XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020

ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМЫ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

В начале семидесятых годов в Европе при бурном развитии промышленности получили широкое распространение новые системы отопления — СЛО (Системы лучистого отопления), иногда их еще называют ГЛО (Газовое лучистое отопление), т. к. самым эффективным и экономичным теплоносителем для этих систем оказался природный газ. Значительная экономия энергии, достигаемая с помощью газовых инфракрасных лучистых обогревателей, нашла позитивный отклик у владельцев промышленных предприятий, что послужило толчком для роста фирм, производящих инфракрасные отопительные приборы.

Лучистое отопление — это вид отопления, основанный на принципе теплового излучения. Тепловое излучение — это переход тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Количество переданного тепла зависит от природы двух тел, от их взаимного расположения, от температуры их поверхностей и т.д. Между двумя телами с различной температурой, не находящихся в непосредственном контакте, происходит взаимный тепловой обмен до тех пор, пока их температура не сравняется.
Наиболее ярким примером передачи тепла от одного тела другому с помощью излучения представляют собой Солнце и Земля: тепло, излучаемое Солнцем, проходящее через космический вакуум и атмосферу, достигает поверхности Земли именно в результате эффекта излучения. Излучающее тело отдает свою энергию в виде тепла, вследствие чего его температура уменьшается; и наоборот, если поверхность какого-нибудь тела подвергается тепловому излучению, то тело, поглощая энергию, увеличивает свою температуру.

В традиционных системах отопления (конвективное отопление) случается, что температура воздуха в районе потолка заметно выше, чем в районе пола, так как более теплый воздух поднимается вверх, что ведет к неравномерности распределения температуры по высоте и непроизводительным потерям тепла в районе кровли. Это заставляет проектировщиков увеличивать мощность установки в зависимости от высоты помещения.

В установках лучистого отопления вследствие направленного излучения в нижнюю зону помещения и передачи тепла непосредственно обогреваемым поверхностям, а не воздуху, отсутствует необходимость приращения мощности установки в расчете на высоту помещения. Отсутствие застоя теплого воздуха в районе кровли способствует уменьшению теплопотерь помещения и созданию более комфортных условий для помещения. Кроме этого, в помещениях, отапливаемых приборами лучистого отопления, температура воздуха может быть немного ниже традиционно расчетной, в то время как поверхности стен и оборудования имеют температуру выше, что в целом дает то же ощущение комфорта для людей в помещении.

Системы лучистого отопления не нуждаются в промежуточном материальном теплоносителе, здесь осуществляется прямой нагрев. В то время как в традиционных конвективных системах происходит трехступенчатый нагрев помещения (котел нагревает воду, вода – радиаторы, радиаторы – воздух в помещении) что влияет на величину КПД установки. [1]

Горячие продукты сгорания газа, проходя внутри труб ИКНГ, нагревают их до высокой температуры. Инфракрасный излучатель посылает длинноволновые тепловые лучи поверхностям (полу, стенам, предметам), нагревая их, а они, в свою очередь, отдают это тепло воздуху. В результате излучатель эффективно обогревает зоны нахождения человека, а не весь объем помещения и является энергосберегающей системой.

В условиях российской зимы средний срок окупаемости составляет 1,5–2 года. Затем ГСЛО начинает приносить прибыль в виде солидной экономии.

Система управления осуществляет непрерывный мониторинг и зональный обогрев по заданным температурным режимам (рабочему, дежурному, режиму выходных и праздничных дней). Предприятие с односменным режимом работы только за счет перевода системы обогрева в режим дежурного отопления в нерабочее время, выходные и праздничные дни сэкономит до 40% газа в год.

Рисунок 1 – Состав лучистого обогревателя.

Помимо этого, в сравнении с конвективным обогревом, ГСЛО позволяет избежать потерь:

при транспортировке теплоносителя.

Общая экономия затрат тепла на обогрев может достигать 70% по сравнению с традиционной системой отопления. При существующем уровне цен расходы на отопление уменьшаются в 5–10 раз.

современные материалы, обеспечивающие долгий срок эксплуатации и легкость конструкции;

не требуются дополнительные площади;

не требуются теплотрассы, радиаторы отопления, нет проблем размораживания;

ремонтопригодность, минимальное техническое обслуживание;

уменьшение расхода энергии;

работа в автоматическом режиме;

быстрый выход на рабочий режим (5–7 минут после включения);

малая тепловая инерция, быстрый прогрев помещения;

уменьшение перепада температуры между полом и потолком;

возможность зонального отопления и отопления по сменам;

возможность снижения температуры в помещении без потери ощущения комфорта (поддерживает оптимальную температуру в зоне пребывания людей);

отсутствие сквозняков, поскольку нет принудительного перемещения воздуха;

бесшумность, безопасность и надежность благодаря многоступенчатой автоматике защиты «Honeywell».

ГАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ ИДЕАЛЬНЫ ДЛЯ ОБОГРЕВА:

мастерских по обслуживанию автомобилей;

демонстрационных залов по продаже автомобилей;

физкультурно-оздоровительных комплексов и спортивно-тренировочных учреждений. [2]

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

Инфракрасные обогреватели отличаются такими бесспорными достоинствами: быстрый прогрев помещений (15-20 минут); возможность создания теплых зон в неотапливаемых помещениях; отсутствие потерь энергии на обогрев «лишней» площади»; минимальные теплопотери в системах, работающих без теплоносителя; экономия на обслуживании, поскольку не нужно менять фильтры, проверять, чинить насосы и т.п.; комфортный микроклимат: воздух не пересушивается, пол нагревается и служит вторичным источником тепла. Нельзя устанавливать инфракрасные обогреватели: если высота потолков ниже 4 м; на производствах, где излучение влияет на качество продукции или технологические процессы; в помещениях пожарных категорий А, Б.

Рисунок 2 — Как работает инфракрасный обогреватель.

Исходя из всего вышесказанного, можно с уверенностью утверждать, что по всем показателям системы инфракрасного лучистого отопления являются наиболее перспективным способом решения проблемы эффективного обогрева цехов промышленных предприятий, складов, ангаров, железнодорожных депо, ремонтных и др. предприятий. Основной задачей на сегодняшний день является как можно более широкая кампания по информации руководителей предприятий о возможностях, которыми обладают системы инфракрасного отопления. [1]

1. https :// www . gaskomplekt . ru / articles / preimushchestva _ sistemy _ luchistogo _ otopleniya /

Сравнительный анализ систем инфракрасного (лучистого) отопления и традиционного .

Сравнительный анализ систем инфракрасного (лучистого) отопления и традиционного воздушного отопления:

ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ — это вид отопления, основанный на принципе теплового излучения. Тепловое излучение – это переход тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Количество переданного тепла зависит от природы двух тел, от их взаимного расположения, от температуры их поверхностей и т.д. Между двумя телами с различной температурой не находящихся в непосредственном контакте происходит взаимный тепловой обмен до тех пор, пока их температура не сравняется. Наиболее ярким примером передачи тепла от одного тела другому с помощью излучения представляют собой Солнце и Земля: тепло, излучаемое Солнцем, проходящее через космический вакуум и атмосферу, достигает поверхности Земли именно в результате эффекта излучения. Излучающее тело отдает свою энергию в виде тепла, вследствие чего его температура уменьшается; и наоборот, если поверхность какого-нибудь тела подвергается тепловому излучению, то тело, поглощая энергию, увеличивает свою температуру.

В традиционных системах отопления (воздушные системы с горячим воздухом) случается, что температура воздуха в районе потолка заметно выше, чем в районе пола, так как более теплый воздух поднимается вверх, что ведет к неравномерности распределения температуры по высоте и непроизводительным потерям тепла в районе кровли. Это заставляет проектировщиков увеличивать мощность установки в зависимости от высоты помещения.

В установках лучистого отопления вследствие направленного излучения в нижнюю зону помещения и передачи тепла непосредственно обогреваемым поверхностям, а не воздуху отсутствует необходимость приращения мощности установки в расчете на высоту помещения. Отсутствие застоя теплого воздуха в районе кровли способствует уменьшению теплопотерь помещения и созданию более комфортных условий для помещения. Кроме этого, в помещениях отапливаемых приборами лучистого отопления температура воздуха может быть немного ниже традиционно расчетной, в то время как поверхности стен и оборудования имеют температуру выше, что в целом дает то же ощущение комфорта для людей в помещении.

Системы лучистого отопления не нуждаются в промежуточном материальном теплоносителе, здесь осуществляется прямой нагрев. В то время как в традиционных воздушных системах происходит двухступенчатый нагрев теплоносителя, что влияет на величину КПД установки.

Все это позволяет значительно сократить мощность отопительной установки, поскольку расчетные теплопотери практически являются эквивалентом требуемой мощности.

В качестве иллюстрации эффективности и энергосбережения лучистых систем может быть рассмотрен пример теплотехнического расчета и сравнения тепловых нагрузок при лучистом отоплении и при использовании традиционного конвективного отопления.

Из данной таблицы наглядно видно, что кроме экономии топлива за сезон порядка 60% за счет снижения требуемой нагрузки для системы отопления происходит значительная экономия денежных средств за отопительный сезон. Проиллюстрируем это на данном примере:

Заказчик: ООО «А-Мега»
Город: Константиновка

1. Данные по объекту: Производственные помещения

Отопительный период, сут

Расчетная температура наружного воздуха °С (Tн)

Расчетная температура внутреннего воздуха °С (Tв)

Температура воздуха при системе лучистого отопления °С

Температура воздуха при системе традиционного воздушного отопления °С

Число рабочих смен

Данные по проекту:

Высота в коньке

Площадь окон, м 2

Площадь ворот, м 2

Площадь остекления кровли, м 2

2. Теплопотери при системе лучистого отопления

Итого с инфильтрацией 20%

Инерционность системы 2%

С коэфф. 0,86(Ккал/Вт)

3. Теплопотери при системе традиционного воздушного отопления

Итого с инфильтрацией 20%

Инерционность системы 15%

Приращение на высоту помещения Qх(h-4)х2,5%

С коэфф. 0,86(Ккал/Вт)

4. Сравнительный анализ расхода топлива для двух систем отопления

Qtot — расчетная нагрузка системы отопления, Ккал

Tmed.Z— средняя температура отопительного периода, °С

n — время работы системы отопления в сутки, час

Z — продолжительность отопительного периода, сутки

Hi — низшая теплота сгорания топлива (метана), Ккал/м 3

Qz— фактическая нагрузка системы отопления, Ккал
Qz = Qtot·(Tв-Tmed.Z)/(Tв-Tн)

Рtot — расход топлива за отопительный период, м 3 /год
Рtot = Qz·n·Z/Hi

Экономия топлива, м 3 /год

Сезонная фактическая нагрузка для традиционной системы отопления, Гкал

При стоимости 1 Гкал — 120 грн. затраты на отопление за сезон при традиционном отоплении составят, грн.

При стоимости газа 400 грн. за 1000м3 затраты на отопление за сезон при лучистом отоплении составят, грн.

Экономия денежных средств при лучистом отоплении, раз.

* Расход газа при применении системы лучистого отопления определен для условий постоянной работы всех приборов. В случае неодновременности работы приборов или обогрева отдельных зон расход газа существенно уменьшится, соответственно выше будет показатель энергосбережения.

** Инерционность системы принимается: для лучистого отопления 0% -при трехсменной работе; 2%-при двухсменной работе; 4%-при односменной работе; для конвективного отопления 12%-при трехсменной работе; 15%-при двухсменной работе; 25%-при односменной работе.

В дополнение ко всему вышесказанному, можно определить следующие преимущества систем лучистого инфракрасного отопления:

• Температура воздуха ниже за счет эффекта обогрева только поверхностей, а не объема воздуха, при котором количество затрачиваемой энергии меньше, чем при обогреве объема.
• Отсутствует движение воздуха и пылей, образующихся при различных технологических процессах, за счет чего улучшаются условия комфортности в помещении. В противоположность этому при системах воздушного отопления движение воздуха создает большие трудности как с точки зрения постоянной циркуляции воздуха и сквозняков, так и с точки зрения присутствия во взвешенном состоянии различных вредных для здоровья частиц;
• Тепло направлено непосредственно в нижнюю зону помещения, поэтому поверхностями с самой высокой температурой являются пол и технологическое оборудование; по этой причине установки лучистого отопления широко применяются в помещениях большой высоты. В традиционных системах воздушного отопления неоднородность (слоистость) воздушной массы и большие теплопотери через кровлю и верхнюю часть наружных стен являются причиной большего расхода тепла.
• Система лучистого отопления требует меньшего времени для приведения ее в рабочий режим, за счет этого эксплуатационные расходы ниже, чем для традиционной конвекционной системы.
• Обогрев поверхностей, а не объемов воздуха позволяет обогревать отдельные зоны или рабочие места без необходимости обогревать целиком все помещение, давая возможность поддерживать различную температуру в различных зонах, что невозможно в системах конвекционного обогрева.
• Отпадает необходимость строительства котельных и прокладки теплотрасс;
• Отсутствие постоянного обслуживающего персонала;
• Минимальные потери тепла;
• Быстрый монтаж, демонтаж, перенос приборов (от 2-х дней до 2-х недель);
• Исключается замерзание системы (отсутствие воды);
• Быстрый прогрев помещений (15-30 минут);
• Равномерное распределение тепла по помещению;

Системы лучистого инфракрасного отопления используются для:

• Отопления промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений;
• Отопление открытых и полуоткрытых площадок различного назначения;
• В различных технологических процессах (сушка, термообработка и т.д.);
• Отопление помещений, функционирующих относительно короткое время (спортивные манежи, теннисные корты, частично защищенные от ветра монтажные участки, спортивные трибуны, террасы, кафе и т.д.)
• Излучатели подвешиваются к потолку (высота подвески от 6 до 35м), не занимая полезной площади, а их незначительный вес не нарушает статику строительных конструкций;
• Системы лучистого отопления позволяют программировать дневной, ночной или недельный режим поддержания необходимой температуры;

Выгода — покупатель получает прибыль от использования систем лучистого отопления:

• По капиталовложениям (отказ от строительства котельной);
• По эксплуатационным расходам в 6-8 раз;
• По удобству обслуживания — техническое обслуживание 1 раз в месяц и профилактическое обслуживание 1 раз в год;
• Надежность элементной базы;
• Многофункциональность эксплуатации лучистых обогревателей;
• Малая инерционность 15-30 минут;

Исходя из всего вышесказанного, можно с уверенностью утверждать, что по всем показателям системы инфракрасного лучистого отопления являются наиболее перспективным способом решения проблемы эффективного обогрева цехов промышленных предприятий, складов, ангаров, железнодорожных депо, ремонтных и др. предприятий