Plumbing. Heating. Conditioning. Energy Efficiency.

Теплофизические характеристики теплового контура зданий с газовыми инфракрасными излучателями

(0) (5652)
Опубликовано в журнале СОК №7 | 2014

Повышение эффективности использования искусственно генерируемой энергии возможно при системном технико-экономическом обосновании. Необходим комплексный подход по выявлению влияния на температурно-влажностный режим помещений пассивных (наружные ограждения) и активных (системы отопления и вентиляции) элементов систем обеспечения параметров микроклимата.

Рис. 1. Температурный режим в помещении при лучистом отоплении

Рис. 1. Температурный режим в помещении при лучистом отоплении

Рис. 2. Газовый «темный» инфракрасный излучатель

Рис. 2. Газовый «темный» инфракрасный излучатель

Воздействие инфракрасного лучистого отопления благоприятно сказывается на самочувствии людей, животных. Тепловое излучение проникает через поверхность кожи, частично нагревает ее, достигает сети кровеносных сосудов и непосредственно повышает температуру крови, вызывая приятное тепловое ощущение. При лучистом обогреве большая часть избыточной теплоты передается путем конвекции воздуху, имеющему более низкую температуру.

Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно на самочувствие людей, а также животных. Температурный режим в рабочей зоне промышленных и сельскохозяйственных помещений при конвективном или воздушном отоплении поддерживается при тепловом балансе общих потерь и поступлений теплоты. Восходящие естественные конвективные потоки нагретого воздуха омывают внутренние поверхности наружных стен и покрытий, в результате чего их температура τв [°C] становится выше температуры точки росы tт.р [°C], и конденсация водяных паров отсутствует.

При лучистом отоплении подача теплоты в рабочую зону от теплогенератора осуществляется газовыми инфракрасными излучателями (ГИИ) за счет направленного теплового излучения в инфракрасном спектре, а также вторичного излучения и конвекции от нагреваемых поверхностей ограждений и оборудования (рис. 1). При лучистом отоплении формируются параметры микроклимата, при которых средняя температура поверхностей в рабочей зоне τв.р [°C] выше температуры внутреннего воздуха tв.р [°C].

В рабочей зоне производственных помещений допускается снижение величины tв.р на 4 °C по сравнению со значениями, предусмотренными СанПиН 2.2.4.58–96 [1]. Повышение энергоэффективности обогрева помещений при лучистом отоплении достигается за счет создания температурного комфорта только в рабочей зоне, отсутствия промежуточного теплоносителя и тепловых потерь при транспортировке теплоты. По температурным условиям поверхности ГИИ классифицируются:

  • «светлые» высокотемпературные (диапазон tизл > 1000 °C);
  • «светлые» среднетемпературные (диапазон 800 < tизл < 1000 °C);
  • низкотемпературные каталитические (дипазон 600 < tизл < 800 °C);
  • «темные» (400 < tизл < 600 °C);
  • «субтемные» (200 < tизл < 400 °C).

Вне зависимости от вида принципы работы ГИИ остаются неизменными, однако на практике по технико-экономическим показателям и условиям создания комфортности в рабочей зоне предпочтение отдается «темным» ГИИ. Принцип действия «темных» ГИИ следующий (рис. 2). Высокотемпературные продукты сгорания газа, поступающие из вентиляторного газогорелочного блока 1, циркулируют внутри теплоизлучающих труб 4 и удаляются в атмосферу по газоходу для отвода продуктов сгорания 2.

Над трубами крепится теплоотражающий экран 3. Вся данная конструкция подвешивается в верхней зоне помещения или крепится на стене. Основным фактором, сдерживающим в настоящее время широкое использование систем газового лучистого отопления в производственных и сельскохозяйственных зданиях, является отсутствие системного анализа процессов теплои массопереноса в объеме помещений.

Следствием является уменьшение энергоэффективности систем из-за наличия дефицита теплоты в помещениях, снижения теплозащитных характеристик необлучаемых ГИИ наружных ограждений при конденсации на них водяных паров, наличие капельной влаги в рабочей зоне. Для предотвращения данных негативных факторов обоснуем особенности методов нормирования и расчета тепловых балансов помещений и теплофизических характеристик наружных ограждений при новом строительстве или реконструкции зданий с системами газового лучистого отопления.

Новые здания с системами газового лучистого отопления. Тепловой баланс в промышленных и сельскохозяйственных помещениях при конвективных (водяных, паровых) и воздушных системах отопления в холодный период года при расчетной температуре tн [°C] поддерживается в условиях равенства потерь теплоты через наружные ограждения Qн.о и поступлений теплоты от систем отопления Qотк , то есть Qн.о = Qотк . Потери теплоты помещением находятся суммированием через каждый элемент ограждения [2]:

Значения сопротивлений теплопередаче Rо2⋅°C/Вт], наружных ограждений составляют, например, для промышленных зданий [2]:

а для сельскохозяйственных зданий [3]:

где qбн — нормированный удельный тепловой поток через наружное ограждение, Вт/м2. Определение величины Rо по формулам (2) или (3) гарантирует отсутствие конденсации водяных паров на внутренних поверхностях наружных стен и покрытий (τв > tт.р). Системы газового лучистого отопления потребляют меньшее количество теплоты для поддержания допустимых температурных параметров в рабочей зоне.

Для конкретного примера зададимся общепринятой в технической литературе величиной снижения расхода теплоты до 40 %. Тогда мощность систем лучистого отопления составит Qотл = 0,6Qотк . Поддержание средневзвешенной температуры в помещении tв, гарантирующей отсутствие конденсации водяных паров на необлученных внутренних поверхностях наружных ограждений, возможно только при увеличении, согласно (1), сопротивления теплопередаче теплового контура при лучистом отоплении Rол по сравнению с конвективным Rок на величину: 0,6/Rок = 1/Rол , то есть Rол = 1,67Rок.

При проектировании новых или реконструкции производственных или сельскохозяйственных объектов должен быть указан тип отопительной установки. В случае применения газового лучистого отопления средневзвешенное сопротивление теплопередаче теплового контура здания следует увеличивать на величину 60–70 % относительно расчетного по действующим нормам. Реконструкция здания с заменой конвективных или воздушных систем отопления на системы лучистого отопления.

В холодный период года в помещении наблюдается дефицит теплоты ориентировочно до 0,4Qотк , сопровождающийся понижением средневзвешенной температурой воздуха tв. Температура необлученных внутренних поверхностей τв понижается до температуры точки росы tт.р и ниже. Следствием является конденсация водяных паров на поверхностях и увлажнение наружных ограждающих конструкций.

Для предотвращения данного неблагоприятного теплофизического процесса необходимо утепление необлучаемых элементов теплового контура зданий до величины сопротивления теплопередаче, при котором τв > tт.р, то есть должно соблюдаться условие Rол = 1,67Rок. Применяемая в некоторых случаях установка в верхней зоне помещений дополнительных систем конвективного или воздушного отопления для уменьшения дефицита теплоты снижает эффект экономии энергии от применения систем лучистого отопления.

Вывод — выполнение необходимого по теплофизическим требованиям условия недопустимости конденсации на внутренних поверхностях наружных ограждений (τв > tт.р) дает основание отнести производственные и сельскохозяйственные здания с газовым лучистым отоплением к особому классу по нормированию и расчету величины сопротивления теплопередаче по отношению к зданиям с конвективным или лучистым отоплением.

При новом проектировании или реконструкции систем теплообеспечения применение газового лучистого отопления должно быть обязательно отражено в техническом задании. Получение экономического преимущества в процессе эксплуатации систем лучистого газового отопления от снижения потребления тепловой энергии возможно только при повышении сопротивления теплопередаче теплового контура зданий, что сопровождается увеличением капитальных затрат в процессе строительства или реконструкции.

(0) (5652)
Comments
  • В этой теме еще нет комментариев
Add a comment

Your name *

Your e-mail *

Your message