Особенности отопления газовыми инфракрасными излучателями

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №10, 2017г.

В настоящее время применяются следующие основные виды отопления: водяное (общественные, жилые, производственные здания различного назначения), паровое (промышленные здания, предприятия и здания сельскохозяйственного назначения), воздушное (складские, промышленные, общественные здания), а также с помощью газовых инфракрасных излучателей (общественные, производственные, складские, животноводческие здания) [1, 3, 5, 6, 11, 8]. Характер передачи теплоты от нагревательных приборов в окружающую среду определяет их разделение на лучистые, конвективные и конвективно-лучистые. Примером конвективного и конвективно-лучистого обогревающего устройства могут служить радиаторы и конвекторы различных модификаций, а также гладкоствольные и ребристые трубы. Наиболее ярким примером лучистых обогревательных приборов отопления могут служить газовые инфракрасные излучатели. Все приборы способны создать комфортные условия в помещении. Возможность применения тех или иных приборов для отопления здания обусловливается назначением помещения по требованиям пожарной безопасности, его строительными характеристиками, назначением (в плане последующей эксплуатации) и возможностью эксплуатирования обогревательных приборов.

Газовый инфракрасный излучатель (обогреватель) (далее ГИИ) – это прибор, предназначенный для отопления зданий различного назначения. Принцип действия основан на излучении тепла, которое образуется в камере сгорания излучателя при сжигании в нем природного или сжиженного газа.

Согласно существующей нормативной документации ГИИ допускается применять для обогрева следующих структур (СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб, СП 62.13330.2011 Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002):

– рабочих мест и зон производственных помещений, в том числе находящихся на открытых площадках, а также используемых при строительстве зданий;

– торговых залов, в которых отсутствует продажа легковоспламеняющихся веществ;

– помещений общественного питания, за исключением ресторанов;

– животноводческих зданий и помещений.

Также ГИИ используется:

– для технологического обогрева материалов и оборудования, не содержащих легковоспламеняющиеся и взрывоопасные вещества;

– в системах снеготаяния на открытых и полуоткрытых площадках, на кровлях зданий и сооружений.

Отопительные установки с ГИИ, предназначенные для отопления помещений без постоянного обслуживающего персонала, должны быть оборудованы автоматикой, обеспечивающей прекращение подачи газа в случае погасания пламени горелки.

Принципиальная конструкция ГИИ состоит из горелки, вентилятора дымоудаления, излучающих труб и рефлектора [5, 12, 15]. Образование газовоздушной смеси происходит в горелке. Вентилятор распространяет тепло по всей длине излучающих труб, а также обеспечивает процесс дымоудаления.

Длина труб излучателя может составлять от 3 до 18 м. Существуют U-образные модели с горелкой и вентилятором с одной стороны, а также линейные модели с горелкой и вентилятором с разных сторон. Горелка ГИИ может устанавливаться как снаружи, так и внутри помещения. Нагретые трубы излучают инфракрасные лучи, обогревая помещения. Трубы выполняются из стали, стойкой к высоким температурам, и с высоким коэффициентом излучения.

Параболические рефлекторы, которые изготавливаются обычно из алюминия или нержавеющей стали, расположены над трубами и направляют тепло в зону обогрева. Рефлекторы могут быть расположены сразу над двумя трубами, или двух индивидуальных рефлекторов при применении U-образного ГИИ (над каждой трубой).

Наиболее широкое распространение в связи с ограничениями по применению (согласно существующей в РФ нормативной документации) и более высокой эффективностью применения ГИИ получили при отоплении производственных зданий, со стационарным технологическим процессом и (или) постоянными рабочими местами (склады негорючих материалов, токарно-фрезеровальные цеха и т.д.). К таким производствам можно применить термин «Локальный обогрев» [1, 7, 10, 13].

Термин «Локальный обогрев» означает отопление площадей или отдельных зон для создания на постоянных рабочих местах или на каких-либо участках технологического процесса в неотапливаемом или частично отапливаемом помещении нормируемой или необходимой температуры [1, 2, 11, 14]. Данный процесс вызывается необходимостью снижения теплопотерь через ограждающие конструкции здания, возникающих при нагревании воздуха во всем помещении [9, 12, 13, 14]. Излучение от ГИИ, действуя непосредственно на человека, материалы или оборудование, способно обеспечить необходимый уровень требуемых параметров как для бесперебойной работы оборудования, так и для комфортной деятельности человека без дополнительной мощности на нагрев всего объема воздуха в помещении. Работа отдельного ГИИ (или группы ГИИ) позволяет быстро обеспечить заданную рабочую температуру в определенной зоне, а не в помещении в целом, что дает немалую экономию как энергоресурсов, так и повышает эффективность производства в целом.

В связи с этим ГИИ характеризуются рядом значительных преимуществ по сравнению с конвективными системами отопления, а именно:

– оптимальным уровнем комфорта в рабочей зоне при меньшей температуре в помещении;

– отсутствием температурного градиента (это уменьшает теплопотери в помещении, обогреваемом конвективным способом, т.к. температурный градиент ведёт к скоплению теплого воздуха под потолком помещения, увеличивая теплопотери);

– низким уровнем тепловой инерции (это позволяет быстро выходить на полную мощность, снижая время для отопления рабочих мест и технологического оборудования при прерывной работе производства (остановка на выходные, праздники и т.д.) по сравнению с конвективными системами);

– возможностью «Локального обогрева» отдельных зон или рабочих мест, а также возможностью регулирования температуры в каждой зоне.

В связи с этим применение ГИИ повышает эффективность энергосбережения по сравнению с другими системами традиционного отопления (печное, паровое, воздушное, перегретой теплофикационной водой) одинаковой мощности.

Таким образом, при использовании ГИИ экономия определяется, во-первых, снижением теплопотерь из-за более низкой средней температуры воздуха в помещении и отсутствия температурного градиента, а во-вторых, возможностью обогрева по зонам, используя оборудование только там, где необходимо для создания комфортных условий работы человека или технологических условий производства.

Скорость вывода системы на полную рабочую мощность и несравнимо низкая стоимость техобслуживания по сравнению с конвективными системами отопления дополняют список преимуществ ГИИ. Управление работой ГИИ возможно осуществлять через компьютер или локально, с помощью комнатного термостата.

Выбор количества обогревателей при локальном обогреве зависит от формы помещения, высоты монтажа и выбора схемы ГИИ. Высота монтажа при этом является одним из важнейших факторов для получения равномерного и наиболее эффективного распределения тепла в обслуживаемой зоне. При этом рекомендуется устанавливать высоту расположения ГИИ, указанную в паспорте завода-изготовителя, соблюдая при этом существующие нормы, действующие на территории РФ. На рис. 1 представлено расположение ГИИ относительно ограждающих конструкций здания между собой в производственном помещении при «Локальном обогреве» и известным теплопотерям здания или тепловой нагрузке, необходимой для «Локального обогрева» зон здания.

Рис 1. Схема помещения с установленными ГИИ

Общее количество обогревателей N, шт, вычисляется следующим образом:

(1)

(2)

(3)

где I – рекомендуемые интервалы поперечные (в соответствии с паспортом завода-изготовителя и нормативной документацией РФ), м; W – рекомендуемые интервалы продольные поперечные (в соответствии с паспортом завода-изготовителя и нормативной документацией РФ), м; X – сторона помещения, перпендикулярная оси обогревателей, м; Y – сторона помещения, параллельная оси обогревателей, м; L – длина ГИИ, м.

На рис. 2 показана рекомендуемая высота монтажа ГИИ, определяемая зоной обогрева с КПД до 65 % излучаемой энергии. При локальном обогреве здания рекомендуется уменьшить высоту монтажа минимум до 4 м и в любом случае рекомендуется не превышать уровень установки ГИИ 6–7 м. На большей высоте излучение распределяется на большую площадь и с более низкой интенсивностью до 45–50 %.

Рис. 2. Рекомендуемая высота монтажа ГИИ

Существует несколько вариантов испол-нения ГИИ:

– система сгорания (система забора воздуха, камера сгорания, теплообменник и система дымоудаления) полностью отделена от среды, в которой обогреватель установлен, и соединена через две горизонтальные трубы (одна для забора воздуха и вторая для дымоудаления) с близко-расположенными выходами.

– система сгорания полностью герметична от среды, в которой обогреватель установлен, и соединена через отдельные трубы подвода воздуха и системы дымоудаления с концентрическими или близкорасположенными выходами.

– система сгорания полностью герметична от среды, в которой обогреватель установлен, и присоединена к общим с другими установками, трубам притока воздуха и дымоудаления. Общая труба приточного воздуха и общая труба дымоудаления разделены между собой.

Таким образом, учитывая особенности установки ГИИ и требования к режиму обеспечения теплом ряда процессов и производств, необходимо в каждом конкретном случае рассматривать целесообразность их использования, особенно при создании систем отопления производственных зданий с постоянными рабочими местами, на которых необходимо поддерживать рабочую температуру, а также с технологическим процессом, требующим поддержания определенной температуры на локальном участке производства при необязательном тепловом режиме всего здания, или для отопления локальных участков складского здания. Зачастую применение ГИИ является более эффективным и экономичным по сравнению с системами отопления, предназначенными для отопления всего объема здания или помещения.