Применение газовых систем лучистого обогрева

В последние десять лет все чаще и чаще в нашей стране появляются рекламные предложения о применении в качестве обогревателей в промышленных системах отопления, а также для обогрева других помещений газовых инфракрасных излучателей. Что же представляет собой газовые системы лучистого обогрева, в чем их преимущество и как ими пользоваться?

Современные архитектурные и конструктивные решения элементов промышленных зданий из облегченных материалов требуют устройства новых эффективных, экономичных и современных систем отопления. Стены из облегченных панелей вследствие их значительной теплопроводности имеют в зимний период низкую, по сравнению с воздухом помещения, температуру внутренней поверхности, что отрицательно сказывается на тепловом ощущении людей.

Поднять температуру внутренней поверхности ограждающих конструкций с помощью традиционных конвективных систем отопления из-за малого коэффициента теплопроводности воздуха трудно, и чем выше здание, тем труднее. Чтобы получить надлежащий эффект, необходимо нагреть большой объем воздуха.

Высокий перепад температуры воздуха по высоте помещений, достигающий при отоплении промышленных зданий 10?15?С, приводит к большим непроизводительным затратам. Кроме того, системы конвективного отопления с промежуточными теплоносителями (вода, пар) снижают коэффициент полезного использования топлива.

Обогрев производственных помещений, обогрев складов и обогрев площадок предъявляют свои специфические требования к системам отопления.
В конце 40-х годов российским профессором М. Б. Рабичем, одновременно с зарубежными коллегами, было доказано, что для отопления производственных помещений можно использовать системы лучистого (радиационного) отопления, в которых в качестве нагревательных приборов установлены газовые горелки инфракрасного излучения (газовые инфракрасные излучатели — ГИИ).

В конце 50-х — начале 60-х годов системы газового инфракрасного обогрева стали широко применяться в Англии, Франции, ФРГ, Венгрии и США. В СССР подобные системы инфракрасного отопления были впервые применены в 1962 году в г. Саратове.

С тех пор с их помощью производился обогрев открытых и полуоткрытых площадок различного назначения, сушка лакокрасочных покрытий в пищевой промышленности, отопление животноводческих ферм, обогрев теплиц, обогрев двигателей автомобилей в зимний период и т.д.
Во второй половине 90-х годов по инициативе ОАО «Запсибгазпром» (г.

Тюмень) и при участии специалистов АВОК России, Тюменской государственной архитектурно-строительной академии были развернуты работы по внедрению ГИИ для обогрева рабочих мест и зон в производственных помещениях. Работы, проведенные в этой области, позволили расширить сферу использования газовых инфракрасных излучателей на места с постоянным пребыванием людей.

Их широкое использование в системах отопления промышленных помещений — отопление производственного цеха, отопление складских помещений и даже обогрев открытых площадок, стало отныне возможным.
По данным исследований гигиенистов известно, что самочувствие человека значительно улучшается, если большая часть теплопотерь организма происходит за счет конвекции и меньшая — за счет излучения.

Такое соотношение теплообмена может быть достигнуто в лучистых системах отопления, при работе которых температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций или средняя радиационная температура помещения выше температуры воздуха в нем. Экономичность и комфортность подобных систем повышается также от того, что температура воздуха внутри помещения может быть на несколько градусов ниже, чем при других системах отопления.

При лучистом отоплении носителями энергии служат электромагнитные волны в диапазоне длин 1?7 мкм, испускаемые поверхностью твердого тела, нагретого газовым пламенем, и распространяющиеся с большой скоростью в направлении нагреваемого объекта при отсутствии какой-либо промежуточной среды. С увеличением температуры излучающей поверхности ее энергия излучения растет пропорционально четвертой степени абсолютной температуры.

В связи с этим резко возрастает радиационная теплопередача по сравнению с конвективной теплопроводностью, интенсивность которой пропорциональна разности температур только в первой степени. Это определяет следующие основные преимущества лучистого отопления по сравнению с обычными способами: низкая стоимость тепловой энергии, высокая скорость нагрева, безопасность, малые удельный вес и производственная площадь установок, что обеспечивает экономию топливно-энергетических ресурсов, создание комфортных микроклиматических условий.

К настоящему времени во многих городах России сотни зданий и сооружений различного назначения оборудованы системами газового инфракрасного отопления различных фирм. Опыт эксплуатации этих современных систем отопления, а также зарубежный опыт позволяют сделать некоторые выводы о технико-экономической целесообразности использования такого вида отопления.

Экономика любой отопительной системы складывается из объема капитальных вложений в сооружения и эксплуатационных расходов на ее обслуживание.
Отличительной особенностью газового инфракрасного отопления является то, что, вследствие высокой температуры излучающей поверхности (например, 980С), необходимая суммарная поверхность всех излучателей для обогрева будет, в соответствии с законом Стефана-Больцмана, меньше суммарной поверхности радиаторов, имеющих температуру 70?С, почти в 137 раз.

Трудоемкость монтажа газовых систем лучистого обогрева, по сравнению с монтажом конвективных систем отопления, значительно ниже. Так, при монтаже системы инфракрасного отопления производственного цеха одного из заводов, затраты составили менее 30 % от трудозатрат при монтаже других систем отопления на аналогичных производственных площадках, что в настоящее время особенно актуально.

Необходимо учитывать также и то, что стоимость тепла, полученного при сжигании газа, более чем в три раза меньше отпускной цены эквивалентного количества тепла, поступающего от теплоцентрали. При эксплуатации газовых инфракрасных излучателей необходимо знать не только общие теплотехнические показатели, присущие и другим газовым приборам, но и лучистую характеристику — эпюру интенсивности излучения, зависящую от тепловой нагрузки, размеров излучающей поверхности, формы и особенности рефлектора.

Эпюры плотности теплового потока используются при определении высоты подвеса и расстояния между излучателями для случаев, когда излучатели в обогреваемом помещении расположены под углом к плоскости пола, плотность теплового потока в плоскости пола можно определить по тем же эпюрам, пересчитав их для данного угла наклона и принятой высоты подвеса по закону Ламберта (количество излучающей энергии .пропорционально косинусу угла между направлением излучения и нормалью излучающей поверхности).
Одним из основных факторов, влияющих на теплотехнические и гигиенические показатели систем инфракрасного обогрева, является размещение излучателей в отапливаемом помещении.

В зависимости от конструкции здания и перекрытия размещение излучателей в поперечном сечении может различным.
Размещение излучателей в плане помещения может быть как порядовое, так и в шахматном порядке. Во всех случаях вся площадь должна иметь равномерное облучение.

Размещение излучателей без учета их единичной мощности и эпюр облучения приводит к неравномерному облучению площади пола и перерасходу тепла. При проектирований систем инфракрасного отопления необходимо наиболее полно учитывать все факторы, влияющие на создание благоприятных комфортных условий в отапливаемых помещениях. Только в этом случае можно говорить о максимальном энергосбережении даже в самых современных системах отопления.

В последние десять лет все чаще и чаще в нашей стране появляются рекламные предложения о применении в качестве обогревателей в промышленных системах отопления, а также для.

Система отопления инфракрасными излучателями производственных помещений и складов, объектов агропромышленного комплекса: экономична — уменьшает денежные затраты на отопление в.

Самым большим и самым известным инфракрасным излучателем, безусловно, является Солнце. Солнце находится на расстоянии многих миллионов километров от Земли, однако это не мешает.

Полная классификация газовых инфракрасных обогревателей выделяет светлые высокотемпературные (с температурой излучения выше 1000°С), светлые среднетемпературные.

Интерес по отношению к индивидуальным отопительным системам проявляется как со стороны частных застройщиков, так и коммунальных служб. Для собственника загородного дома котел.

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.