Технология газовых инфракрасных излучателей: «темные» излучатели. Безопасность и экология

Различают следующие типы ГИИ:

— «светлые» , с открытой атмосферной газовой горелкой, не имеющей организованного отвода продуктов горения, и температурой излучающей поверхности tпов более 600 °С;
— «темные» , с вентиляторным газогорелочным блоком, отводом продуктов сгорания за пределы помещения и температурой излучаю- щей поверхности tпов менее 600 °С.

Основной элемент систем лучистого отопления и обогрева — газовый инфракрасный излучатель. Это устройство, включающее в себя, как правило, газогорелочный блок и излучающую поверхность, теплоотражающий экран, систему управления и безопасности.

Излучающая поверхность нагревается продуктами сгорания газа и передает тепло окружающим поверхностям. Газовые инфракрасные излучатели, применяемые в системах отопления и обогрева, должны быть изготовлены в соответствии с техническими условиями, пройти государственные испытания, иметь сертификаты соответствия нормативным документам (стандартам и т. п.), действующим на территории Российской Федерации, и технический паспорт.

«Темный» излучатель — это инфракрасный излучатель, который производит тепло при сгорании газовоздушной смеси в закрытой системе. Излучающий элемент — металлическая труба.

Он работает по тем же физическим законам, что и «светлый» излучатель, но имеет более низкие температуры (от 350—450 °C); излучающие трубки не накаляются до видимого красного цвета, поэтому излучатель называют «темным».

«Темный» излучатель состоит из горелки, экранной трубки, рефлектора и отвода для отработанных газов. Благодаря возникающим при сгорании дымовым газам, поверхность экранной трубки раскаляется, и тепло выделяется преимущественно в форме излучения. Вертикальное распределение температуры в помещении осуществляется аналогично «светлому» ГИИ. Вследствие того, что температура поверхности излучающей трубки составляет от 350 до 600 °C, эти излучатели подходят для использования в помещениях на высоте установки от 3 метров.

«Темный» излучатель может быть U-образным или линейным. U-образная экранная трубка имеет приблизительно равномерное распределение температуры по длине излучателя, так как горячий сегмент со стороны горелки лежит напротив более холодного сегмента со стороны вентилятора. Напротив, линейные излучающие трубки характеризуются постепенным снижением температуры к концу излучающей трубки.

В зоне излучения на предметах с горючими веществами температура поверхности не должна превышать 85 °C; горючие вещества нельзя хранить на расстоянии 1,5 м вокруг и над излучающей трубкой.

«Темные» излучающие трубки не должны устанавливаться в помещениях:
— жилых и офисных (и в схожих с ними);
— где изготовляются, обрабатываются, перерабатываются или могут возникнуть легковоспламеняющиеся и горючие вещества;
— которые соединены через проемы с другими помещениями и участками под открытым небом.

Такие излучатели устанавливают под крышей помещения и направ- ляют сверху тепловое излучение в зону работы человека. Излучатели подходят для частичного и полного отопления помещения, требуют минимального места для размещения, однако затраты на установку каждого «темного» излучателя более высокие (в силу большего, чем у «светлого», размера и веса).

«Темные» ГИИ применяются для обогрева больших павильонов, цехов, лабораторий и мастерских с потолками не менее 3—4 метров! И не должны использоваться для обогрева жилых и офисных помещений с потолками ниже 3 метров.

Темные излучатели выгодно использовать:
— в больших зданиях павильонного типа с минимальным воздухообменом;
— в помещениях, где требуется распределение теплового (инфракрасного) излучения на максимальную площадь при относительно небольшой высоте помещения;
— в узких помещениях или цеховых проходах;
— в больших помещениях с заметным снижением потребности в отоплении (лаборатории, склады, станции техобслуживания, мастерские).

Рекомендуемые сферы применения: производственные помещения, склады, спортивные сооружения, ангары, торговые павильоны. В помещениях с повышенной влажностью воздуха используются излучатели из нержавеющей стали.

ГИИ: БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЯ

По мнению экспертов, само по себе инфракрасное излучение является безопасным для человека. Важными параметрами при разработке, установке и использовании газовых инфракрасных излучателей являются:
— промышленная и пожарная безопасность,
— интенсивность теплового облучения,
— выбросы отходящих газов,
— правила эксплуатации.

Эти вопросы нашли отражение в стандарте «Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями», разработанном в 2006 году Российским Некоммерческим Партнерством «Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике» (НП «АВОК») при участии Института медицины труда РАМН.

Особое внимание при выборе газовых инфракрасных излучателей следует обратить на показатели концентрации выбросов дымовых газов (СО и NOx)

Важным является вопрос дымовых газов, с выбросом СО или NOx, которые остаются в обогреваемом пространстве и удаляются общей вентиляцией или специальным отсасыванием от прибора.

При показателях СO более 30 ppm возрастает необходимость в дополнительных устройствах для отвода газа

Угарный газ СО исключительно ядовит и низкий уровень его содержания очень важен. Наилучшими излучателями считаются те приборы, для которых содержание СО в дымовых газах не превышает допустимого санитарного значения 30 ррм (стандарты допускают 500 или 1000 ррм). Наличие NOx обычно не создает трудностей, так как температура горения равна 900 °С. Уровень NОx инфракрасных излучателей обычно 2—10 ррм.

Чем выше уровень выбросов СО — тем менее энергоэффективна система газовых инфракрасных излучателей.

Вывод: При оценке и выборе оборудования преимущество нужно отдавать оборудованию, обеспечивающему низкое содержание СО, как более экономичному, экологически чистому и создающему комфортные и безопасные условия.

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.