Молька В. Три Э в отоплении промышленных зданий

Подождите немного. Документ загружается.

2.Определиться с «философией» отопления.

Тот, кто мало-мальски разбирается в проблематике отопления промышленных

зданий, не отважится опровергать, что в сложившихся условиях рыночной экономики

децентрализованное отопление энергетически, экономически и экологически

предпочтительнее централизованного.

3.Определиться с типом отопления.

Сегодня уже многие знают, что системы, построенные на принципах лучистого

отопления, в большинстве случаев энергетически, экономически и экологически

предпочтительнее чем конвективные системы отопления, в особенности, если речь

идёт об отоплении больших промышленных объектов. Лучистые системы лучше всего

подходят для реконструкции отопления без нарушения технологического цикла

предприятий.

4. Сделать логический вывод.

Коль уж мы согласились с первыми тремя утверждениями, это логически

приведет нас к выводу, что для отопления объемных промышленных зданий,

практически не существует альтернативы газовым лучистым отопительным

системам.

Данная публикация предназначена скорее всего не для читателей

согласившихся с вышеизложенными утверждениями. Те, кто ответил «да» и сделал

вывод , уже отапливают (и, предполагаю, довольны этим) свои помещения с помощью

инфракрасных газовых излучателей. Данное пособие предназначено для тех, кому

трудно согласиться хотя бы с одним из вышеперечисленных утверждений или для

тех, кто установил в цехах излучатели, но по каким то причинам не вполне доволен их

работой. Полезную информацию найдут и те кто находится на этапе выбора

отопительной системы или проектирует такую систему.

Есть ещё одна категория потенциальных читателей. Это те, кто вообще ничего

не отапливает. Их, пожалуй, оставим в покое. Они ещё долго останутся

«потенциальными» и читателями и потребителями, поскольку решили свои проблемы

оригинальным способом, выбрав самый энергетически , экономически и экологически

щадящий режим производства. В этом режиме отапливаются в лучшем случае

кабинеты руководителей, но не цеха. В данном случае беспредметна любая помощь,

нет необходимости что-то совершенствовать, вот разве что поговорить о качестве

продукции, выпускаемой при температуре -10°С… Но об этом с ними поговорят

потребители их продукции.

Отопление газовыми лучистыми

системами позоляет получить 2-3 кратную

экономию топлива и 4-6 кратное уменьшение

общих затрат на отопление.

(Из опыта работы и отзывов из интернета).

Часть 3.

Отзыв №1.

Отчет о работе ГЛО за отопительный сезон 2000-2001 года.

За отопительный сезон система инфракрасного газового оборудования,

поставленного в 1999 году фирмой ADRIAN a.s. Республика Словакия, работала в

заданном режиме при расчетной минимальной температуре в г. Ижевске –34˚С без

срывов и аварийных ситуаций.

Поддерживался следующий температурный режим:

- в рабочее время +16˚С;

- в нерабочее время +10˚С.

За отчетный период система показала себя стабильным и надежным

оборудованием.

За отопительный сезон эксплуатационные затраты на отопление корпуса

площадью 8000 м

составили 159 026 рублей. Для сравнения – затраты на

отопительный сезон 1998-1999 составляли 1800 000 рублей.

При запуске системы ГЛО и принятия ее на обслуживание численность

обслуживающего персонала не увеличилась.

Директор филиала ОАО «ИЭМЗ «Купол»- завод «Старки» Р.Р. Галимов

Отзыв №2 ( Республика БАШКОРТОСТАН, ОАО « БАШСЕЛЬЭНЕРГО»)

В декабре 2002 г. в производственном корпусе нашего предприятия была

пущена в эксплуатацию система отопления темными газовыми обогревателями

инфракрасного излучения производства фирмы «ADRIAN» a.s.

Система отопления состоит из 10-ти обогревателей, смонтированных на высоте

6 м в корпусе с полным объемом помещения 6978 м

, пульт управления установлен

внутри помещения, корпус построен из железобетонных плит, не утеплен.

За период эксплуатации обогревателей необходимо отметить следующее:

1. Подъем температуры от 0˚С до +18˚С происходит примерно за 1 час при

внешней температуре воздуха -25˚С - -30˚С.

2. Возможности настройки в течение суток до 6 температурных режимов и

задание ежедневных режимов на будущее время обеспечивает комфортные

условия для производства.

3. Пульт управления системой отопления прост в обращении и не требует

высокой квалификации специалистов.

4. Монтаж обогревателей не требует больших материальных затрат.

5. Расход газа при среднесуточной температуре в помещении +12-13˚С (при

внешней температуре (-25˚ - -30˚С) составляет 5-8 тыс. м

в месяц, что

намного ниже по сравнению с другими системами отопления.

6. Расчетная потребность в газе на весь отопительный сезон по нашему региону

составляет в условных единицах 0,069 тыс.тут, в натуральных –

0,060 млн. м

/год

Каких либо крупных недостатков в работе газовых обогревателей и системы в

целом выявлено не было.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что отопление

помещений газовыми обогревателями инфракрасного излучения является недорогим,

простым в обслуживании, надежным и комфортным. Это наиболее эффективный

способ создания наилучших температурных условий для производства. Настоятельно

рекомендуем для широкого внедрения в различных промышленных и бытовых

помещениях.

Генеральный директор В.Ф. Бадретдинов

Отзыв №3.

Основные планируемые показатели экономической эффективности, достигнутой

за счет внедрения системы отопления, построенной на базе нагревательных приборов

«ADRIAN», в трех производственных цехах завода «ВЕСТА-ДНЕПР»

Отапливаемая площадь цехов – 3780 м

. Количество зон отопления – 3.

Требуемое количество 50 кВт-ных темных газовых нагревательных приборов составлят

30 шт. Для управления параметрами микроклимата в производственных помещениях

используется микропроцессорная адаптивная система регулирования и активного

мониторинга на базе прибора MULTI-RAD. Полная стоимость проекта отопления с

учетом монтажа оборудования и пуско-наладочных работ – 690 тыс. грн. Стоимость

инвестиций в расчете на 1 КВт тепловой мощности установленного оборудования –

71,3 Евро (по курсу НБУ), что примерно на 16% ниже среднестатистических данных по

Украине.. Цена 1000м

природного газа – 360 грн, цена 1 Гкал тепла, получаемого от

центральной котельной ДМЗ – 80 грн.

В результате проведенных расчетов получено, что расходы на отопление в

указанных цехах при использовании центральной котельной ДМЗ составляют 212 тыс.

грн. за один отопительный сезон, а при использовании лучистой системы отопления –

64,4 тыс. грн. Таким образом, в течение одного отопительного сезона достигается

экономия средств в размере 147,6 тыс. грн. Срок полной окупаемости инвестиций – 3,6

года

Система отопления вводилась в эксплуатацию поэтапно в третьей декаде ноября

- первой декаде декабря 2003 г. Применение этой системы на заводе «ВЕСТА-ДНЕПР»

позволило проводить в зимний период непрерывный технологический цикл подготовки

основного производства и наладки оборудования. С помощью новой системы

отопления в производственных помещениях цехов поддерживался требуемый

температурный режим: +16ºС в дневное время и +10ºС в ночное время и в выходные и

праздничные дни. За 30 календарных дней эксплуатации системы отопления из 22

излучателей в 2-х производственных цехах был получен экономический эффект в 18,4

тыс. грн. Суточная экономия составила 614 грн., что в 1,4 раза выше плановых

показателей. Фактически полученное снижение затрат на отопление по сравнению с

запланированным объясняется увеличением эффективности адаптивной системы

управления за счет оптимизации температурного режима при резких колебаниях

температуры окружающей среды, которые отмечались в отопительный период с

10.12.2003 по 10.01.2004. Отметим, что по сравнению с системой отопления на базе

центральной котельной ДМЗ система отопления обеспечила снижение затрат в 4,6 раз.

II.Теория отопления.

Вопросы, затрагиваемые в данной главе:

- принципы теплообмена человека и среды обитания;

- механизмы теплообмена;

- понятие теплового комфорта;

- сравнение конвективной и лучевой отопительных систем;

- от чего зависят теплопотери объекта;

- лучевой теплообмен;

- преимущества и недостатки лучевого отопления;

- характеристики и области применения лучевых газовых отопительных

приборов;

- топливо и горелки использумые в излучателях.

Цель отопления - обеспечение приятного ощущения тепла, которое по

определению Бедфорда есть: «субъективное ощущение человека, которое основано на

комплексном влиянии многих факторов». Отопление также способствует увеличению

срока службы зданий и оборудования, выполнению технологических требований,

повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции.

Субъективное ощущение состоит из нескольких, частично селективных и частично

аддитивных эффектов. Такими являются, например, температура воздуха, скорость

движения воздуха, влажность воздуха, качество одежды и пр. Среди доминирующих

факторов, влияющих на восприятие температуры, главным является излучение

окружающих предметов и плоскостей зданий, которое составляет основу

радиационного отопления. Значение радиационной составляющей с точки зрения

отопления очевидно, если учитывать основные способы теплоотдачи человеческого

тела, так как отопление должно компенсировать эту потерю тепла, т.е. поддерживать в

равновесии ощущение теплового комфорта.

Теплоотдача с поверхности тела человека происходит конвекцией, кондукцией,

излучением и при испарении (пота) . Доля кондуктивных теплопотерь небольшая, ее

можно рассматривать вместе с конвективными теплопотерями. Сотношение трех

способов теплоотдачи человека в отапливаемом пространстве при нормальных

обстоятельствах (температура 20º) обычно такое:

- конвекция 30 - 35 %,

- излучение 45 – 50%,

- испарение 20 – 25%

Рис. 1. Теплопотери человека, находящегося в помещении в спокойной ситуации

конвекцией(1), излучением(2), при испарении влаги.

Видно, что наиболее характерный фактор теплопотерь - излучение. Теплопотери

излучением имеют место, когда окружающая среда (в первую очередь контурные

элементы здания) имеет температуру ниже, чем тело человека. Если увеличить

среднюю температуру окружающих предметов и конструкций (например, за счет

облучения), то теплопотери человеческого тела излучением уменьшаются и без

увеличения температуры воздуха появляется ощущение тепла. Эффект отопления

достигается тем, что температура воздуха, а значит и теплопотери объекта не

меняются, в то время , как по ощущению пребывающего в рабочей зоне человека,

температура окружающей среды увеличилась.

Если генерируемое отопительными устройствами тепло содержит компонент

излучения, то находящемуся в помещении человеку кажется, что температура среды

выше, чем если бы такое же количество полезного тепла передавалось только

конвекционным способом. При отоплении с использованием излучения температура,

ощущаемая человеком, находящимся в отапливаемом пространстве, называется

температурой ощущения комфорта (температурой комфорта, результирующей

температурой, эффективной температурой, температурой теплоощущения), а значение

температуры, измеренное традиционным образом с помощью термометра, называется

температурой воздуха. Разность этих двух значений температур определяет увеличение

ощущения тепла за счет отопления. Этот эффект определяет принцип использования

излучающих тел для отопления.

Не существует идеальных решений.

Существуют оптимальные решения для

данных условий.

(Из опыта работы).

II.1. Первое – «Э» - энергетика.

Одним из прогрессивных методов решения проблем с отоплением больших

промышленных помещений является применение лучистой энергии, которое, по

сравнению с традиционным тепловоздушным отоплением, требует значительно

меньших затрат. Экономия достигается как в потреблении количества сжигаемого

топлива, так и в более низких общих затратах на отопление.

Но, вопреки этому бесспорному преимуществу отопления, отношение

руководителей предприятий к данному типу отопления пока довольно сдержанное.

Часто для обогрева помещений выбирается не самая эффективна\система отопления

или же система отопления, не соответствующая имеющемуся типу помещения.

Причиной неправильных решений бывает, с одной стороны, историческая неопытность

– в бывших социалистических государствах для отопления промышленных помещений

большого объёма использовались централизованные конвективные системы отопления

на базе центральных котельных, а с другой стороны – непонимание физического

принципа лучистого отопления. К тому же, разработка проекта лучистого отопления

сложнее, чем конвективного поскольку возникает необходимость учитывать множество

условий, влияющих на тепловой комфорт. Однако, наградой за внедрение лучистых

систем отопления, бывают комфортные климатические условия, низкие затраты на

отопление, что в условиях рыночной экономики может иметь значительное влияние на

общую экономическую ситуацию предприятия.

II.1.1. О конвективном и о лучистом теплообмене.

В этой части я попытаюсь объяснить проблематику, связанную с лучистым

отоплением.

Ещё в конце ХVII века И.Ньютон обнаружил простую закономерность:

теплопередача между двумя телами тем сильнее, чем больше отличаются их

температуры.

Справедливым также будет утверждение, что энергопотребление объекта

определяется потребностями человека, находящегося в этом объекте.

Что же требуется человеку, находящемуся на рабочем месте?

Для ответа на этот вопрос, сначала попытаемся объяснить, что такое тепло и

как человек его ощущает. Из школьного курса физики известно, что температура

вещества – это одно из проявлений его энергии.

Тепловая энергия может распространяться в основном тремя способами:

1. конвекцией – потоками воздуха;

2. кондукцией – проводимостью;

3. электромагнитными волнами – излучением.

Первый и второй способы передачи энергии – конвекцией и кондукцией,

используется в традиционных конвективных отопительных системах. В этом случае

тёплый воздух, согретый нагревательным элементом, распространяясь в помещении и

передает энергию в виде тепла предметам, конструкции здания и человеку, причём

сам источник энергии охлаждается.

Необходимым условием кондуктивно-конвективного распространения

тепла является вещественная среда. Т.к., в этом случае передача энергии (тепла)

происходит при непосредственном соприкосновении молекулы с большей энергией

(более нагретой молекулы) с молекулой, имеющей температуру более низкую. Человек

в отапливаемом пространстве становится составной частью системы и ощущает

тепло как непосредственную тепловую энергию окружающего воздуха, а также

предметов, с которыми соприкасается.

В пространстве, отапливаемом конвективным способом, справедливо

соотношение, согласно которому температура воздуха t

выше (или по крайней мере

равна) чем температура окружающих предметов t

(обогреваемых этим воздухом).

О третьем способе распространения тепловой энергии, а именно передаче

энергии излучением, мы в большинстве случаев даже не задумываемся, хотя

встречаемся с ним повседневно. Таким способом Солнце передаёт свою тепловую

энергию поверхности Земли. Воздух при этом нагревается не лучами а от нагретой

поверхности. В данном случае речь не идёт о передаче тепла проводимостью или

конвекцией, а о передаче энергии электромагнитным излучением .

Каждое нагретое тело излучает электромагнитные энергию в виде волн. Попадая

на поверхность предметов, конструкимвные элементы зданий и на человека, энергия

электромагнитного излучения преобразовывается в тепловую энергию. Такая система,

состоящая из двух тел - одно из которых передаёт энергию, а второе её принимает и

преобразует в тепло, используется в лучистом отоплении. Лучистые отопительные

устройства – излучатели, размещаемые на определённой высоте от пола помещения,

излучают электромагнитные волны, которые с незначительными потерями проходят

сквозь воздух и после попадания на пол, стены и предметы, частично поглощаясь,

согревают их.

В свою очередь, от нагретых предметов нагревается воздух. Влияние дучистого

отопления на человека сродни природному. Ощущения человека в зоне отопления

возможно сравнить с прогулкой в солнечный день ранней весной. Воздух ещё не

прогрелся, но солнечные лучи попадают на человека , и он ощущает их как приятное

тепло.

В случае лучистого отопления действительно соотношение, согласно которому

температура предметов t

выше (или по крайней мере равняется) температуры воздуха

(Примечание: равенство между температурой воздуха и температурой

предметов в обоих случаях действительно только в помещениях с абсолютной

тепловой изоляцией. На практике в промышленном строительстве с такими

объектами мы не встречаемся и в дальнейшем не будем рассматривать и принимать

равенство температур).

Для промышленного помещения приведённые соотношения можно отобразить

следующим образом:

Передача тепла конвекцией:

в >

Передача тепла: конвекционное тело – нагрев воздуха тепло для человека.

Передача тепла излучением:

в <

Передача тепла: излучатель нагрев конструкции и человека нагрев воздуха

Чтобы сравнить эффективность конвекционного и лучистого отопления в

типичном промышленном помещении, проанализируем требования к состоянию

теплового комфорта человека и энергетические параметры обеих систем отопления.

II.1.2.Требования к отоплению и к объекту

(Держи ноги в тепле, а голову в холоде.)

Тепловой комфорт можно определить как комфортные, приятные ощущения

человека в отапливаемом пространстве. На ощущения человека и, тем самым, на

комфорт, влияет несколько факторов, самыми важными из которых являются:

- температура воздуха внутри помещения;

- температура плоскостей, ограничивающих интерьер;

- скорость перемещения воздуха в интерьере;

- тепловое сопротивление одежды;

- уровень активности человека;

- относительная влажность среды;

- разница между температурой теплоощущения и температурой воздуха;

- распределение температуры по высоте здания.

Температура воздуха в помещении обычно относится к первичным критериям

оценки теплового состояния отапливаемого помещения. Скорость перемещения

воздуха вместе с его температурой определяют конвективную передачу тепла между

человеком и средой. Внутри обычных помещений, отапливаемых на температуру +18-

20°C, допускается движение воздуха не более 0,1 мсек

-1

. Идеальное отопление должно

обеспечивать такое вертикальное распределение температуры воздуха в помещении,

при котором температура на уровне высоты головы человека (приблизительно 1,7 м

над полом) была бы примерно на 2°C ниже, чем на расстоянии 10 см от пола.

Значительное влияние на тепловой комфорт человека имеет температура

ограничивающих плоскостей помещения. Температура этих плоскостей (стен, пола,

потолка и т.д.), состояние которых непосредственно влияет на тепловой комфорт

человека, должна обеспечивать абсолютное значение разницы температуры

окружающих плоскостей и температуры воздуха не более 5°C в состоянии отдыха

человека и не более 7°C в процессе интенсивной работы работы.

Среднее арифметическое значение эффективной температуры ограничивающих

плоскостей и температуры воздуха в интерьере t

можем определить как внутреннюю

температуру в помещении.

Если влажность воздуха в помещении не выходит за пределы 35-70%, то она

значительно не влияет на ощущение теплового комфорта, поскольку к такому

количеству влаги в воздухе человек привычен и интенсивность испарения влаги с

человеческого тела при этих условиях соответствует норме.

Остальные факторы, влияющие на тепловой комфорт внутри помещения,

принадлежат к более широкому набору микроклиматических условий. Из этих условий

необходимо учитывать:

- содержание частиц пыли в воздухе;

- содержание микроорганизмов или бактерий;

- содержание газов и испарений разного типа;

- содержание ионов в воздухе.

Чем характеризуются промышленные объекты?

Объекты строятся новые, реконструируются старые, используются те, что

достались в наследство от прошлых времён. Этих последних абсолютное большинство.

Не вдаваясь в конструктивные особенности обьектов, связанные с их

назначением отмечу, что, в основном, они характеризуются гигантизмом конструкций,

плохими тепло-техническими свойствами, пустующими незадействованными

площадями. Отапливать такие объекты «по-старинке» объективно нецелесообразно и

невозможно.

Как же быть?

Для ответа на этот вопрос на примере двух одинаковых гипотетических

объектов рассмотрим применение конвективного и лучистого способов отопления , а

потом сравним эти два конструктивно абсолютно одинаковые объекты, оснащенные

разными системами отопления.

Это сравнение подскажет нам, как решить непростую задачу отопления зданий

промышленного назначения.

II.2. Конвективная отопительная система.

(или почему у крановщиц всегда праздник?)

С точки зрения отопления рассмотрим гипотетический цех с высотой,

например, 25 м и попытаемся определить возможно ли достигнуть здесь комфортного

восприятия микроклимата, а также во что это выльется в затратных величинах?

Рис.2. Централизованный конвективный способ отопления.

На рисунке показана вся цепочка подачи энергии от изготовителя к

потребителю. Кроме этого из рисунка видно, что энергия в помещении распределяется

неравномерно. Высоко под крышей, там где работают краны её значительно больше,

чем в рабочей зоне . Энергия, попадающая в рабочую зону промышленного здания,

значительно отличается по величине от той энергии, которую содержит топливо.

Отличается на величину потерь энергии. Эти потери тем выше, чем:

- ниже КПД котельной;

- хуже состояние теплотрасс;

- ниже КПД теплообменников в помещениях (регистров, радиаторов,

конвекторов);

- хуже теплотехнические свойства контрукций объекта;

- больше воздухообменв здании;

- выше объект.

С учётом вышеперечисленных фактов, для того, чтобы получить требуемую

температуру в обьекте необходимо провести теплотехнический расчёт объекта, а

потом компенсировать теплопотери установленной мощностью источника тепла.

II.2.1.Теплопотери.

Общие теплопотери объекта состоят из теплопотерь конструкцией и

теплопотерь за счет воздухообмена.

общ

= Q

+ Q

;

Отапливаемый

объект. Потери

теплообменника

15-20%

Итоговая эффек-

тивность:

(65 до 50)%

о т е

Источник

тепла-

котельная

Теплоемкость газа 100 %

(70 - 80) %

теплотрасса

(15 - 20) %

(15 до 20) %

до

10) %

Теплопотери конструкцией расчитываются по формуле:

= Σ[k

.(t

- t

);

где:

коэффициент теплопотерь j-го строительношо элемента конструкции

(W.m

-2

-1

);

площадь

j-той, ограждающейся плоскости строительного элемента

конструкции (m

);

внешняя температура согласно госстандарта (ДБН или СНИП);

требуемая внутренняя температура в помещении.

Тепловые потери воздухообменом расчитываются по формуле:

= ρ.c.V.h

-1

.(t

– t

)/3600;

где:

ρ плотность воздуха (kг/м

);

специфическая тепловая ёмкость воздуха (J/кг*K);

объем помещения (м

);

-1

кратность воздухообмена в помещении за 1 час (h

-1

Примечание:

обычно при естественном воздухообмене (инфильтрации)

кратность воздухообмена в промышленных помещениях находится в диапазоне

значений h

-1

= 0,4 - 0, 8 (в специальных публикациях иногда приводятся значения

коэффициента воздухообмена промышленных помещений равные 1,5). Такой разброс

может существенно влиять на величину расчётных теплопотерь обьекта. Для

получения правильных результатов рассчёта теплопотерь и, как следствие, для

получения комфортных условий труда, кратность воздухообмена необходимо

расчитывать согласно существующим методикам.

Ознакомившись факторами влияющими на теплопотери и учитывая ввесь

комплекс явлений и параметров, связанных с централизованным конвективным

отоплением промышленных зданий можно констатировать , что при этом способе

отопления сумарные теплопотери довольно велики, и для их компенсации

необходимо закладывать значительные дополнительные мощности.

II.3. Лучистая отопительная система.

(Или как устроить праздник для всех).

II.3.1. Лучистый теплообмен.

Перед тем, как обсудить свойства теплообмена поговорим о некоторых

понятиях, приведем некоторые важные законы и простые примеры их применения.

II.3.1.1. Заметки на полях.

• Описание электромагнитного излучения.

ИК-излучение или инфракрасные лучи - это электромагнитное излучение в виде

поперечных электромагнитных волн, занимающее спектральную область между

красным концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и коротковолновым

радиоизлучением (1-2 мм). Инфракрасную область спектра обычно условно разделяют

на ближнюю (от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5 - 50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм). В

этой области находится и видимый свет с длиной волны от 3,9* 10

-7

м до 7,8*10

-7

Источником излучения бывает возбужденная элементарная частица вещества.