Уменьшение количества тепловой энергии, необходимой для создания и поддержания комфортных параметров микроклимата в производственном помещении, является крайне актуальной задачей с экономической точки зрения. Одним из путей повышения энергоэффективности зданий производственного назначения без потерь в комфорте и в обеспечении надёжного функционирования производственных линий общепризнанно является применение лучистых систем отопления.

Наиболее энергоэффективным видом инфракрасного отопления является отопление на базе газовых инфракрасных излучателей «светлого» и «тёмного» типов. В таких системах нет промежуточного теплоносителя (воды, пара), тепловая энергия поступает в помещение напрямую от сжигания первичного энергоносителя — природного газа. Но использование подобных систем связано с некоторыми сложностями, например, применение любых видов газовых инфракрасных излучателей в помещениях с повышенными противопожарными требованиями запрещено. Кроме того, использование «светлых» газовых инфракрасных излучателей связано с выбросом уходящих газов непосредственно в объём обслуживаемого помещения, что приводит к удорожанию системы принудительной вентиляции в помещении. Также подключение газа во многих регионах затруднено и может быть финансово неоправданным.

Наиболее перспективным видом лучистого отопления является отопление на базе водяных инфракрасных излучателей. Такие системы имеют ряд преимуществ перед традиционными конвективными или воздушными системами отопления: простое и эффективное гидравлическое регулирование; снижение потерь теплоты через покрытие помещения за счёт уменьшения «тепловой подушки»; отсутствие сквозняков и пылевых масс; экономия места; низкая тепловая инерция; простота монтажа и обслуживания; направленная подача теплоты в рабочую зону помещения; возможность применения возобновляемых источников энергии и систем рекуперации теплоты; длительный срок службы. Теплоносителем в данных отопительных приборах служит горячая вода с температурой 30–130°C.

Оба типа отопительных приборов построены на принципе максимизации теплоотдающей способности лучистым способом и минимизации конвекции.

В 2018 году на базе ННГАСУ был создан Учебно-научно-исследовательский центр «Системы отопления с использованием низкотемпературных инфракрасных излучателей» (УНИЦ «СОНИИ»), основой которого стала Лаборатория лучистого отопления (фото 1). На базе данной лаборатории коллективом авторов были проведены комплексные исследования работы лучистой системы отопления на базе водяных инфракрасных излучателей [1–4]. В качестве объекта исследований была выбрана лучистая система отопления, построенная на базе водяных излучающих профилей производства российской компании «Флайг + Хоммель», головной офис которой расположен в городе Заволжье Нижегородской области. Следует отметить, что индустриальный партнёр исследований — единственный российский производитель водяных излучающих профилей.


Фото 1. Общий вид Лаборатории лучистого отопления ННГАСУ

В продуктовой линейке компании-партнёра на данный момент имеются две марки водяных излучающих профилей: Helios 750 и Flower 125 (технические характеристики представлены в табл. 1).

Для комплексного исследования модели лучистой системы отопления на базе водяных инфракрасных излучателей был проведён ряд лабораторных и натурных экспериментов: исследование тепловых и лучистых характеристик излучателя; исследование теплового и температурного режимов в помещениях с системами отопления на основе водяных ИК-излучателей; исследование теплового режима наружных ограждающих конструкций в помещениях с системами отопления на основе водяных ИК-излучателей.

Для проведения комплексного исследования модели лучистой системы отопления на базе водяных инфракрасных излучателей была сконструирована оригинальная экспериментальная установка, которая позволяет смоделировать фрагмент лучистой системы отопления, применить известные методы испытаний и получить достоверные экспериментальные данные, которые впоследствии можно использовать в инженерной практике.

Одним из результатов исследований, проведённых в Лаборатории лучистого отопления ННГАСУ, является полученная зависимость определения теплоотдачи 1 п.м. водяных излучающих профилей qизл [Вт/п.м.] от температурного напора ∆t [°C], представленная на рис. 1.


Рис. 1. Моделирование степенной линии тренда в программном комплексе MathCAD для результатов испытания излучателей марок Helios 750 и Flower 125

Материальным результатом исследований стало вновь возведённое здание склада сухого хранения с административно-бытовой частью компании ООО «Флайг + Хоммель» в городе Заволжье, показанное на фото 2, в котором создание системы лучистого отопления было проведено с применением предложенной методики проектирования лучистой системы отопления [5]. Здание имеет отапливаемый объём Vот = 36288 м³.


Фото 2. Склад сухого хранения ООО «Флайг + Хоммель» в Заволжье

Высокая энергоэффективность применения лучистых систем отопления на базе водяных инфракрасных излучателей достигается за счёт:

  • меньшего температурного градиента по высоте помещения и отсутствия тепловой подушки, что снижает потери теплоты через покрытие помещения;
  • снижения температуры воздуха рабочей зоны без снижения уровня комфорта за счёт более высокой радиационной температуры, что также снижает трансмиссионные теплопотери;
  • меньшей тепловой инерции, которая позволяет увеличить время дежурного режима работы системы отопления и снизить длительность переходного режима.