XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение.

Сегодня особую актуальность стали приобретать автономные промышленные отопительные системы (ПОС). Подобное отопление имеет ряд существенных преимуществ, среди которых можно выделить несколько основных: это и полная независимость от работы городских коммунальных организаций, и возможность самостоятельно выбирать температурный режим в зависимости от потребностей, и удобство эксплуатации. Отдельный плюс – минимальная бюрократическая волокита при установке системы, ведь мало построить цех, надо подключить его к системе цент­рального отопления, а это отдельная история.

История появления инфракрасных обогревателей.

Инфракрасное излучение было открыто английским астрологом Уильямом Гершелом еще в начале 19 века. Его заинтересовало, какой из цветов солнечного спектра способствует нагреванию его телескопа. С помощью призмы, разложив солнечное излучение на спектральные составляющие и после замера градусником, он обнаружил, что наибольшую температуру дает излучение за гранью красного спектра.

Первым инженером, создавшим инфракрасный обогреватель, стал Гюнтер Шванк из Германии, получивший в 1933 году патент. Источником энергии им использовался газ.

В 1905 году инженер из России, В.А. Яхимович также предпринял попытку внедрить инфракрасное отопление. Носителем энергии в его изобретении являлась горячая вода, передаваемая по стальным трубам, вмонтированным в перекрытия, стены и колонны.

При работе обогревателя происходит инфракрасное излучение, которое, проходя сквозь воздух, обеспечивает обогрев всех предметов, встречающихся на его пути. Затем они отдают тепло в окружающее пространство.

Инфракрасные излучатели тепла сегодня нашли широкое применение в различных видах деятельности. Их используют:

- при сушке окрашенных поверхностей;

- стерилизации;

- обогреве помещений;

- подсушке пищевых продуктов.

Тепловое излучение не поглощается воздухом, что дает возможность энергии беспрепятственно достигнуть зоны обогрева, делая комфортной жизнь людей, находящихся в ней. При этом теплопотери минимальны.

Разновидности автономных промышленных отопительных систем по типу отдачи тепловой энергии:

- лучистые (инфракрасные);

- конвективные;

- лучисто-конвективные.

Применение традиционных систем конвективного отопления в высоких производственных помещениях (в цехах, на складах, спортивных сооружениях и объектах агропромышленного комплекса с высотой 6 метров и более) крайне неэффективно, так как в результате конвективного теплообмена (рис. 1) теплый воздух будет сосредотачиваться в верхней части помещения, тогда как в нижней будет холодно.

Рис. 1. Пример конвективной системы отопления

В то же время системы лучистого (инфракрасного) отопления (рис. 2) обеспечивают нагрев предметов (пола, оборудования) и обогрев людей (тепло ощущается на коже и одежде) именно в необходимых зонах. По сути, такая система является аналогом согревающего действия солнечного света с той лишь разницей, что спектр излучения систем лучистого отопления (газового, электрического или водяного) находится в инфракрасном диапазоне, то есть в нем полностью отсутствует вредный ультрафиолет.

Рис. 2. Пример системы лучистого (инфракрасного) отопления

Технико-экономические характеристики систем отопления с газовыми излучающими горелками.

По экономическим показателям, а именно по стоимости топлива, необходимого для обогревания соответствующих помещений и поддержания в них требуемых температур, бесспорным лидером являются системы газового лучистого отопления. Это определяется, во‑первых, тем, что стоимость природного газа, необходимого для выработки единицы тепловой (в данном случае лучистой) энергии, существенно ниже стоимости, требуемой для выработки такого же количества тепла электроэнергии, а во‑вторых, тем, что (в отличие от систем водяного лучистого отопления) отпадает потребность в строительстве котельной (пусть даже газовой) для нагрева воды, а также трубопроводов и насосного оборудования для ее циркуляции от котельной к соответствующим излучателям лучистой энергии и обратно.

В России системы отопления с газовыми инфракрасными излучателями, согласно СП 60.13330.2012 [2], допускается применять в помещениях с категорией взрывопожароопасности В2, В3, В4, Г и Д и зданий I, II, III, IV СО степени огнестойкости согласно Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности ФЗ № 123 от 22.07.2008 г.

Экономический эффект от оснащения системами газового лучистого отопления указанных промышленных объектов более чем очевиден: затраты на отопление снижаются в 3–5 и более раз, а срок окупаемости проектов в подавляющем большинстве случаев не превышает 0,5–2 лет.

Анализ капитальных вложений позволяет сделать вывод, что основными показателями, определяющими стоимость системы отопления, являются единичная тепловая мощность и число газовых инфракрасных горелок. Эти величины определяются теплотехническими расчетами системы, дополнительными условиями и требованиями, которые могут быть предъявлены каждой системе в отдельности. Эксплуатационные расходы на систему отопления определяют укрупненно как сумму амортизационных отчислений, расходов на заработную плату с соответствующими начислениями и прочих расходов. Амортизационные отчисления можно рассчитать по известным нормативным материалам и капитальным вложениям по отдельным структурным составляющим.

Газовые инфракрасные излучатели «светлого» и «тёмного» типа.

Одним из самых важных показателей, позволяющим отличить типы излучателей, является способ отвода продуктов сгорания.

Таким образом, отвод продуктов горения от темных инфракрасных излучателей осуществляется принудительно, а горение происходит в закрытой камере.

Согласно СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» светлый газовый инфракрасный излучатель представляет собой излучатель с открытой атмосферной горелкой, не имеющей организованного отвода продуктов горения и температурой излучающей поверхности более 600°С.

«Сердцем» газового инфракрасного излучателя «светлого» типа (рис. 3) является не имеющая равных в мире керамическая плитка Schwank. При сгорании смеси газа и воздуха температура на поверхности плитки достигает 950 °C, и она начинает испускать инфракрасное излучение, которое, достигая обогреваемых поверхностей, преобразуется в тепловую энергию. Нагретая поверхность плитки светится оранжевым цветом, поэтому инфракрасные обогреватели подобного типа принято называть «светлыми». Рефлекторы излучателя направляют лучистое тепло на поверхность, подлежащую обогреву.

Рис. 3. Конструкция газового инфракрасного излучателя Schwank «светлого» типа

Областью применения газового инфракрасного излучателя «темного» типа (ГИИ-ТМ) являются помещения высотой не более 6–10 метров с незначительным воздухообменом: выставочные залы, склады, станции технического обслуживания, мастерские, стоянки автомобильного транспорта. Продукты сгорания от каждого излучателя удаляются с помощью дымоходов. Керамическая плитка позволяет увеличить длину пламени, что обеспечивает равномерный прогрев излучающей поверхности. Применение нагнетающего вентилятора исключает взаимодействие продуктов сгорания с окружающей средой (рис. 4).

Рис. 4. Конструкция газового инфракрасного излучателя Schwank «темного» типа

Для удобства монтажа газопровода и дымоходов ГИИ Schwank «темного» типа выпускаются в линейном и U‑образном исполнениях (рис. 5).

Рис. 5. Варианты исполнения темных газовых инфракрасных излучателей: L‑образное, U‑образное

Преимущества применения светлых обогревателей:

Низкая стоимость монтажа и установочных работ.

Компактность прибора и как следствие, простота инсталляции.

Простота технического обслуживания.

Зональность управлении обогревателями и теплоснабжении площади.

Отсутствие теплоносителя для теплоснабжения, что исключает возможность разморозки и прочих аварий.

Оптимальная заменяемость узлов и деталей после прохождения паспортного ресурса эксплуатации.

Мгновенный прогрев площади бех дополнительных затрат.

Минусы применения светлых обогревателей:

Невозможность подключения индивидуального отвода продуктов горения ввиду конструктивных особенностей.

Необходимость применения в помещении, где эксплуатируются светлые излучатели, механической приточно вытяжной вентиляции.

Преимущества применения тёмных обогревателей:

Низкое потребление топлива.

Возможность переключения обогревателей на потребление сжиженного углеводородного газа.

Расширенный эксплуатационный ресурс.

Эффективность зонального обогрева без теплопотерь.

Быстрый выход на температурный режим (10 мин).

Возможность монтажа с угловым боковым ориентированием излучателя для более точного прогрева площади.

Индивидуальный или централизованный принудительный отвод продуктов горения, что сокращает расходы на вентиляцию в помещении.

Зональное управление излучателями с возможностью недельного программирования работы системы отопления.

Минусы применения тёмных обогревателей:

Габаритность прибора.

Трудоёмкий монтаж.

Анализ состояния и тенденции развития российского рынка инфракрасных излучателей.

Инфракрасные обогреватели появились на российском рынке в 1993 г. В первой половине 90-х годов были налажены поставки в Россию систем лучистого обогрева из Германии, США, Англии и Италии. Затем в 1996 г. в России появилось первое предприятие по производству газовых инфракрасных обогревателей — ЗАО «Сибшванк» (совместное предприятие ОАО «Запсибгазпром», Россия, и Schwank GmbH, Германия).

По оценкам экспертов, динамика ежегодного увеличения продаж промышленных газовых инфракрасных обогревателей, по отношению к предыдущему году, характеризуется следующими показателями: 2001 г. — 3 %, 2002 г. — 6%, 2003 г. — 2% (оценка), 2004 г. — 10% (прогноз). Причем темпы роста продаж «светлых» и «темных» газовых инфракрасных обогревателей в России примерно одинаковы.

Рынок инфракрасных обогревателей обладает небольшими сезонными колебаниями. Так, в I квартале осуществляется около 30 % годового объема продаж инфракрасных отопительных систем, во II квартале — 10 %, в III квартале— 20 %, в IV квартале—40%.

Литература

Родин А.К. Газовое лучистое отопление. - Л.: Недра, 1987-191 с.

Свод правил СП 60.13330.2012 «СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. № 279).

Федеральный закон от 22.07.2008 № 123‑ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

Газовое лучистое отопление – радикальное решение для повышения энергоэффективности и конкурентоспособности промышленных предприятий [Электронный ресурс] : [сайт]. – Режим доступа : https://isup.ru/articles/6/9846/.

Код для цитирования: Скопировать