В последнее время широкое применение находят системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей. Эти системы применяются в качестве альтернативы или дополнения к традиционным системам воздушного и водяного отопления. Основное преимущество систем отопления с применением газовых инфракрасных излучателей - энергосбережение.
Газовые инфракрасные излучатели, которые наиболее широко применяются в практических условиях, подразделяются на два типа:
1) высокоинтенсивные («светлые») газовые инфракрасные излучатели (ВГИИ), температура теплоотдающей поверхности 800÷1200 °С;
2) низкоинтенсивные («тёмные») газовые инфракрасные излучатели (НГИИ), температура теплоотдающей поверхности 100÷550 °С.
При температуре от 100 до 550 °C длина волны в инфракрасном спектре электромагнитных колебаний находится в диапазоне от 3,5÷4,5 до 8÷10 мкм. При температуре от 800 до 1200 °С в диапазоне от 2÷2,5 до 2,5÷3,5 мкм (по данным Брамсона М.А.) [1].
«Светлые» газовые инфракрасные излучатели значительно дешевле по сравнению с «тёмными», а также эксплуатационные затраты у этого типа излучателей меньше. Однако, в действующих в настоящее время в России нормативных документах, существуют ограничения по допустимой плотности теплового потока [2].
Из-за меньших размеров (в 5÷10 раз), и более высокой температуры теплоотдающей поверхности, плотность теплового потока у «светлых» излучателей значительно больше чем у «тёмных». Чтобы уменьшить плотность теплового потока необходимо увеличивать высоту подвеса излучателей, а при увеличении высоты подвеса всегда возрастает установочная мощность системы отопления, а значит, увеличиваются расход газа, затраты на систему, а вместе с этим – эксплуатационные расходы в целом.
Развитие современного производства характеризуется большими объёмами помещений, внутри которых основное место занимают производственные площадки с расположением большого количества технологического оборудования. Пребывание людей на производственных площадках носит неравномерный характер, как в пространстве, так и во времени.
Традиционные конвективные системы отопления для таких помещений, по оценкам различных специалистов, недостаточно эффективны, как с точки зрения создания комфортных условий, так и по технико-экономическим показателям.
Эти обстоятельства требуют использования новых – более эффективных решений в области радиационно-конвективных систем отопления, к числу которых относятся системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей (ГИИ). Их преимущество состоит в передаче части тепловой энергии от теплогенератора к объекту посредством электромагнитного излучения [3].
На сегодняшний день задача по созданию радиационно-конвективной системы отопления, совмещающей требования по обеспечению нормируемых параметров микроклимата в помещении и энергоэффективности, для рассматриваемого типа помещений окончательно не решена.
Актуальным является разработка новых решений радиационно-конвективных систем отопления, обеспечивающих требуемое качество микроклимата в зоне нахождения человека и технологического оборудования, при минимальных энергозатратах.
Исследования были направлены на изучение систем отопления с применением в качестве нагревательных приборов газовых инфракрасных излучателей. Одним из результатов выполненных исследований стало сравнение двух систем:
1-й вариант, система отопления с применением «тёмных» газовых инфракрасных излучателей; она состоит из 40 излучателей, установочная мощность такой отопительной системы с учётом коэффициента загруженности (Кз) 2000 кВт.
 |
Затраты на неё составляют от 2800000 до 3700000 руб., в зависимости от типов систем автоматического управления, дымоудаления и условий их применения [4].
2-й вариант, система отопления с применением «светлых» газовых инфракрасных излучателей; она состоит из 30 излучателей, установочная мощность системы отопления 1380 кВт.
Затраты на неё составляют от 1500000 до 1900000 руб., в зависимости от типов систем автоматического управления, дымоудаления, и условий их применения.
По причине санитарно-технических норм большинство потребителей отдают предпочтение системам отопления с применением в качестве нагревательных приборов «тёмных» газовых инфракрасных излучателей, несмотря на то обстоятельство, что эти системы в два и более раза дороже, чем системы отопления на основе «светлых» газовых инфракрасных излучателей.
Нами разработана и внедрена локальная система отопления с одновременным использованием двух типов газовых инфракрасных излучателей, «светлых» и «тёмных» (3-й вариант). «Светлые» были размещены над технологическим оборудованием и в местах кратковременного пребывания людей, а «тёмные» – в местах длительного пребывания людей, над ремонтной площадкой.
Эта система состоит из 22 «светлых» газовых инфракрасных излучателей и 10 «тёмных», установочная мощность отопительной системы с учётом коэффициента загруженности 1512 кВт.
Затраты на неё составляют от 1750000 до 2300000 руб. в зависимости от типов автоматических систем управления, дымоудаления, и условий их применения.
В существующих на сегодняшний день методиках расчёта установочной мощности систем отопления с применением низкоинтенсивных «тёмных» газовых инфракрасных излучателей не учитывается фактор максимально допустимой загрузки оборудования, что при понижении температуры наружного воздуха приводит к сокращению ресурса и выходу из строя НГИИ.
Для расчета системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей нами предложено уравнение теплового баланса:
,
где: 
– коэффициент загруженности газовых инфракрасных излучателей; 
– суммарные теплопоступления от газовых инфракрасных излучателей, Вт; 
– общие тепловыделения в производственном помещении: от технологического оборудования, освещения, технологических процессов, людей и пр., Вт; 
– потери теплоты в строительных элементах здания, Вт; 
– потери теплоты на нагрев воздуха в производственном помещении, Вт; 
– потери теплоты на нагрев производственных изделий, оборудования, материалов, транспортных средств, поступающих в производственное помещение снаружи, Вт.
При проектировании системы отопления необходимо учитывать Кз «тёмных» газовых инфракрасных излучателей, т.к. Кз «светлых» равен 1. Максимально допустимый коэффициент загруженности зависит от класса применяемого оборудования. В настоящее время выпускается два класса оборудования 1 и 2. Первый класс – дорогостоящее оборудование высокого качества, которое способно выдерживать большие нагрузки, Кз нагревательных приборов этого класса 1,1÷1,2. Второй класс – менее дорогостоящее оборудование, Кз для этого класса 1,2÷1,3.
Нами были исследованы производственные помещения с использованием НГИИ одного класса и одного производителя.
Например, в одном из цехов, спроектированных без учёта Кз, за отопительный сезон из 30 НГИИ выходят из строя от перегрузки 30÷40 %. На другом предприятии, где система отопления проектировалась с учётом Кз, за три года эксплуатации из 20 НГИИ выходов из строя газовых инфракрасных излучателей от перегрузки не было.
Таким образом, на примере действующего цеха площадью 5515 м2 при рассмотренном варианте одновременного применения «светлых» газовых инфракрасных излучателей в комбинации с «тёмными» экономическая эффективность повышается на 40÷50 % (на основе сравнения стоимости 1-го и 3-го варианта систем отопления при полной их комплектации), и на 20÷30 % – при эксплуатации рис. (1,2).
Также необходимо подчеркнуть возможность оперативного изменения конфигурации отопительной системы за счет перепланировки размещения и перемонтажа обогревателей.
Литература:
- Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. – М.: Наука, 1964 г.
- СТО НП «АВОК», 4.1.5 - 2006 г. «Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями».
- Голяк С.А., Пятачков В.В. Экспериментальное определение локальных температур в зданиях производственного назначения, обогреваемых ГИИ. / Строительство и образование. Сб. науч.тр. №11.– Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2008г.
- Каталог фирмы ROBERTS GORDON.
