Системы газового инфракрасного отопления для децентрализованного теплоснабжения предприятий
Наиболее распространенным вариантом теплоснабжения предприятий в нашей стране в настоящее время является централизованное теплоснабжение. По этой схеме на предприятии (или вне его, если используется тепло от сторонних производителей) эксплуатируется котельная, которая соединяется теплотрассами с производственными зданиями. Но следует отметить, что по целому ряду причин эта схема не отвечает современным требованиям эффективности и экономичности.
Несмотря на то что наибольшее распространение у нас пока имеет схема централизованного теплоснабжения, она не отличается эффективностью и экономичностью по многим показателям.
Среди основных можно назвать следующие:
• значительные потери тепла в трассовом хозяйстве (до 30%);
• большие затраты на содержание трассового хозяйства;
• затраты на преобразование тепла при отоплении производственных помещений;
• ограниченные возможности по регулировке потребления газа в зависимости от разбора тепла в производственных зданиях.
Децентрализация теплоснабжения избавляет от длинных теплотрасс, потерь тепла в них и расходов на их содержание. Кроме того, появляется возможность эффективной регулировки расхода топлива в зависимости от разбора тепла на отапливаемых объектах. Уже только эти обстоятельства обеспечивают снижение расходов на теплоснабжение до 40%.
В системах децентрализованного теплоснабжения все большее распространение получают системы прямого сжигания топлива. В оборудовании этой группы продукты сгорания топлива используются непосредственно для нагрева воздуха или излучающего элемента без использования промежуточного теплоносителя. Нагревательные устройства размещаются вблизи отапливаемого помещения (или даже непосредственно в нем). Таким образом, отпадает необходимость в системах транспортировки тепла и т. п. К оборудованию этого типа относятся:
• газовые генераторы теплого воздуха — в них продукты сгорания проходят через теплообменник, обдуваемый потоком воздуха, и нагретый воздух поступает непосредственно в помещение; мощность генераторов варьируется от 20 кВт до 1 МВт;
• системы газового инфракрасного обогрева (СГИО) — в оборудовании этого класса продукты сгорания нагревают излучающее тело (металлическую трубу или керамическую пластину), которое испускает тепловое инфракрасное излучение.
По способу передачи тепла все известные системы отопления можно разделить на две группы: системы конвективного отопления и системы лучистого отопления (в частности, газо-лучистого).
При конвективном отоплении (теплый приток, радиаторы на стенах) персонал обогревается исключительно за счет теплого воздуха в помещении. Таким образом, в рабочей зоне температура воздуха должна соответствовать комфортной для работы температуре. Так как теплый воздух поднимается вверх, то для поддержания комфортной температуры на рабочих местах средняя температура воздуха по всему объему помещения должна быть выше, чем температура на рабочих местах. При относительно небольшой высоте помещения (до 4 м) перепад температуры воздуха по высоте не велик. При большой высоте помещения (более 7 м) средняя температура воздуха в помещении (за счет образования подушки теплого воздуха у потолка) будет значительно выше, чем температура на рабочих местах. Разница температуры может достигать 15–20 0С, а затраты тепла на прогрев всего объема могут возрасти на 25–30% за счет большей средней температуры и увеличения теплопотерь за счет тепловой подушки. Высокие помещения (выше 15 м) практически невозможно эффективно обогреть, используя конвективные методы отопления.
При газо-лучистом отоплении (СГЛО) нагреватели (инфракрасные излучатели) располагаются в верхней части помещения, а падающее тепловое излучение обогревает непосредственно персонал, пол, рабочие места и оборудование, а уже от этих поверхностей нагревается воздух. Так как температура этих нагретых поверхностей невелика (около 21 0С), то и температура воздуха в зоне контакта с ними не велика. Это обеспечивает высокую равномерность температуры по высоте и снижение средней температуры воздуха в помещении. Кроме того, персонал обогревается как за счет падающего теплового излучения, так и за счет воздуха в помещении. Это дает возможность дополнительно снизить среднюю температуру воздуха в помещении на 4–6 0С. Всё вместе это обес-печивает дополнительную экономию до 15%.
Отсутствие тепловой подушки под крышей, оптимальное распределение тепла по площади помещения, автоматическое поддержание заданного уровня температуры, отсутствие промежуточного теплоносителя и потерь в теплотрассах обеспечивают снижение затрат на отопление в 7–10 раз, значительно снижая энергоемкость продукции. Это подтверждается сравнительными расчетами затрат на отопление 10 кв. м. производственной площади различными методами. По сравнению с водяным отоплением расход газа снижается в 2 раза, а затраты на отопление — более чем в 10 раз.
На рис. 1 показано качественное распределение температуры по высоте помещения: площадь между вертикальной линией и соответствующим графиком температуры характеризует дополнительные потери тепла. Из рисунка видно, что начиная с высоты около 4 м дополнительные теплопотери при конвективном обогреве значительно превосходят дополнительные теплопотери при газо-лучистом обогреве.
Рис. 1.
Системы конвективного нагрева располагаются обычно по периметру помещения. При большой площади помещения (более 1 тыс. кв. м) трудно обеспечить требуемое распределение температуры по помещению. А СГИО располагаются сверху и могут быть оптимально распределены по помещению.
Таким образом, можно выделить типы помещений, для которых будет оптимально применение конкретного вида отопления:
• конвективное — помещения относительно небольшой высоты (до 5 м);
• газовое инфракрасное — помещения большой высоты (от 6 м до 35–40 м) и большой площади (без ограничения).
При выборе между конвективным и газо-лучистым отоплением следует также учитывать и другие обстоятельства:
1. Возможность эффективного регулирования мощности. СГИО — малоинерционные и достигают показателей рабочей температуры за несколько минут. Это дает возможность регулировать температуру в старт-стопном режиме работы излучателей: при достижении требуемой температуры в помещении оборудование отключается, при падении температуры — включается. Это существенно экономит топливо (среднее потребление в 2,5 раза меньше, чем при постоянной работе). Централизованные котельные установки, которые в основном используются при организации конвективного нагрева, не обеспечивают такое мобильное управление.
2. Климатический комфорт на рабочих местах. Так как при работе СГИО градиент температуры воздуха меньше, то уменьшается и движение воздуха. Как следствие, в воздухе меньше пыли. Объективно зарегистрировано уменьшение числа простудных заболеваний работников после установки систем газо-лучистого отопления.
3. Возможность снижения температуры в помещении. Как указывалось выше, при использовании СГЛО персонал обогревается не только за счет теплого воздуха в помещении, но и за счет падающего теплового излучения. Это дает возможность снизить температуру воздуха в помещении на 4–6 0С без ухудшения комфорта персонала, что обеспечивает дополнительную экономию тепла до 15%.
Факторы, обеспечивающие снижение затрат на отопления при использовании СГЛО по сравнению с конвективными системами, и сравнение условий эксплуатации приведены в таблицах 1 и 2.
Табл. 1. Факторы, определяющие экономию затрат при применении СГЛО по сравнению с конвективным отоплением
|
Фактор
|
Экономия
|
|
Увеличение средней рабочей температуры в помещении
|
10%
|
|
Наличие подушки теплого воздуха под крышей
|
5%
|
|
Возможность установки пониженного уровня ночной температуры в помещении при использовании СГЛО
|
10%
|
|
Снижение средней температуры в помещении за счет создания зон с различной температурой (пониженная температура в проходах, местах складирования и т. п.) при использовании СГЛО
|
10%
|
Табл. 2. Сравнение условий эксплуатации
|
- |
ГЛО
|
Конвекция
|
|
Потери при транспортировке тепла
|
Нет
|
До 20%
|
|
Удобство монтажа
|
Монтаж без остановки производства и без земляных работ
|
Большие затраты на земляные работы, катодную защиту, теплоизоляцию теплотрасс и т. п.
|
|
Скорость разогрева помещения
|
За 30–60 минут
|
От 12 до 48 часов
|
|
Возможность создания зон с различной температурой
|
Возможна организация зон с различной температурой с высокой комфортностью
|
Только с системами теплого местного притока. Низкая комфортность
|
|
Обогрев помещений большой высоты до 40 м
|
Не вызывает принципиальных затруднений
|
Невозможно организовать эффективное отопление
|
|
Отопление помещений высотой до 3,5 м
|
Только излучателями малой мощности
|
Не вызывает затруднений
|
|
Движение воздуха и пыли
|
Отсутствует. Вызывается только работой системы вентиляции
|
Всегда есть, независимо от вентиляции
|
|
Опасность разморозки системы
|
Отсутствует
|
Существует
|
|
Расход электроэнергии
|
2,2 кВт
|
5 кВт
|
Системы газо-лучистого отопления обходятся дешевле и при строительстве. В табл. 3 приведено сравнение затрат на установку и эксплуатацию СГЛО и котельной на 1 МВт.
Табл. 3 Стоимость установки и эксплуатации
|
Наименование работ
|
Системы газо-лучистого отопления на 1 МВт
|
Котельная на 1 МВт
|
|
1. Тепловое оборудование (излучатели, котлы)
|
? 33 000
|
? 30 000
|
|
2. Стоимость «под ключ»
|
? 72 000
|
? 90 000
|
|
3. Затраты на эксплуатацию в год (газ + обслуживание)
|
? 9 000
|
? 22 000
|
Устройство инфракрасного нагревателя
Инфракрасный излучатель включает в себя автоматизированный горелочный блок, U-образную или прямолинейную излучающую стальную трубу, рефлектор и крепежное устройство.
Автоматизированный горелочный блок состоит из инжекционной горелки с электрическим зажиганием, системой ионизационного контроля пламени, автоматизированного блока регулирования тепловой нагрузки и автоматики безопасности.
Продукты сгорания из горелочного блока попадают в U-образную или прямолинейную трубу и далее всасываются и выводятся наружу вентилятором. Над стальной излучающей трубой сверху расположен рефлектор со специальным приспособлением для подвешивания на крепежные устройства. Рефлектор отражает тепловое излучение вниз по направлению к обогреваемой зоне. Для уменьшения конвективных теплопотерь рефлектор может покрываться сверху слоем теплоизоляции.
Заданная температура в помещении поддерживается с помощью термостата, который отключает на время модуль или группу модулей.
Возможно два исполнения инфракрасного нагревателя — модульное и с ленточным излучающим элементом.
В модульном исполнении к горелочному блоку мощностью от 28 до 45 кВт присоединяется излучатель длинной 6, 9 или 12 м. Над излучателем устанавливается отражатель. Каждый модуль является автономным устройством и обеспечивает обогрев площади примерно в 150–200 кв. м, а для обогрева всего помещения требуется установить несколько (возможно даже несколько десятков) модулей. Воздух для горения поступает снаружи помещения. Туда же отводятся продукты горения. Таким образом, модуль изолирован от обогреваемого помещения.
В ленточном исполнении к двухступенчатому горелочному блоку мощностью от 85 до 350 кВт подключается одинарный или двойной трубчатый излучатель длиной до 180 м. Излучающий элемент сверху и с боков закрыт теплоизоляцией для уменьшения теплопотерь.
Сам блок горения вместе с газовой арматурой может размещаться вне обогреваемого помещения — на стене или на крыше, а ленточный излучатель подвешивается под потолком. Подобная схема обеспечивает высокую пожарную безопасность. Эта система удобна для отопления больших площадей с зонами различной температуры. Для обогрева большого помещения требуется всего несколько горелочных блоков.
Применение ленточных излучателей является очень перспективным для отопления помещений большой высоты. Эффективность в этом случае определяется высокой лучистой отдачей и развитой излучающей поверхностью. В современных быстровозводимых зданиях с ограждающими конструкциями типа сэндвич-панелей ленточные системы обеспечивают равномерное распределение тепла по отапливаемой площади. Измерения, проведенные на излучателях, показали, что на длине 40 м перепад потока составил около 5 Вт/кв. мпри общем уровне 70 Вт/кв. м.
Опыт эксплуатации СГЛО подтвердил их высокую эффективность и экономичность при обогреве производственных помещений с большой площадью.
Системы инфракрасного отопления могут применяться для различных помещений: производственных, складских, торговых, спортивно-зрелищных, а также сельскохозяйственного назначения.
| Автор: Д. В. Игонин Дата: 11.08.2004 Журнал Стройпрофиль 5-04 Рубрика: теплоснабжение. жкх. отопительные системы Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |