Автор: Антон Кораблёв
Большие площади и высокие потолки – особенности многих производственных помещений, которые приходится учитывать при организации систем отопления промышленных объектов. Когда производственные помещения по кубатуре соизмеримы с квартирами или частными домами, то и обеспечить условия теплового комфорта трудящимся в них работникам позволят традиционные для жилого сектора конвективные системы отопления. Однако при высоте потолков 6-8 м и более качество отопления таких помещений будет в значительной мере зависеть от выбора способа их обогрева.
Традиционное - не всегда эффективное
Конвективное водяное или паро-водяное отопление помещений с высокими потолками независимо от температуры теплоносителя окажется неэффективным. При таком способе отапливания конвективные воздушные потоки будут формироваться вблизи пола, где располагаются отопительные приборы. Распространение тепла будет осуществляться естественной конвекцией снизу вверх. Теплые массы воздуха будут скапливаться под потолком, а вниз, туда, где находятся рабочие места, будут опускаться потоки более плотного остывшего воздуха. Значительные теплопотери в этом случае будут вызваны прогревом потолка. Конечно, прогревающийся потолок будет излучать часть аккумулированной им тепловой энергии вниз, но интенсивности теплового излучения для достижения теплового комфорта на рабочих местах окажется либо недостаточно, либо потребуется сжечь для создания более-менее комфортного микроклимата в помещении избыточное количество топлива в теплогенераторе, что отрицательно скажется на энергоэффективности всей отопительной системы.
Конвективное водяное или паро-водяное отопление помещений с высокими потолками независимо от температуры теплоносителя окажется неэффективным. При таком способе отапливания конвективные воздушные потоки будут формироваться вблизи пола, где располагаются отопительные приборы. Распространение тепла будет осуществляться естественной конвекцией снизу вверх. Теплые массы воздуха будут скапливаться под потолком, а вниз, туда, где находятся рабочие места, будут опускаться потоки более плотного остывшего воздуха. Значительные теплопотери в этом случае будут вызваны прогревом потолка. Конечно, прогревающийся потолок будет излучать часть аккумулированной им тепловой энергии вниз, но интенсивности теплового излучения для достижения теплового комфорта на рабочих местах окажется либо недостаточно, либо потребуется сжечь для создания более-менее комфортного микроклимата в помещении избыточное количество топлива в теплогенераторе, что отрицательно скажется на энергоэффективности всей отопительной системы.
Без промежуточного теплоносителя
Значительно большей эффективности при обогреве помещений с высоким потолком удаётся достичь при организации в них воздушного отопления. С этой целью применяются воздушные тепловые пушки (рис.1), воздушные тепловые завесы (рис.2), воздушные теплогенераторы, оснащённые дутьевыми горелками и др.
Воздушные теплогенераторы могут оснащаться электрическими нагревательными элементами или горелками, работающими на жидком топливе (рис. 3), газовыми (рис. 4, 5). Общей же чертой всех этих устройств является то, что они оснащаются ещё и мощным вентилятором, который принудительно создаёт воздушный поток, эффективно снимающий тепло с нагревательного элемента или с поверхностей теплообменника.
Воздухонагреватели могут размещаться под потолком обогреваемого помещения, монтироваться на стене, на платформе из негорючего материала либо располагаться на специальных стойках. Обычно воздушные теплогенераторы размещаются на высоте 3-4 м над рабочими местами, а тепловые завесы, как правило, над проёмами дверей или ворот.
От мощных воздушных теплогенераторов (до 1,5 МВт и более) нагнетаемый вентилятором нагретый воздух может поступать в помещение через регулируемые жалюзи или систему воздуховодов, равномерно распределяя тепло по объёму помещения или направленно обогревая рабочие места, может также направляться в систему вентиляции и смешиваться с приточным воздухом (рис. 6).
Преимуществом такого способа отопления является отсутствие промежуточного теплоносителя, переносчиком тепла в данном случае становится воздух из внутренней атмосферы отапливаемого помещения, и телопотери, имеющие место в конвективных водяных системах отопления при транспортировке тепла, в воздушных системах отсутствуют. Поэтому эффективность таких систем весьма высока. КПД стационарных моделей воздушных теплогенераторов, оснащённых горелками, достигает 93%.
Обогрев помещений системой воздушного отопления на газовых теплогенераторах или жидкотопливных с дутьевыми горелками может осуществляться в автоматическом режиме с автоматическим поддержанием в помещении комфортной или необходимой температуры.
Дополнительным преимуществом для промышленных предприятий, в ходе деятельности которых накапливаются отработанные масла, может стать сжигание отработки в специализированных горелочных аппаратах, которыми могут оснащаться воздушные теплогенераторы (рис. 7).
Лучистые преимущества
От описанных выше способов обогрева помещений принципиально отличается отопление их с помощью систем лучистого обогрева. Конвекция и перенос тепла с воздушными массами в этом случае не имеет существенного значения. Передача тепла такими приборами осуществляется, прежде всего, за счёт инфракрасного (ИК) излучения. ИК излучение – передача энергии посредством электромагнитных волн с длинной волны от 0,740 до 2000 мкм, невидимых человеческим глазом. При поглощении волн инфракрасной части спектра облучаемым объектом происходит возбуждение молекул вещества, ускорение движений молекул и генерация тепловой энергии. Тепловая энергия при этом передаётся без нагрева промежуточного теплоносителя, в том числе и воздух для инфракрасных лучей прозрачен. Под воздействием инфракрасного (ИК) излучения нагреваются поверхности облучаемых предметов, пола, стен, человеческого тела. Практически вся излучённая энергия передаётся без теплопотерь, и уже от нагретых предметов нагревается воздух. Этот же механизм передачи тепла осуществляется при нагреве поверхностей планет и планетарных атмосфер (если таковая имеется) солнечным излучением. КПД систем лучистого обогрева очень высок и составляет от 90 до 94 % в зависимости от особенности конструкций конкретных установок.
Выделяют «тёмные» и «светлые» обогревательные приборы, работающие по принципу лучистого обогрева. К тёмным относят приборы с температурой излучающей поверхности менее 600оС и длиной волны излучения 2,0 – 10 мкм, их также называют длинноволновыми (рис. 8). Температура излучающей поверхности светлых приборов лучистого обогрева более 800оС, они излучают тепло в том же диапазоне спектра, но в их излучении присутствуют также электромагнитные волны с меньшей длиной волны, уже относящиеся к видимой части спектра (рис. 9, 10). Практически отличительным признаком светлых систем является наличие открытого пламени на выходе, если это газовые обогревательные приборы, или светящегося нагревательного элемента у электрических. Тёмные системы лучистого обогрева света не излучают.
Светлые приборы лучистого обогрева обычно используются для обогрева рабочих мест на открытых площадках, например на дебаркадерах, а также обогрева трибун стадионов, столиков открытых кафе, а также производственных помещений с очень высоким потолком. Газовые приборы лучистого обогрева в производственных помещениях с потолком ниже 7 применяются редко. При их монтаже надо соблюдать технические требования к размещению горелок на допустимом удалении от горючих материалов, кроме того все светлые системы лучистого обогрева выжигают кислород из внутренней среды помещения.
Системы отопления замкнутых производственных помещений с высотой потолка 6 - 8 м чаще создаются на основе тёмных систем лучистого обогрева (рис. 11), которые также могут успешно использоваться и при большей высоте потолка в сочетании с качественной теплоизоляцией производственных помещений. Газовые тёмные обогреватели могут объединятся в модульные (рис. 12), блочные и ленточные (рис. 13) системы лучистого обогрева.
Важнейшее преимущество систем лучистого обогрева, обеспечивающее их высокую энергоэффективность по сравнению с конвективными системами, - практически полное отсутствие теплопотерь при передаче тепла на обогреваемый объект, а также снижение вентиляционных теплопотерь. При обогреве промышленных помещений с высоким потолком системами конвективного отопления тёплый воздух, поднимаясь, перегревает потолок и верхнюю зону атмосферы помещения, что повышает теплопотери через оградительные конструкции и приточно-вытяжную вентиляцию. При этом в нижней зоне такого помещения температура воздуха будет значительно ниже, чем в верхней. В помещениях с высотой потока более 6 м, обогреваемых конвективным способом, перепад температур у пола и потолка может достигать 15-20 С. При обогреве же системами лучистого обогрева, которые размещаются в производственных помещениях под потолком, прежде всего, прогревается пол, предметы и рабочие места в нижней зоне. Температура в области ног работающего человека в таком случае будет выше, чем у его головы.
Кроме того, получая тепло непосредственно с излучением от систем лучистого обогрева, человек ощущает температуру примерно на 3-4 градуса выше, чем реальная температура воздуха в помещении. Соответственно тепловой комфорт будет ощущаться им при меньшей температуре. В результате, по разным оценкам, при сравнивании отапливания одинаковых производственных помещений газовыми системами лучистого обогрева и конвективными на основе газовой котельной, расход природного газа для лучистых систем оказывается меньше в 3-5 раз.
Кроме систем лучистого обогрева на основе светлых и тёмных газовых или электрических обогревателей, для отопления промышленных помещений с высоким потолком успешно применяются системы водяного отопления с потолочными тепловыми панелями в качестве приборов отопления (рис. 14, 15). Тепловые панели также предназначены для отдачи тепла по принципу лучистого обогрева. Излучающая поверхность тепловой панели представляет собой оцинкованный стальной лист в продольные углубления которого запрессовываются стальные водопроводные трубы. К этим трубам подводится теплоноситель водяной системы отопления, доставляющий тепло, вырабатываемое теплогенератором. Источником горячей воды могут быть котельные, ЦТП, тепловые коммунальные сети, тепловые насосы, гелиосистемы. Потолочным системам водяного панельного отопления присущи преимущества систем лучистого обогрева на основе газовых и электрических инфракрасных обогревателей.
По сути они являются одним из вариантов тёмных систем лучистого обогрева и также используются для отапливания производственных цехов, ангаров, складских помещений, торговых центров, спортивных залов и др. Одним из их дополнительных преимуществ является то, что при подаче в трубы панели холодной воды, система будет работать на охлаждение помещения.
