На территории промышленной базы в Нижнем Новгороде находится склад предприятия по производству и установке автомобильных запчастей, предназначенный для хранения готовой продукции. Для обеспечения сохранности производимой продукции и комфортного пребывания сотрудников на рабочих местах в помещении склада необходимо поддерживать постоянные оптимальные параметры микроклимата [5].
С целью поддержания постоянной температуры в помещении склада изначально была запроектирована и смонтирована радиаторная система отопления, в качестве отопительных приборов установлены алюминиевые радиаторы Nova Florida 500 Seven S5 общей тепловой мощностью 20 кВт.
В ходе эксплуатации помещения склада было установлено, что помещение склада по высоте прогревается неравномерно, образуются зоны застоя холодного воздуха и сквозняки. Было отмечено постепенное снижение параметров теплоносителя и КПД системы отопления склада в целом. Кроме того, централизованная система теплоснабжения промышленной базы не позволяла регулировать отпуск теплоты в зависимости от различных режимов работы предприятия и загруженности склада.
Учитывая вышеперечисленные факторы, было принято решение о модернизации системы отопления склада. Целью исследования является сравнение эффективности радиационно-конвективной традиционной системы отопления и лучистой систем отопления на базе инфракрасных газовых излучателей.
Принцип действия отопительного радиатора основан на явлениях теплопередачи посредством конвекции и излучения. При конвективном холодный воздух движется вниз, а теплый поднимается вверх, происходит обычное перемещение воздуха в пространстве. [3] В лучистой системе отопления осуществляется нагрев поверхностей, расположенных внутри помещения, от которых посредством теплопередачи нагревается воздух.
При выборе системы отопления были учтены следующие характеристики:
- обеспечение требуемой температуры воздуха в помещении;
- обеспечение требуемой радиационной температуры;
- величина температурного градиента;
- скорость движения воздуха в помещении (наличие сквозняков);
- возможность регулирования отпуска теплоты;
- экологическая эффективность;
- экономическая эффективность.
Ощущение комфорта в помещении зависит не только от температуры воздуха, но и от температуры окружающих нас предметов (средней лучистой температуры). На рис.1 анализируются условия комфорта для рабочих в промышленном помещении склада при средней скорости движения воздуха не более 0,5 м/с [4].
Лучистая система отопления способна обеспечить требуемую радиационную температуру в помещении при более низкой температуре нагретого воздуха. В случае использования конвективного оборудования комфортная температура воздуха и стен достигается при 17 °С. Применение инфракрасного оборудования позволяет понизить температуру воздуха до 15 °С при сохранении комфортных условий, в то время как средняя лучистая температура возрастает до 22 °С.
Рис.1 График распределения температур при лучистом и конвективном отоплении
Использование традиционной системы отопления связано с возникновением значительного температурного градиента (особенно в высоких помещениях). [1] При использовании лучистой системы обогрева достигается значительное снижение температурного градиента, и, следовательно, теплопотерь. На рис.2 показано изменение температуры воздуха в зависимости от высоты помещения при конвективном и лучистом отоплении. При устройстве конвективной системы отопления теплый воздух накапливается у потолка, увеличиваются теплопотери. При использовании лучистого оборудования тепло, напротив, концентрируется в нижней части помещения. По этой причине использование лучистых систем отопления особенно эффективно в высоких помещениях.
При использовании лучистого отопления наблюдается тишина, отсутствие сквозняков и пыли в отличие от конвективного отопления. При использовании конвективного оборудования пыль и вредные вещества производственных процессов накапливаются и непрерывно циркулируют в воздухе. При использовании лучистой системы отопления конвективное перемещение потоков воздуха отсутствует, что позволяет использовать инфракрасное оборудование в помещениях с любым типом производства при сохранении здорового микроклимата.
Лучистые системы отопления обладают низкой тепловой инерцией, что позволяет им максимально быстро выходить на полную рабочую мощность, а, следовательно, сократить время эксплуатации в течение дня по сравнению с конвективным оборудованием.
Рис.2 Изменение температуры воздуха в зависимости от высоты помещения при конвективном и лучистом отоплении.
Лучистая система дает возможность локального отопления или создание различных температурных зон внутри одного помещения. Размещение излучателей в верхней части помещения позволяет равномерно прогревать рабочую зону склада, не позволяя теплым потокам воздуха покидать помещение.
Производства, заинтересованные в защите окружающей среды и природных ресурсов, должны использовать системы отопления, отвечающие двум требованиям: уменьшение вредных выбросов в атмосферу и гарантированный комфорт на рабочем месте. В системе отопления на базе инфракрасных газовых излучателей тепло производится газовыми горелками. Газ является чистым источником энергии, влияние продуктов его сгорания на окружающую среду незначительно. [3]
Важнейшее преимущество систем инфракрасного отопления это их экономичность. По сравнению с традиционными отопительными системами экономия топлива по разным источникам может превышать 40-45%. Экономическая эффективность применения газового лучистого отопления достигается за счёт следующих факторов:
- сокращение теплопотерь благодаря достижению комфортных условий при низкой температуре воздуха;
- сокращение теплопотерь вследствие значительного снижения величины температурного градиента;
- уменьшение времени работы оборудования, благодаря низкой тепловой инерции;
- возможность регулирования работы отопительных приборов;
- возможность локального обогрева и зонирования отпуска теплоты.
В результате исследования был сделан вывод о преимуществе устройства автономной системы теплоснабжения склада на базе газовой лучистой системы отопления.
Взамен радиаторной системы отопления запроектирована система лучистого отопления на базе инфракрасных излучателей темного типа ГИИ - ТМ 50L. По расчету принимается к установке 5 излучателей. Регулирование отпуска теплоты осуществляется в зависимости от температуры внутреннего воздуха по датчикам температуры, установленным на стенах по периметру помещения склада. Дымовые газы от ГИИ-ТМ 50L – 5шт. удаляются по индивидуальным трехслойным теплоизолированным дымоходам фирмы "НЭСТ". Строительство дымовых каналов должно быть выполнено в соответствии с «Правилами производства работ, ремонта печей и дымовых каналов», и отвечать требованиям. [5]