AIR-RADIANT HEATING ON THE BASIS OF A TWO-FLOW HEAT GENERATOR WITH INFRARED EMITTERS

Full Text

Лучистое отопление известно уже около двух тысячелетий, прежде всего в виде отопительных устройств, размещаемых в стенах и полу. Его следы были обнаружены в Азии и Европе, на территории Римской Империи. В устроенных для этой цели воздуховодах в качестве теплоносителя использовали дымовые газы кухни, а позже специально нагретый воздух. В России в 1902 г. был открыт обогрев способом, отличающимся от традиционного конвективного, но в связи с обилием в стране топливных ресурсов распространения в то время так и не получил. Эффективность данного открытия была отмечена на Западе. В качестве теплоносителя применялись вода и пар. В 1985 г. венгерский ученый профессор А. Мачкаши предложил идею - использовать в качестве теплоносителя воздух, двигающийся по замкнутой системе и отдающий тепло излучателям, установленным в местах, требующих обогрева [1]. Лучистая передача энергии при прочих равных условиях более эффективна, чем конвективная, так как при лучистом отоплении энергия беспрепятственно переносится на большие расстояния в объеме помещения, поэтому отопительные приборы можно располагать под потолком и в конструкциях ограждений. Предлагаемая установка регенеративной системы лучистого отопления (РСЛО) использует метод передачи тепла в виде электромагнитного излучения, не вредного для здоровья человека, с помощью теплоносителя (воздуха), который циркулирует по замкнутой схеме [2]. Лучистое отопление вновь стали использовать только 40-50 лет назад, но его применение в современном смысле слова вышло на передний план лишь в 50-х гг. XX в. [3]. Здания и сооружения, возводимые в России до 2000 г., в отличие от западных имеют коэффициент термического сопротивления Rо= 1,2 - 2,5 (м2 · °С)/Вт. В Европе коэффициент термического сопротивления достигает Rо= 6 - 8 (м2 · °С)/Вт, т.е. фактически в России мы отапливаем атмосферу [4]. В нашей стране достаточно полно разработаны теория лучистых потоков, методы оценки комфортности, способы расчета лучистых отопительных панелей, в том числе наиболее сложные случаи их совмещения с ограждающими конструкциями [5, 6]. Основным препятствием по широкому применению этого метода являлось отсутствие надежного, экономичного теплогенератора для нагрева воздуха в замкнутой системе. 41 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 В.В. Панченко После проведения множества расчетов и экспериментов с 2014 по 2016 гг. (д.т.н. В.В. Бирюком, д.т.н. М.А. Ковалевым, В.В. Панченко) создан и запатентован источник тепла - двухконтурный теплогенератор, а также предложена система и формы теплоизлучающих воздуховодов. Техническим результатом изобретения является создание высокотемпературной и эффективной регенеративной системы лучистого отопления. Известна система лучистого отопления (а. с. № 1206566, МПК F26D 15/00, БН №3.1986 г.), включающая в себя линейные греющие элементы и профилированные отражатели. Недостатком данного устройства является его невысокая эффективность. Наиболее близким к нашему техническим решением является система отопления (П. №2239130, RU, №2239130,С1,2003 г.), содержащая корпус, в котором расположены теплоизлучающие элементы, соединенные с теплогенератором. Недостатком данной системы отопления также являлась ее невысокая эффективность. Предложенный теплогенератор может работать на различных видах топлива: дрова, уголь, газ, дизтопливо и т. д., что не регламентирует его применение по видам отапливаемых помещений и климатических зон и наличию топливных ресурсов - подойдут любые отходы древесины, торф и т.п. Возможно применение инфракрасных электрических ламп [7]. Преимуществом их является возможность в широких пределах варьировать температуру поверхности нагревательных приборов от 0 до 1200 °С. Эффективный нагреватель воздуха отдает теплоту только с излучающей поверхности теплообменников. Он иной, чем существующие на сегодняшний день устройства нагрева для теплонесущего рабочего тела воздуха, потому что уже через несколько минут после включения нагреваемый поток воздуха начинает поступать в теплообменники. Так как воздух в теплообменнике полностью находится в замкнутом потоке первого контура, он сразу передает ее на поверхность излучателей системы. Изобретение предназначено для отопления отдельных зон или рабочих мест без необходимости обогрева всего объема помещения [2]. Излучатели подвешиваются к потолку, не занимая полезной площади помещения, а их незначительный вес не нарушает статику строительных конструкций. Тем самым достигается значительная экономия энергии при вентиляции помещений. Устройство безопасно и долговечно в эксплуатации. Регенеративная система с лучистым отоплением содержит теплоизлучающие элементы, соединенные с теплогенератором, вентилятором второго контура, сообщающимся с атмосферой. Теплоизлучающие элементы выполнены в виде воздуховодов, соединенных с теплогенератором и образующих с ним замкнутую систему, в которой установлен вентилятор-дымосос. Теплогенератор выполнен двухконтурным. Первый контур состоит из корпуса c расположенными в нем рядами нагревательных элементов, охватывающих второй контур. На рис. 1 представлен общий вид регенеративной системы лучистого отопления (РСЛО), воздуховоды которой размещаются под потолком помещения, протяженность и конфигурация их могут варироваться. На рис. 2 представлены схема и общий вид разработанного двухконтурного теплогенератора для РСЛО и дано описание элементов системы. Рис.1. Общий вид РСЛО Теплогенератор состоит из корпуса первого контура 3, в котором установлены ряды нагревательных элементов, состоящих из теплообменников 4, c встроенными в них кварцевыми галогеновыми термоизлучательными лампами 5. Корпус второго контура 6 установлен в первый контур 3 и имеет возможность сообщения с первым контуром 3 посредством заслонки 7. Первый контур 3 подсоединен к дымососу 8, второй 6 - к вентилятору 9 через дефлектор 10. Воздуховоды 1 состоят из частей, соединенных переходами 2 и 11 с теплогенератором. Данная система работает следующим образом. Атмосферный воздух через вентилятор 9 попадает во второй контур 6 теплогенератора и через заслонку 7 в первый контур 3. Воздух нагревается там с помощью нагревательных элементов, состоящих из теплообменников 4 и установленных в них кварцевых галогеновых термоизлучательных ламп 5, и циркулирует по воздуховоду 1. Дымосос 8 обеспечивает циркуляцию воздуха по замкнутому циклу. Атмосферный воздух, попадающий через вентилятор 9 во второй контур, обеспечивает необходимый температурный режим для работы кварцевых галогеновых термоизлучательных ламп 5. Воздуховод 1 выполнен в виде короба с излучающей поверхностью из стали и верхней части из оцинкованной стали или алюминия для создания эффекта экрана, т.е. для повышения отражающей способности теплового потока в сторону излучающей поверхности. Данная система отопления позволяет получить температуру циркулирующего по первому контуру воздуха более 500 °С. Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 42 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Предлагаемая система отопления - РСЛО отличается от известных тем, что нагревает не весь объем помещения, а лишь пространство, над которым она установлена. Это актуально для зданий и сооружений России, так как они имеют очень низкий коэффициент термического сопротивления и требуют значительных капиталовложений для теплоизоляции. Данная система позволяет снизить капиталовложения, эксплуатационную себестоимость и повысить эффективность системы отопления. Выводы. Проведенные эксперименты показали, что по сравнению с общепринятой конвективной схемой предлагаемая более эффективна: - температура воздуха в помещении ниже за счет эффекта обогрева только поверхностей, а не объема воздуха; - отсутствие движения воздуха и пыли, образующихся при различных технологических процессах, что повышает комфортность помещения; - тепло направлено непосредственно в нижнюю зону помещения, поэтому поверхностями с самой высокой температурой являются пол и технологическое оборудование. По этой причине установки РСЛО широко применяются в помещениях с высокими потолками; - система требует меньше времени для приведения ее в рабочий режим, за счет чего эксплуатационные расходы снижаются; - система позволяет обогревать отдельные зоны или рабочие места без необходимости обогрева всего помещения; - отпадает необходимость строительства котельных и прокладки теплотрасс; - минимальные потери тепла, так как перед установкой РСЛО в зданиях и сооружениях проводится их обследование с использованием тепловизора, который дает полную картину; - быстрый монтаж-демонтаж, перенос приборов (от двух дней до двух недель); - исключается замерзание системы (отсутствие воды); - оперативный прогрев помещения (15-30 мин); - излучатели подвешиваются к потолку, не занимая полезной площади, а их незначительный вес не нарушает статику строительных конструкций; - система позволяет программировать дневной, ночной или недельный режим поддерживания необходимой температуры; - достигается значительная экономия энергии при вентиляции помещений, так как удаляется верхняя, менее нагретая часть воздуха. Кроме обогрева помещений, РСЛО могут использоваться в технологических процессах при сушке окрашенных металлических изделий, так как греется металл, а не краска; при сушке поверхностей, окрашенных порошковой краской, где требуется Рис.2. Схема и общий вид двухконтурного теплогенератора для РСЛО 43 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 В.В. Панченко импульс тепла 250-280 °С в течение 1,5-2,5 мин; при сушке зданий и сооружений, в том числе и подземной части, после затопления и т. д.

About the authors

Valery V. PANCHENKO

Samara National Research University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files