управляемого дистанционно.

Промышленные инфракрасные газовые излучатели классифицируются по температуре плоскости теплоотдачи — на устройства «светлого» (800–1000°С) и «тёмного» (300–600°С) типов.

Газовые ИК-отопители светлого типа рассчитаны на обогрев помещений большой площади с высокими потолками – производственных цехов, складов, помещений сельскохозяйственного и зоотехнического назначения, оборудованных навесами открытых площадок и т.д.

Важно! ИК-обогреватели «светлого» типа относятся к газовому оборудованию группы А1 – продукты сгорания никуда не отводятся и остаются в обогреваемом помещении, которое обязательно должно быть оборудовано системой принудительной вытяжной вентиляции.

Газовые ИК-отопители «тёмного» типа конструктивно представляют собой трубу диаметром от 75 до 120 мм, в один торец которой вмонтирована горелка, а в другой – вентилятор.

Схемы устройства и принцип действия промышленных газовых инфракрасных обогревателей «тёмного» типа.

Труба выполнена из специального теплоизлучающего сплава или покрыта термостойким покрытием с идентичными свойствами и размещена на стальном листе с зеркальной поверхностью.

На горелку подаётся газ (природный или сжиженный), который, сгорая, нагревает трубу изнутри и инициирует инфракрасное излучение ею.

Большая часть — 50-75% тепловой энергии передаётся поверхности трубы и в виде инфракрасного излучения направляется вниз — в сторону пола, среднего и нижнего поясов стен помещения, а также оборудования, чему способствует и расположенный за трубой зеркальный отражатель.

25-40% тепловой энергии от сгорания газа уходит на компенсацию теплопотерь помещением через кровлю, верхний пояс стен, и лишь 5-10% тепла уходит в атмосферу вместе с продуктами сгорания газа, отводимыми наружу.

Реальное изображение одной из моделей газового ик-обогревателя «тёмного» типа и его разрез.

Промышленные газовые обогреватели «тёмного» типа подразделяются на следующие виды:

• модульные – для локального обогрева ограниченных зон или рабочих мест;
• ленточные (блочные) – предназначены для сборки отопительных систем сложной конфигурации, повторяющих геометрию помещения.

Слева модульный и справа ленточный тип «тёмных» газовых ИК-обогревателей

Газовые инфракрасные обогреватели привлекают дешевизной используемого энергоносителя, но следует помнить о том, что газ является топливом повышенной опасности использования, и эксплуатация такого оборудования требует большего внимания, чем использование отопителей на электричестве.

Жидкотопливные инфракрасные промышленные обогреватели

Энергоносителем, потребляемым этими агрегатами, является дизельное топливо или авиационный керосин.

Принцип действия устройства основан на нагреве излучателя горящим в форсунке топливом с последующим излучением им инфракрасного спектра волн. Поэтому, в отличие от жидкотопливной тепловой пушки, эти агрегаты не создают направленных потоков воздуха, поднимающих пыль.

Жидкотопливные ИК-обогреватели производятся стационарного (модульного) и переносного использования. Устройство стационарных дизельных ИК-обогревателей промышленного применения напоминает газовые инфракрасные агрегаты, но лишь на первый взгляд – разница в энергоносителе обуславливает другую конструкцию комплектующих.
Сходство систем можно рассмотреть на примере хорошо зарекомендовавшего себя на российском рынке обогревателе INFRA.

Схема устройства промышленного инфракрасного излучателя на дизельном топливе стационарного размещения

Модульные дизельные инфракрасные излучатели используются для обогрева средней и большой площади производственных помещений, закрытых объектов сельскохозяйственного назначения (птицефабрики, фермы, теплицы), складских площадей и спортивных сооружений. При выборе обогревателя необходимой мощности удобно использовать следующую таблицу линейки моделей этих агрегатов:
Переносные дизельные инфракрасные обогреватели, не отличающиеся компактностью, не менее эффективны, чем модульные. Их конструкция, благодаря лафету с колёсами, при габаритах агрегата более метра в длину, позволяет силами одного работника перемещать оборудование в нужное место. Мощность теплоотдачи таких устройств может достигать 40 кВт и более при расходе топлива в 2-3 кг/час, что позволяет обогревать помещения площадью в 300-400 м кв. Но эффективность определяет и цену – стоимость топовых моделей может превышать сто тысяч рублей.

Важно! Использование в жидкотопливных ИК-обогревателях энергоносителей, не указанных в руководстве пользователя, запрещается.

Водяные термопанели

Данное излучающее инфракрасное устройство для промышленного применения представляет собой систему, собранную из отдельных секций, представляющих собой профилированный стальной или алюминиевый лист-отражатель, в котором смонтирована система трубок для движения теплоносителя – горячей воды. Соединение секций производится с помощью фитингов.

Виды обогревательных секций с подводом горячей воды и их соединение

Такие устройства при простоте конструкции отличаются надёжностью, долговечностью, высокой экономичностью и эффективностью применения. Немаловажное значение имеет фактор отсутствия в системе горючего энергоносителя, что делает устройство абсолютно экологичным и в высокой степени безопасным.

Инфракрасные обогреватели с подводом горячей воды монтируются на потолке или стенах и идеально подходят как для производственных, так и сельскохозяйственных, складских и других помещений. Основание, запланированное к размещению системы отопления, предварительно оборудуется теплоизоляцией – для уменьшения теплопотерь через несущую конструкцию. Незначительный вес секций в большинстве случаев не предъявляет дополнительных требований к несущим характеристикам основания, и соблюдение правил установки, рекомендованных производителем, обеспечивает надёжность монтажа устройства.

Заключение

Модельный ряд каждого вида инфракрасных обогревателей промышленного применения постоянно расширяется, а существующие модели совершенствуются, что обуславливает снижение цен на давно известную продукцию. Поэтому для рационального выбора инфракрасного промышленного излучателя есть все условия, нужно лишь учесть все нюансы условий эксплуатации и грамотно оценить такой показатель агрегата, как соответствие цены оборудования его эффективности.