Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергосберегающие системы газового отопления и вентиляции

Е.А. Романова

Представлен обзор систем отопления и вентиляции, обеспечивающих получение тепловой энергии непосредственно в зоне, требующей обогрева. Применение данных систем позволяет в границах одного производственного помещения создать несколько рабочих зон с разными условиями климатического комфорта.

Задача теплоснабжения производственных цехов всегда считалась неординарной. И дело здесь не только в том, что в отличие от жилых и административных зданий, производственные здания всегда создаются под определенную и часто уникальную технологию, требующую создания в производственном помещении особых условий по температуре, влажности и запыленности внутреннего воздуха. Не назовешь исключительным и такой случай, когда в границах одного производственного помещения необходимо создать несколько рабочих зон с разными условиями климатического комфорта. И само собой разумеется, что практически каждое производство связано с жестким и совершенно непререкаемым исполнением нормативных требований по промышленной санитарии, взрыво- и пожаробезопасности. Исполнение всех этих, часто противоречащих одно другому, требований в границах одного производственного помещения способно загнать в тупик даже видавших виды специалистов.

Одним из вариантов решения этих проблем является применение систем отопления (с использованием природного газа или жидкого топлива) непосредственно в зоне, требующей обогрева, которые на сегодняшний день достаточно широко представлены на рынке промышленного оборудования. И к ним в первую очередь нужно отнести системы газового лучистого отопления, системы воздушного отопления и вентиляции с применением газовых воздухонагревателей и системы отопления с применением газовых конвекторов. отопление вентиляция энергия

Системы газового лучистого отопления

Лучистое отопление - это передача тепла от более нагретых поверхностей к менее нагретым посредством инфракрасного излучения. Передача тепла этим излучением имеет такие же свойства, как и электромагнитное в любом другом диапазоне: распространяется прямолинейно, не поглощается прозрачным воздухом или вакуумом.

В 30-е годы прошлого столетия появились первые инфракрасные керамические нагреватели - светлые (рис. 1). Однако из-за большого количества недостатков такие нагреватели не получили должного распространения. Большинство недостатков в дальнейшем было учтено при разработке темных инфракрасных нагревателей (рис. 2), которые появились в 70-е годы ХХ в.

В первую очередь темные излучатели от светлых отличает температура излучающей поверхности. У светлых она составляет 800-1200 ОС, а у темных - 150-450 ОС, что соответствует длине волны у светлых - 1-3 мкм, а у темных-9-15 мкм. Процесс горения газа у светлых излучателей происходит непосредственно на излучающей поверхности, т.е. открыто и небезопасно, а у темных - в полностью закрытом пространстве. Поэтому предъявляются более жесткие требования к применению светлых излучателей по пожарным нормам. Керамическая пластина светлых излучателей требует определенных условий эксплуатации: большое внимание к чистоте воздуха в отапливаемом помещении, необходимость систематического продувания пор пластины сжатым воздухом. Несоблюдение условий эксплуатации приводит к засорению и зашлаковыванию пор и поверхности, что вызывает местные перекаливания и ведет к разрушению излучающего элемента. У темных излучателей этот недостаток полностью исключен, т.к. температура поверхности значительно ниже, излучающая поверхность выполнена из жаропрочной стали, у которой температура горения газа не вызывает прогорания.

Следующим недостатком светлого излучателя является небольшая площадь излучающей поверхности, что приводит к высокой плотности теплового потока. Из-за этого трудно получить равномерное температурное поле, появляются тепловые пятна, разница между которыми очень ощутима, что вызывает дискомфорт у людей, пребывающих в зоне отопления. Темные же излучатели имеют значительно большую поверхность излучения, плотность теплового потока гораздо ниже, чем у светлых, и они удовлетворяют санитарно-гигиеническим требованиям. А с помощью излучателей, длина которых превышает 10 м, возможно получение равномерных температурных полей с низкой интенсивностью излучения.

Открытый процесс горения на поверхности светлого излучателя, невозможность отвода продуктов горения и контроля за качеством горения приводит к выделению в отапливаемое помещение большого количества вредных выбросов. Исследования, проведенные НИИ медицины труда РАМН (г. Москва), показали, что в этих выбросах кроме обычных продуктов горения газа (СО, СО 2, NOx) могут присутствовать: бензол, ацетон, формальдегид, метанол, бензапирен и др. Даже небольшое количество хотя бы одного из этих соединений способствует развитию опухолевых заболеваний.

В результате большое количество недостатков, и в первую очередь несоответствие современным санитарно-гигиеническим требованиям, привели к значительному ограничению по применению светлых излучателей, а в некоторых европейских странах - к полному запрету.

Применение в России светлых излучателей обусловлено кажущейся более низкой стоимостью по сравнению с темными. Однако их использование ведет к дополнительным затратам. В первую очередь - это увеличение нагрузки на вентиляцию (до 30%), низкий срок эксплуатации, необходимость в более частом и качественном техобслуживании (по сравнению с темными) ведет к увеличению эксплуатационных затрат. Высокая температура продуктов горения (до 800 ОС) приводит к большим теплопотерям через кровлю промышленных зданий. Также оконное стекло является проницаемым для тепловых лучей с длиной волны до 4 мкм, что приводит к дополнительным теплопотерям через остекление помещения. Все эти факторы приводят к необходимости установки оборудования заведомо большей мощности, т.е. к увеличению тепловых нагрузок, и как следствие - к увеличению затрат. В то же время светлые излучатели могут эффективно применяться для локального обогрева рабочих мест на открытых и полуоткрытых площадках, а также для нагрева инертных материалов.

Подробнее рассмотрим особенности конструкции темных инфракрасных излучателей.

Современный газовый отопительный прибор темного длинноволнового излучения представляет собой трубу диаметром 75-120 мм. С одной стороны трубы устанавливается горелка, с другой - вентилятор. Над трубами крепится рефлектор из полированной стали или алюминия. Вся конструкция подвешивается под потолком или на стене внутри здания.

Принцип действия систем темного лучистого отопления состоит в том, что высокотемпературные продукты сгорания газа проходят внутри теплоизлучающих труб, в качестве которых используются стальные трубы, обработанные специальным термостойким покрытием либо с высокой степенью черноты (до 0,92-0,97), либо серебристого цвета, что позволяет смещать спектр излучения в сторону инфракрасного.

Трубы передают 50-75% теплоты инфракрасным излучением в рабочую зону помещения, обогревая людей, нагревая полы и оборудование. Интенсивность теплового излучения зависит от цвета труб, конструкции излучателя, организации факела горения внутри труб. Остальные 25-42% теплоты компенсируют теплопотери кровли и верхнего пояса стен. Доля отводимой в атмосферу с продуктами сгорания теплоты составляет не более 5-8% общего ее количества, полученного при сжигании газа. В конструкции труб предусмотрены специальные "турбуленты", которые выполняют роль дополнительных дымоходов, что позволяет "забирать" у продуктов горения максимум тепла. Температура уходящих газов составляет около 100-110 ОС. Каждая установка регулируется индивидуально с помощью газового анализатора. Регулируется соотношение "газ-воздух" с контролем основных параметров: температуры, качества выбросов и т.п.

В качестве топлива используется природный или сжиженный газ. При этом переход с одного вида газа на другой не требует сложных изменений в конструкции горелки или замены оборудования. Продукты горения, пройдя по всей длине устройства, выбрасываются либо внутрь помещения, либо наружу через специальный вытяжной дымоход. Применяются индивидуальные дымоходы от вентилятора каждой установки или централизованный общий дымоход с одним вытяжным вентилятором. К такому вентилятору можно подсоединить до 10 установок.

Темные инфракрасные излучатели предназначены для создания и поддержания требуемых параметров теплового режима систем микроклимата производственных, общественных, сельскохозяйственных помещений, складов, открытых площадок, спортивных сооружений.

Применение систем газового лучистого отопления позволяет решить следующие важные проблемы.

1. Проблему потерь тепла в помещениях с высокими потолками (кровлей). Отопление таких помещений традиционными водяными системами требует значительных затрат, т.к. градиент температур при этом достигает 2,5 ОС на 1 м высоты, а при лучистом отоплении - 0,5 ОС на 1 м высоты, не образуется тепловая "подушка" под потолком, кровля не перетапливается.

2. Проблему потерь тепла при большом воздухообмене. Нагревается не воздух, а предметы, находящиеся в рабочей зоне. В свою очередь, пол и оборудование, нагреваясь, отдают это тепло окружающему их воздуху. Комфортное состояние людей поддерживается не только за счет температуры окружающего воздуха, как при воздушном отоплении, но еще и за счет падающей на них со стороны обогревателей, нагретого пола и оборудования лучистой энергии. Исходя из условий комфортности, допускается снижение поддерживаемой в помещении температуры, но не более, чем на 4 ОС (по сравнению с нормативной). Но и этого снижения вполне достаточно, чтобы расчетные тепловые потери здания уменьшились на 9-10%.

3. Проблему потерь тепла при различных режимах работы предприятия. Использование температурных датчиков в зоне отопления позволяет системе реагировать на малейшие изменения температуры (±0,5 ОС) и поддерживать ее постоянной или изменить температурный режим за несколько минут. Современные системы газового лучистого отопления имеют возможность программирования температурного режима по рабочим сменам и дням недели. Так, предприятие, работающее в одну смену пять дней в неделю, только за счет перевода системы в режим дежурного отопления в нерабочее время, выходные и праздничные дни, может сэкономить за год до 44% расходуемого газа. При двухсменной работе экономия будет меньше - до 31 %. При необходимости можно отапливать только ту зону, где непосредственно ведутся работы, а не весь цех.

4. Проблему снижения эксплуатационных затрат. КПД установок составляет 90-93%. К преимуществам данных систем, кроме разницы в затратах на тепловую энергию, получаемую от сторонних производителей, и на газовое топливо собственной системы лучистого отопления, также следует добавить то, что газопровод не требует теплоизоляции, имеет значительно больший срок службы, на порядок меньшую металлоемкость и меньшие эксплуатационные затраты, чем при обслуживании трубопроводов тепловых сетей. Современные системы газового отопления работают в автоматическом режиме, не требуя пристального внимания со стороны эксплуатационного персонала (затраты на ремонт и обслуживание составляют 3-5% общих затрат).

При выборе системы отопления необходимо учитывать, что применение систем газового лучистого отопления ограничено категорийностью помещений (кроме категорий А, Б, В 1; не ниже III степени огнестойкости), особенностью конструкции зданий (низкие потолки (ниже 4 м), наличие особого оборудования и инженерных коммуникаций, перекрывающих прямое тепловое излучение, наличие большого количества небольших помещений и т.п.), назначением помещений (склады пищевых продуктов, лакокрасочных изделий и т.п.), а также необходимостью нагревать большое количество приточного воздуха.

Газовые воздухонагреватели

Другим вариантом решения проблемы отопления производственных помещений является применение газовых воздухонагревателей. По способу нагрева приточного воздуха они разделяются на смесительные и рекуперативные.

В смесительных воздухонагревателях продукты горения природного газа смешиваются в определенной пропорции с приточным воздухом и газовоздушная смесь подается в обслуживаемую зону. Это самое дешевое оборудование, но в некоторых странах Европы оно запрещено к использованию. В России его применение ограничивается санитарно-гигиеническими требованиями к воздуху рабочей зоны. СНиП 2.04.05-91 "Отопление, вентиляция и кондиционирование" запрещает выброс дымовых газов непосредственно в помещение. Однако, использование смесительных воздухонагревателей для отопления теплиц, по нашему мнению, целесообразно - во-первых, из-за относительной дешевизны, а во-вторых, поступление продуктов сгорания природного газа в небольших количествах (прежде всего СО 2) благоприятно сказывается на росте растений.

В рекуперативных воздухонагревателях горячие продукты сгорания газа нагревают приточный воздух, не смешиваясь с ним, до необходимой температуры, а вентилятор подает в рабочую зону теплый воздух.

Отопление горячим воздухом может быть вентиляционным (когда приточный воздух полностью забирается снаружи помещения), циркуляционным (когда нагревается только внутренний воздух помещения) и комбинированным.

Установки для отопления циркуляционным воздухом (рис. 3) обычно имеют осевой вентилятор, одно- или двухступенчатую газовую горелку, принудительный отвод продуктов сгорания, а также электронный блок управления. Благодаря использованию бесшумных вентиляторов и регулируемых жалюзи для изменения направления потока воздуха, эти установки могут использоваться даже в небольших помещениях с низкими потолками без снижения уровня комфортности для находящихся в них людей.

Установки для вентиляционного нагрева воздуха служат для отопления и вентиляции в непрерывном режиме. Это уже целая приточная система, которая устанавливается или внутри, или снаружи помещения (рис. 4), имеет электронное управление и возможность программирования режима работы. Единичная тепловая мощность установок достигает 1 МВт. К тому же, кроме летнего вентиляционного режима, они могут работать в режиме кондиционирования при дополнительной комплектации. Автоматический режим работы и минимальная инерционность процесса управления позволяет вентиляционным установкам с высокой точностью выдерживать заданный температурный режим в обслуживаемом помещении. Благодаря применению блока электронно-управляемого розжига установки могут выключаться в нерабочее время и затем автоматически включаться.

Следует отметить, что в зависимости от специфики отапливаемого объекта возможно комбинированное применение систем газового лучистого отопления и газовых воздухонагревателей.

В настоящее время популярным также становится вспомогательное энергосберегающее оборудование систем отопления и вентиляции - дестратификаторы (расслоители воздуха или подпотолочные вентиляторы). Они служат для возврата поднимающегося к кровле теплого приточного воздуха. Дестратификаторы имеют температурный датчик, который настраивается на заданную температуру, при превышении которой расслои-тель включается и подает теплый воздух обратно в рабочую зону, предотвращая тем самым ненужные потери тепла через кровлю. При этом градиент температур по высоте помещения уменьшается до 1 -1,5 ОС (для сравнения - при воздушном отоплении эта величина составляет 4,5 ОС).

Газовые конвекторы

В России газовые конвекторы появились в 1998 г. Результаты экспериментальной эксплуатации в 1999-2000 гг. показали высокую экономичность, безопасность и надежность установленного оборудования. В результате с 2001 г. в ряде российских регионов начал активно развиваться процесс установки газовых конвекторов (рис. 5) в жилых и нежилых помещениях, административных, производственных и торговых зданиях.

Отопление газовыми конвекторами позволяет отказаться от котлов, радиаторов, насосов, труб и других дорогостоящих компонентов классических водяных систем отопления. При этом решаются проблемы отопления помещений высотой до 4 м, а также административно-бытовых помещений. Конвекторы работают как на природном, так и сжиженном газе. Они не требуют электропитания, т.к. розжиг запальной горелки производится с помощью пьезоэлемента.

Камера сгорания полностью изолирована от отапливаемого помещения - воздух подводится из внешней среды и туда же выводятся продукты сгорания. Это обеспечивается двумя трубами, установленными по принципу "труба в трубе". Трубы подсоединены к задней панели настенного прибора и выводятся сквозь стену наружу здания.

Выносной датчик, контролирующий температуру воздуха в помещении, обеспечивает связь с клапаном автоматики, отвечающим за поддержание заданной температуры в автоматическом режиме. Защитная автоматика конвектора обеспечивает его отключение при перерывах подачи газа, снижения давления газа на входе в конвектор ниже предельно допустимого уровня, затруднении выброса продуктов сгорания или притока воздуха при перекрытии ветрозащитного колпака. Конвекторы устанавливаются с внутренней стороны наружной стены помещения, как правило, под окном. Место установки должно обеспечивать нормальную циркуляцию теплого воздуха в помещении.

Размещено на Allbest.ru