Молька В. Три Э в отоплении промышленных зданий

Подождите немного. Документ загружается.

Поскольку еще неизвестна температура воздуха (t

) при заданной требуемой

температуре теплоощущения, то для определения теплопотерь и тепловой мощности

излучателей используем итеррационный метод таким образом, что в нулевом

приближении принимаем значение температуры, например, как равное t=12°С

(правильность выбора впоследствии необходимо проверить).

В таком случае с точки зрения теплопотерь объекта значение разницы температур

составляет: ∆t =12°С - (-20°С) = 32°С.

Необходимая установленная мощность будет равняться 13,95(кВт/ºС)*32(ºС)=

446 кВт . Удельная потребность тепла при этом составит 446 кВт/(900+272) м2 = 423

Вт/м

. ( 900м

- площадь пола, 272 м

= (50+50+18+18)*2 – это площадь стен рабочей

зоны под облучением). В этой удельной потребности тепла лучистое тепло составляет

(см. выше) 49 %, т.е. 0,49*423=207Вт/м

. Температура теплоощущения согласно

вышеприведенной формуле равняется :

эф

= t

+ 0,072 х I = 12+0,072*207=26,9 ºС.

Значение полученной температуры значительно выше требуемого значения

+18°С, поэтому температуру воздуха примем несколько ниже.

Новое значение температуры воздуха примем равняющемся + 7°С, тогда

значение разницы температур составит ∆t = 27 °С, а теплопотери:

27 °С х 13,95 кВт/°С = 377кВт.

Удельная тепловая нагрузка составляет 322 Вт/м

, а доля лучистой составляющей

энергии ( 49 % ) – 158Вт/м

. Температура теплоощущения в данном случае равняется

7 + 0,072 х 158 = 18,4°С

Полученное значение температуры удовлетворяет заданным требованиям.

Полная потребность тепла согласно рассчётам будет составлять 377 кВт.

Необходимо учитывать, что излучаемое тепло распространяется не вовсех

направлениях, а направляется в рабочую зону.

Направленность передачи тепла в рабочую зону позволяет уменьшить

общую расчитанную мощность устанавливаемых обогревателей в 1,4 раза. (Отражатели

излучателей позволяет направлять энергию в заданном направлении, концентрируя

её). Разделив полученную мощность на 1.4, мы получим необходимую

инсталированную мощность лучистых обогревателей ( 270 кВт). Учитывая то , что

коэффициент теплопотерь К>3,5 необходимо этот результат умножить на 1,2 (добавить

20% мощности согласно вышеприведённым правилам). Реальная необходимая

устанавливаемая мощность для рассматриваемого здания будет равняться 323 кВт.

Примечание1.

Если бы высота помещения была больше и излучатели устанавливались выше

чем 8 м, то мы бы добавляли 2% дополнительной мощности на каждый метр высоты.

Например, при высоте подвески 10 м мы бы добавили 4% мощности. Такую же

добавку необходимо делать также в случае средне или сильно запыленных

помещений, если высота подвески выше 5 м.

Примечание2:

Светлыми излучателями лучше не пользоваться в запылённых помещениях. При

использовании тёмных лучистых обогревателей в сильно запыленных помещениях

необходимо периодически очищать отражатели во избежание ухудшения лучистых

параметров отопителя, а также подавать воздух для сгорания из вне пределов

помещения, чтобы не допустить возникновения нагара внутри труб. В этом случае

полученная в результате рассчёта мощность излучателей окажется достаточной для

создания теплового режима в помещении.

III.2.3. Пример расчета локального отопления («тёплый остров»)

Иногда приходится решать задачу обеспечения обогрева отдельных локальных

мест в неотапливаемом помещении. Такая задача требует тщательной и всесторонней

оценки места и технических условий для применения локального отопления.

Некоторые возникающие при этом проблемы:

• интенсивность излучения не может быть расчитана традиционным способом

(это годится только в качестве грубой оценки);

• интенсивность облучения не будет равномерной. В некоторых местах она будет

довольно высокой, здесь пол и предметы сильно нагреваются, а нагретый от них

воздух устремляется вверх. Замещающий поток холодного воздуха создает

эффект тяги и ухудшает климатические параметры ;

• если лучистое тепло поступает только с одной стороны, то для находящегося

здесь человека (в некоторых случаях и для высокоточных станков), это

воспринимается как неравномерный нагрев («эффект костра»).

Для создание «теплого острова» применяются преимущественно светлые

излучатели, так как светлыми излучателями тепло легче фокусировать (угол ядра

излучения всего лишь 60º, в то время как у тёмных трубчатых излучателей - 90º), а КПД

излучения немного выше. Ниже приводимый теплотехнический расчет «теплого

острова» относится к светлым излучателям, однако, оценив объект и поставленные

задачи, в случае применимости темных излучателей, по аналогии, принцип расчёта

применим и для темных излучателей. При предлагаемом решении не все зависит от

излучателей, многое от параметров локального отопления и от опыта и знаний тех,

кто проектирует такое отопление.

Пусть в неотапливаемом помещении (напр., 2000 м

, высотой 8 м) на

определенной рабочей площадке нужно создать температуру теплоощущения, равную

+ 14°С.

Способ решения:

- Выберем место установки излучателей вблизи рабочего места, по

возможности друг против друга для выравнивания теплового влияния

(уравновешивания «эффекта костра»). Близкое расположение желательно

потому, что интенсивность теплового излучения (как и видимого излучения)

у светлых излучателей падает пропорционально квадрату расстояния. Если,

например, на расстоянии 5 м от излучающего тела интенсивность облучения

равна 200 Вт/м

, то на расстоянии 10 м она будет равнятся

(5/10)

х 200 = 50Вт/м

- Добавку «лучистой» температуры к температуре воздуха в здании можно

установить как добавку равняющуюся 10°С, так как при большей разности

температур появляются нежелательные воздушные потоки, т.е. ощущение

сквозняка. Да и более высокая добавка может быть получена только за счет

превышения норм по облучению персонала, что недопустимо. Расположение

излучателей, например, возможно на высоте 6 м и расстоянии от выбранной

точки обогрева, а в горизонтальном направлении на расстоянии 5 м и 8 м.

Таким образом, рассчитанное место обогрева находится от излучателя на

расстоянии 7,8 м и 10 м (согласно теореме Пифагора).

Задача расчета: необходимо определить неизвестную мощность излучателей,

которые одновременно создадут «лучистую добавку» (разницу между температурой

теплоощущения и температурой воздуха) равную 10°С в рассчетном месте.

Проведем приблизительный рассчёт (для более точного расчета существуют

изложения в специальной литературе).

Предположим, что излучение излучателя распространяется в виде полусферы

(для практических расчетов с применением светлых излучателей (размер излучателя

мал по сравнению с расстоянием до облучаемого места- точечный источник излучения)

предположение довольно удачное. У темных излучателей, имеющих линейный

характер конструкции, размеры тела излучателя сопоставимы с расстоянием до

обогреваемого места. Излучение в данном случае распространяется в виде

полуцилиндра. В расчетах необходимо учитывать факт, что в одном случае (для

светлых излучателей) интенсивность падает с квадратом расстояния, а в другом (для

темных излучателей) пропорционально расстоянию.

Исходя из этого предположения рассчитываем интенсивность излучения (I) в

заданной точке в зависимости от тепловой мощности излучателя (Р), и КПД (η

), а

также расстояния между выбранной точкой и излучателем ( r).

Например: для светлого излучателя мощностью 36 кВт и η

= 0,65 лучистая энергия

равняется 36 х η

= 23,4 кВт.

На расстоянии r от излучателя поверхность полусферы S = 4πr

/ 2 = 382 м

Следовательно интенсивность излучения равняется 23400 Вт/382 = 61 Вт/м

, что

соответствует увеличению температуры теплоощущения 61 х 0,072 = 4,4°С.

Обобщенное выражение для расчета температуры лучистой добавки на основе

изложенного имеет вид:

∆t

эф

= (Р х η

/2 π r

) х 0,072, η

=0,65:

∆t

эф

=7,45 х (Р / r

), где Р приводится в кВт, а r - в метрах.

Из этих соотношений можно определить какой мощности инфракрасный излучатель

нужно установить на расстоянии r от обогреваемого участка для достижения желаемой

температуры лучистой добавки.

Р = (∆t

эф

х r

) / 7,45

Разделим температуру лучистой добавки 10ºС равномерно между обоими

излучателями. Отсюда следует, что для r = 7,8м и ∆t

эф

= 5°С установленная мощность

равняется

Р = (5 х 7,8

) / 7,45 = 41 кВт.

На расстоянии r = 10м (∆t

эф

= 5°С) расчитання мощность Р = 67 кВт.

В этом примере расчета сделаны некоторые упрощения и не учтены следующие

важные факторы:

• Под влиянием отражателей излучение не имеет формы полусферы, т.е. его

излучение сфокусировано в более узком пространстве, так как значение

интенсивности излучения зависит от угла ядра излучения.

• Значение интенсивности облучения площади зависит от косинусоидального

закона Ламберта.

• Излучение, попадающее на рабочее место, обычно не перпендикулярно полу,

поэтому пол поглощает меньше рассчитанной интенсивности.

Эти три фактора, в особенности направление потока излучения отражателем,

дают практическое увеличение расчетного эффекта роста эффективной температуры

теплоощущения на 40-50%, т.е. в нашем случае: 10 х (1,4-1,5) = 14-15°С. Чтобы

избежать этого, все выражение нужно поделить на 1.4, а для расчетов использовать

следующее соотношение

Р = ∆t

эф

х r

/(7,45 х 1,4);

Таким образом, рассчитанное значение мощности излучателей будет равно

41(кВт) / 1,4 = 29 (кВт), а для обогревателя изначально расчитанной мощности

равняющейся 67 кВт уменьшится до 48 кВт. Полная устанавливаемая мощность

равняется 29 + 48 = 77 кВт.

Следующим шагом является определение полных теплопотерь цеха, которые,

например, будут 14 кВт/°С (определяются согласно методике, приведенной выше).

Установленная тепловая мощность «теплого острова» увеличивает температуру

воздуха всего цеха на 77кВт /14 кВт/°С = 5,5°С, т.е. при внешней температуре - 20°С

температура воздуха в цеху будет –14,5 °С. К этому прибавится лучистая добавка

температуры в месте нахождения «тёплого острова» (+10°С) и таким образом в

рабочем месте температура теплоощущения составит:

–14,5 + 10 = - 4,5°С

Этого недостаточно, т.к. требуется иметь температуру равную +14°С.

Нехватку в 18,5°С (14 – (-4,5)) необходимо получить установив

дополнительную мощность. Значение мощности компенсации равняется 18,5°С х 14

кВт/°С = 259 кВт, Полученное значение добавляем к 77 кВт.

Видно, что в то время, как увеличение температуры теплоощущения на 10°С в

пересчете на каждый °С равно 4,96 кВт (77(кВт) / ((5,5 +10)°С) = 4,96 (кВт/°С),

поднятие температуры на недостающие 18,5°С будет требовать дополнительно 14

кВт/°С, что выражается в необходимости установить дополнительную мощностб

равную 259 кВт.

III.3.Часто встречающиеся ошибки при проектировании.

(О проектировании не только проектантам...).

Ошибки проектирования и отклонения от оптимального решения пользователь

обычно не замечает. Естественно, проектировщик тоже, иначе он не сделал бы этих

ошибок. Во многих случаях ошибку можно заметить и исправить, пойти на компромис,

в крайнем случае возникают правовые споры.

Ознакомление с наиболее часто встречающимися ошибками или отклонениями

от оптимального состояния поможет проектантам. Возможно, предложенные мною

мысли уведут вас от стереотипов и помогут избежать ошибок другого типа.

III.3.1. Недостаточная мощность.

(Когда экономить бывает накладно...).

Часто приходится встречаться с заниженной инсталируемой мощностью. Как

правило, это происходит, когда проектировщик и фирма-продавец под давлением

заказчика (в прямой пропорции к его финансовым возможностям) устанавливают

меньшую суммарную мощность излучателей, чем это необходимо. Обычно это не

сильно сказывается на температуре в помещении, т.к. зимы стали теплее, а в СНИП-ах

все осталось как прежде. Такая ошибка еще не столь катастрофическая ошибка. Да и

ошибкой ее назвать нельзя. Стороны сознательно идут на риск несоблюдения

температурных требований, по СНИП-у (ДБН-у) так как у заказчика отсутствуют

средства для установки полноценной системы отопления.

Хуже, если фирма-продавец в желании победить конкурента заведомо занижает

значения теплопотерь (например, заведомо пользуется заниженными коэффициентами

теплопотерь или инфильтрации, «забывает» учесть и другие важные факторы).

Заказчик не всегда осознает подвох или не имеет возможности перепроверить расчеты

и соблазняется на кажущуюся дешевизну проекта.

Добросовестные конкуренты устраняются, а недобросовестная фирма получает

заказ. Расплатой за такую недобросовестность бывает низкая температура,

повышенный расход газа, дополнительная покупка изделий и повышенные

расходы на реконструкцию.

III.3.2. Избыточная мощность.

Избыточное проектирование связано, чаще всего, с тем, что проектанты,

понимая разницу между эффективной температурой теплоощущения и температурой

воздуха, в силу разных причин (стереотипность мышления, излишняя перестраховка и

пр.) расчитывают потери тепла исходя не из реальной разности температуры воздуха

внутри и с наружи помещения, а исходя из требуемой эффективной температуры

теплоощущения. Избыточность мощности в проекте будет тем больше выражена, чем

хуже теплотехнические свойства помещения, т.е. чем больше удельные теплопотери.

Такой избыток мощности, в зависимости от удельных теплопотерь, колеблется в

пределах 10 – 40%, удорожая без надобности стоимость покупки и эксплуатацию.

III.3.3. Не используются возможности создания «островов тепла» и зонального

отопления.

Характерный пример - отопление оптовых магазинов и складов. В оптовых

магазинах кроме кассиров, для которых нужна температура теплоощущения +20°С,

этого не требуют ни покупатели, одетые по сезону в теплую одежду, ни пищевые

продукты (шоколад и пр.), ни напитки. Тем не менее, часто можно встретить проекты с

равномерным распределением интенсивности излучения по всей площади, т.е.

проектирование игнорирующее назначение объекта и возможности лучистой системы

отопления.

Для товаров и покупателей лучше, если лучистое отопление сделано так, чтобы

вблизи кассы был образован «теплый остров», т.е. чтобы была создана комфортная

зона с необходимыми температурными параметрами, а значит и оптимальной

мощностью системы отопления.

Если требуется равномерное распределение тепла, то имеет смысл

воспользоваться хотя бы зональным отоплением. Наряду с увеличением

потребительского эффекта, достигаемая экономия энергии в зависимости от

теплотехнических и местных условий может равняться 10-25% при снижении затрат на

отопление в несколько раз.

Аналогичная ситуация при отоплении складов, где полезное пространство

составляет 20 – З0 % полной площади. В большинстве случаев имеет смысл отапливать

только те участки, на которых находится товар, так как тем самым создается

комфортная температура при одновременной защите от мороза остальной части

помещения. Это намного выгоднее, чем поддерживать во всем складе относительно

низкую температуру.

III.3.4. Безопасное расположение.

Отопительные устройства необходимо располагать так, чтобы они не

находились в рабочей зоне мостовых кранов, т.е. укреплять их над кранами или на

стенах между колоннами. В случае инсталяции над кранами требуется обеспечить

защиту кабелей крана.

Высота подвески должна учитывать санитарно-гигиенические требования.

Конструкция крепления должна учитывать вес излучателя и безопасные

расстояния от возгораемых материалов и предметов. Более подробно о размещении

излучателей читайтев главе V, а об безопасном расположении излучателей читайте в

частности в разделе V.3.

III.3.5. Подключение к газу.

Ответвления от подводящего газопровода для подачи газа к отдельным

излучателям если это ответвление сделано снизу, становятся «мусоросборником» и

часто ухудшают пропускную способность трубы. Ответвления нужно выполнять сбоку

или сверху в виде клюки («посоха пастуха»). Для осуществления профилактических

работ перед излучателем необходимо установить кран перекрытия газа размером 1/2".

Система подключения к газу должна быть оборудована как центральным, так и

индивидуальными фильтрами защиты от нечистот. Подключение самого излучателя

выполняется металлизированным шлангом необходимого сечения в зависимости от

мощности излучателя с провисанием (для компенсации температурных расширений

самого излучателя). Поскольку горелки работают на газе низкого давления,

необходимое номинальное давление получают или из сети низкого давления или во

втором случае подводом к горелке сети среднего давления с использованием

редуктора для получения номинального давления газа на входе горелки. Второе

решение несколько предпочтительнее так как работа излучателей не зависит от

колебаний давления в сети. Как известно, в периоды пиковых нагрузок в сетях низкого

давления это является существенной проблемой.

III.3.6. Не забывайте о мероприятиях по энергосбережению.

В последнее время поубавилось скептиков отопления. Но число чрезмерных

оптимистов, пожалуй, выросло. Часто приходится встречаться с мнением, что

лучистое тепло чуть ли не автоматически решает все проблемы по энергосбережению.

Это не так. Если в цехах разбиты окна и фонари, не закрываются ворота и т.д. лучистая

система скорее всего окажется бессильной справиться с задачей отопления при таком

состоянии зданий и при таком отношении к энергетическому хозяйству. Лучший

способ экономить тепло – это беречь его! Поэтому, устраните лишнюю вентиляцию –

как в прямом, так и в переносном смысле. Избавьте лучистую систему от сквозняков,

так как во – первых, холодный воздух, опускаясь вниз ухудшает теплоотдачу пола, а

во-вторых, при значительных скоростях воздуха внутри помещения необходимо

устанавливать дополнительные мощности. Принудительная вентиляция должна

работать в оптимальном режиме. Все это необходимо учитывать уже на стадии

проектирования и приводить в соответствие с решаемыми задачами.

Автор призывает: Не отапливайте свои корпуса ассигнациями больших номиналов!

IV. Что необходимо знать покупателям излучателей?

Вопросы, затрагиваемые а данной главе:

- Критерии оценки различных систем отопления.

- От чего зависит конструктивная надежность систем?

- Что должна обеспечивать современная управляющая система

микроклиматом?

IV.1. Введение.

На рынках излучателей разных стран присутствуют многие фирмы-

изготовители и их дилеры. Уровень фирм-изготовителей колеблется от тех, кто,

образно говоря, играет в «мировой или европейской лиге изготовителей излучателей»

до фирм «гаражного» уровня. Часто сами фирмы, но ещё чаще их дилеры, то ли по

незнанию, то ли в желании удержаться на рынке любой ценой подтасовывают или

замалчивают факты, представляя заведомо ложную информацию, разобраться в

которой заказчику весьма затруднительно. Одной из задач этой моей публикации как

раз и есть оказать помощь заказчику найти выход из «лабиринтов инфракрасного

отопления» без экономических и других потерь.

Для того, чтобы правильно выбрать излучатели, необходимо добиться полной

ясности о том:

- Что мы ожидаем от отопления?

- Какова стоимость самой отопительной техники?

- Какова стоимость проектных работ?

- Какова стоимость общестроительных работ?

- Какова стоимость монтажных и пусконаладочных работ?

- Каковы возможности фирмы комплексно решать проблемы отопления с

акцентом на максимальную экономию средств?

- Каковы гарантии успешной эксплуатации устройств?

- На каких объектах у каких предприятий данное оборудование

использовалось (в каких количествах устанавливались устройства и были ли

повторные поставки на одно и то же предприятие, что само по себе

подтверждает или опровергает уровень поставляемой техники и уровень

работы поставщика).

Стоимость компонентов системы и работ, связанных со строительством

системы и введением её в действие, определяют инвестиционную стоимость проекта

«под ключ».

В рамках определения стоимости проекта «под ключ» необходимо сравнивать

показатели предлагаемых систем (именно систем отопления, а не отдельных

устройств), т.к. сравнивать возможно сравнимое. Это значит сравнивать общую

тепловую мощность системы отопления, полноту комплектации отопительных

устройств, наличие СУ и ее уровень, гигиенические и экологические аспекты,

безопасность эксплуатации и т.д.. Показателем для сравнения может также быть

цена единицы мощности системы «под ключ». Но это только часть информации,

по которой определяются пользовательские свойства системы отопления.

Еще более важно сравнить эксплуатационные расходы, которые зависят от:

- количества потребляемого газа (необходимо всегда искать ответ на вопрос:

чем фирма- поставщик гарантирует низкое потребление газа?);

- длительности гарантийного бесплатного срока обслуживания;

- надежности самих устройств отопления, сопутствующих элементов и систем;

- доступности на рынке компонентов, использованых в оборудовании;

- системы организации сервисного обслуживания (для дальнейшего

гарантийного и послегарантийного обслуживания);

- надежности фирмы-изготовителя и продавца оборудования (чтобы не

попасть в ситуацию, когда продавец исчез, поставщик исчез, а запасные

части можно купить только за границей);

- экологические параметры (может быть сегодня многие еще отмахиваются от

экологических требований, но завтра бюджет предприятий будет нести

значительные нагрузки из-за нарушения норм и требований по экологии. К

таковым расходам можно отнести и стоимость реконструкции, и штрафы, и

покупку квот и т.д).

Эта вторая часть расходов не менее, а скорее более важна чем первая -

инвестиционная!!!

IV.2. Конструктивные особенности и надёжность темных излучателей.

Сравнение надежности излучателей с конструктивной точки зрения является

результатом одновременной оценки нескольких факторов. Повреждения, в принципе,

могут встретиться в любом конструктивном элементе, однако чаще всего из строя

выходит излучающая труба, колено у U-образного излучателя, вентилятор или

автоматика управления, которые нужно заменить или ремонтировать.

IV.2.1. Вентиляторы.

Вентиляторы темных излучателей бывают двух назначений в зависимости от

конструкции горелок. Есть излучатели с подачей воздуха под давлением («дутьевые»)

и есть излучатели, в которых воздух поступает под атмосферным давлением.

Вентиляторы в атмосферных горелках более уязвимы, т.к. работают в

высокотемпературной агрессивной среде выхлопных газов (например,

распространенным повреждением является заклинивание подшипников). Кроме этого,

для снижения себестоимости излучателей некоторые изготовители применяют

дешевые, малонадежные вентиляторы или индивидуальные решения, практическая

пригодность которых тестируется в недостаточном объеме и как правило на

потребителе. Хорошо, если подшипники шариковые, а в процессе производства

проводилась их статическая и динамическая балансировка. Для заказчика важно знать,

кто является производителем вентиляторов, их марку и параметры. Такой подход

применим не только к вентиляторам, но и к другим компонентам системы, т.к. при

отсутствии информации о эксплуатационных свойствах излучателей, в какой то мере,

при отсутствии правдивой информации позволяет самому спрогнозировать надёжность

важных элементов системы.

IV.2.2. Элементы автоматики.

Оценивая излучатели с точки зрения применённых элементов управления и

контроля процессом сгорания топлива необходимо понимать, что важнейшим

принципом комплектации является примененение в излучателях более известных,

имеющихся в свободной продаже, типов газовых клапанов и электроники управления

(например, SIT, Theobalt, Berteli, Pactrol, Honeywell, Roberts Gordon, Anstos, Brhma, и

пр.), так как для ремонта излучателей их можно приобрести у производителя

излучателей или его дилеров,а при необходимости (например, после прекращения

существования фирмы дилера) запасные части можно было бы свободно найти на

рынке. Преимущество, кроме того, и в том, что потребитель не связан с фирмой-

поставщиком, которая часто завышает цены на запчасти. Кроме автоматики важное

значение имеет качество свечи розжигания, в особенности качество материала её

изолятора (работает в высокотемпературной среде) и кабеля подключения свечи к

блоку электроники.

IV.2.3. Трубы.

Чем больше тепловая мощность устройства, тем более строгие требования к нему.

Особенно это справедливо для трубы, в которой сгорает топливо. Обычно

производители обозначают трубы как высшего качества, независимо от материала.

Такое положение вещей не всегда соответствует действительности. Трубы могут

изготавливаться из различных материалов. Например, сталь, сплав стали,

эмалированная труба, алюминизированная стальная труба, такая же труба, но в

окисленном варианте, нержавеющая сталь и т.д.

• стальная труба, согласно стандарта СЕ-DIN, должна иметь толщину 3 мм, (из-за

антикоррозионных добавок), её удельный вес большой, а в процессе работы

образуется слой окиси (ржавчина). Возможные покрытия, например, покраска

термостойкой краской обеспечивают только временную защиту. Такая труба, в

первую очередь, подходит для небольших мощностей. Её преимуществом

является значение коэффициента ε, которое для черной железной пластины

равно примерно 0,82. В процессе окисления и влияния высоких температур

поверхность становится шероховатой, увеличиваются площадь поверхности и

значение ε достигает 0,95. Проблема использования такой трубы состоит в том,

что она эстетически неприглядна, а срок службы становится непредсказуемым

из-за наличия в материале углерода, который в процессе эксплуатации при

высоких температурах выгорает, что приводит к уменьшению прочности трубы

(через некоторое время труба осыпается порошком и становится «рыхлой»).

• Стальная труба с добавками (сплав) обладает более приемлемыми

характеристиками, чем просто стальная, но преимущества и недостатки

проявляются те же. Срок службы у нее, как ожидается, будет больше чем у

простой стальной трубы, а вероятность повреждения меньше. Толщина стенки

трубы и здесь 3 мм. Толщина стенки эмалированной трубы может быть не более

1 мм (не нужны антикоррозионные добавки). Такая труба, нагретая до

температуры +450-500°С хорошо противостоит коррозии и тепловой нагрузке.

Коэффициент ε в зависимости от цвета 0,85 - 0,95.

• Алюминизированная труба хорошо противостоит коррозии. Распространенная

область применения таких труб - выхлопная система автомобилей. В процессе

производства стальной материал обрабатывают в алюминийсодержащем

растворе, благодаря чему на поверхности образуется диффузионный слой. В

производстве темных излучателей этот материал является наиболее

подходящим. Поскольку антикоррозийные добавки здесь не нужны (материал

не ржавеет), то трубу можно изготовить тонкостенной (примерно 1 мм), что

значительно снижает вес излучателя. Коэффициент эмиссии находится на

хорошем уровне 0,8 - 0,85. (Он несколько ниже, чем у алюминия из-за более

высокой степени кристаллизации).

Характеристики алюминизированной окисленной трубы такие же, как и

обычной алюминизированной трубы, но дополнительной обработкой

поверхности для обеспечения черного цвета и для увеличения площади

излучения (например, специальной предпродажной термообработкой) можно

получить коэффициент излучения ε = 0,95. Среди алюминизированных труб

имеются трубы с различной термостойкостью. В эксплуатации на протяжении

длительного времени не возникает проблем с трубами, у которых граница

термостойкости достигает или превышает 700°С.

• Трубы из нержавеющей стали устойчивы против воздействию химических

веществ. Поверхность трубы меняет цвет в месте нагрева. Коэффициент

эмиссии 0,7 - 0,8, в месте изменения цвета ε = 0,9 - 0,93. Следует быть

осторожным при выборе материалов, так как имеются такие нержавеющие

материалы, в которых вследствие колебаний температуры происходит

кристаллизация, меняющая показатели в худшую сторону.

Повреждения труб обнаруживаются, в основном, в местах их соединения по

причине ослабления или разрушения соединения (в местах сварки и т.д.).

Термостойкость трубы, как и эмиссионные свойства, особенно для больших

мощностей излучателей (30 кВт и более), может быть важным отличительным

свойством самого излучателя. Иногда для излучателей с мощностью больше 30 кВт

производители используют сплав стали или тугоплавких материалов. Это увеличивает

срок эксплуатации, если температура на поверхности выше +500°С (одна из труб, где

сгорает газ изготавливается из такого сплава, вторая труба где температуры на

поверхности ниже – обычная).

Стальные материалы при достижении +500°С подвержены окислению и быстро

приходят в негодность. Применять для этого аустенитовые* стали дорого, поэтому в

мощных излучателях для стенок труб с температурой не более +400 - 450°С они

обычно не используются .

При сгорании природного газа максимальная теоретическая температура

сгорания может достигать +2010°С. Для качественных газовых горелок нужен избыток

воздуха (α = 1,4 - 1,8), а в таких условиях практическая температура пламени факела в

камере сгорания падает до 1600°С и ниже. Из-за диссоциации пламени реальная

температура факела ещё ниже и опускается ниже отметки +1500°С.

Для того, чтобы не превышать допустимой температуры для труб необходима

защита. Имеется нестолько возможностей повышения срока работы трубы -

использование большого коэффициента избытка воздуха, комбустивный принцип или

образование воздушной подушки вдоль цилиндрического кожуха трубы, а также

удлинение факела пламени. Комбустивный метод сложный и дорогой, не каждая

фирма способна изготовить такую горелку. Поэтому нередко в качестве защиты от

высокой температуры применяют высокую степень избытка воздуха, что однако

несколько снижает эффективность устройства. Многие изготовители замалчивают

влияние коэффициента избытка воздуха на лучистый КПД, ещё чаще искажают

реальный лучистый КПД перед заказчиком и проектантом дилеры . Однако, увеличение

коэффициента избытка воздуха необходимо не только для удлинения срока службы

трубы, но и для улучшения параметров эмиссионных выбросов.

IV.2.4. Отражатель (экран).

Если горелка является сердцем системы, то отражатель можно считать её

скелетом.

Назначение отражателя - направлять в сторону рабочего пространства (зоны

обитания) излучаемое трубами тепло, а также преградить путь к веху нагретому

воздуху, для уменьшения конвективных потерь. Эти две задачи частично находятся в

противоречии, так как чем ближе экран к трубе, тем лучше он преграждает путь потоку

воздуха под отражателем, но в то же время чем дальше находится он от трубы, тем

лучше и с меньшими потерями направляет он излучения в рабочее пространство.

Эффективность выполнения этих задач, т.е. увеличение КПД излучения можно

оценить с нескольких сторон.

IV.2.4.1. Материал отражателя.

КПД излучения растет, если коэффициент поглощения отражателя ε мал, т.е.

коэффициент отражения R большой. Отражатель не пропускает тепловые лучи, часть

их поглощает, а оставшуюся часть отражает (А + R = 1).

Фирмы изготовители ведут споры о том какие материалы лучше для

излучателей.

Чаще всего для изготовления отражателей используются холоднокатанный

алюминий и нержавеющая полированная сталь. Иногда оцинкованная сталь.

Оцинкованная сталь имеет коэффициент отражения 0,72.

Коэффициент отражения холоднокатанного алюминия равняется 0,91-0,95.

Полированная нержавеющая сталь имеет коэфициент отражения равный

0,89-0,9.

Оцинкованная сталь серьезными изготовителями не рассматривается в

качестве материала для отражателей лучистых обогревателей из-за нестабильности

её параметров и краткого срока пригодности.

* Аустенитовые стали ( от имени англ. металурга У. Робертса-Остена (1843-

1902) содержат материал аустенит-твердый раствор углеродов (2%), а также

легирующих элементов в γ-железах. Аустенит устойчив выше 723ºС.

Хотя полированная сталь тяжелее и дороже, чем другие материалы, её

параметры предпочтительнее, т.к. вышеприведенный коэффициент отражения при

периодическом уходе за отражателем сохраняется на протяжении всего срока службы

излучателя. Алюминий же под воздействием времени и высоких температур, теряет

значительную долю своих отражающих способностей. (см. табл №5 Отражающие и

поглощающие свойства материалов).

IV.2.4.2.Профиль отражателя.

Проще всего определить наихудший отражатель, так как его поверхность будет

параллельна излучающей трубе, т.е. вокруг трубы находится полукруглый профиль.

Здесь отражение происходит точно в направлении излучения, т.е обратно на трубу, а не

в рабочую зону.

При выборе профиля нужно стремиться к изменению распределения

интенсивности излучения в рабочем пространстве и к минимальным потерям

излучения. Пример, хорошего распределения отраженных лучей - параболический

экран, для которого в фокусе устанавливается труба излучения, а тепловые лучи из

фокуса, отражаясь от поверхности параболического отражателя, направляются

параллельным пучком, увеличивают интенсивность излучения, создавая местный

«остров тепла». Излучатели с такими отражателями как раз и хороши для создания

локального отопления.

Параболическая форма отражателя один из вариантов формы, имеющая как свои

достоинства так и свои недостатки. Существуют другие по форме отражатели.

Например, М - образные отражатели для U-образных излучателей. У хороших

М - образных отражателей размеры крыльев и углы между крыльями учитывают

диаметр труб и разность температур труб по разные стороны U - колена, что позволяет

получать необходимые параметры как величины отраженной энергии так и

равномерности распределения излучения по облучаемой площади.

Если исходить из U - образного излучателя, то лучше всего было бы снабдить

экраном каждую трубу отдельно. Но такой экран имел бы относительно большие

размеры и опасность больших конвективных потерь на стыке двух частей отражателя.

Основная проблема конструкции общего отражателя для U - образного излучателя

состоит в создании симметричного профиля центральной части отражателя, чтобы

равномерно распределять лучистое тепло по полезной площади зоны обитания.

Кроме вышеприведённого, необходимо заметить, что некоторые изготовители

экономя на размере отражателя, ухудшают параметры излучателя. Если нижняя точка

трубы находится ниже условной линии соединяющей крылья отражателя, то такой

отражатель неэффективно направляет энергию в рабочую зону.

IV.2.4.3. Дополнительный экран.

Дополнительный экран - в зависимости от функции представляет собой

отражающую полосу вдоль одной или обеих сторон установленного отражателя.

Поставляется и монтируется по отдельному заказу. Например, у настенных вариантов

монтажа излучателей на стене под углом к облучаемой площади дополнительный экран

препятствует попаданию излучения на противоположную стену. В другом случае,