CHARACTERISTIC PROPERTIES OF GAS INFRARED HEATING ELEMENTS USE

Full Text

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) [1-10]. 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 [11]. 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 DOI: 1017673/Vestnik.2017.01.8 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 48 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ 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 используются: - 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 [12]. 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 над каждой трубой имеется индивидуальный рефлектор при применении U-образного ГИИ. Наиболее широкое распространение, в связи с ограничениями по применению (согласно существующей в Российской Федерации 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, токарнофрезеровальные цеха и т.д.). К таким производствам можно применить термин «локальный обогрев». Данный термин 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. Этот процесс вызывается необходимостью снижения теплопотерь через ограждающие конструкции здания, возникающих при нагревании воздуха во всем помещении [13-15]. 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 существенную экономию энергоресурсов, а также повышает эффективность производства в целом. В связи с этим ГИИ характеризуются рядом значительных преимуществ по сравнению с конвективными системами отопления, а именно: - оптимальный уровень комфорта в рабочей зоне при меньшей температуре в помещении; - отсутствие температурного градиента (это уменьшает теплопотери в помещении, обогреваемом конвективным способом, так как температурный градиент ведёт к скоплению теплого воздуха под потолком помещения, увеличивая теплопотери); - низкий уровень тепловой инерции (это позволяет быстро выходить на полную мощность, сокращая время для отопления рабочих мест и технологического оборудования при прерывной работе производства (остановка на выходные, праздники и т.д. по сравнению с конвективными системами); - возможность локального обогрева отдельных зон или рабочих мест, а также возможность регулирования температуры в каждой зоне. В связи с вышеприведенным 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 создание комфортных условий работы 49 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 С.М. Пуринг, Н.П. Тюрин, Д.Н. Ватузов для человека или технологических условий производства. Скорость вывода системы на полную рабочую мощность и 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 заводаизготовителя, 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 известных теплопотерях здания или тепловой нагрузке, необходимой для локального обогрева зон здания. Общее количество обогревателей N, шт., вычисляется следующим образом: x y N = N × N , (1) I N X x = , (2) (L W) N Y y + = , (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 до 4 м. 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 %. Существует несколько вариантов исполнения 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 близкорасположенными 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 Рис. 1. Схема помещения с установленными ГИИ Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 50 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ притока воздуха и дымоудаления. Общая труба приточного воздуха и общая труба дымоудаления разделены между собой. Выводы. Учитывая особенности установки ГИИ и требования к режиму обеспечения теплом ряда процессов и производств, необходимо в каждом конкретном случае рассматривать целесообразность их использования. Это особенно важно 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 газовых инфракрасных излучателей является более эффективным и экономичным по сравнению с системами отопления, предназначенными для отопления всего объема здания или помещения.

About the authors

Svetlana M. PURING

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Nikolay P. TYURIN

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

DENIS N. VATUZOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files