Предпосылки применения лучистого отопления
В современных теплотехнических системах и установках все шире применяют радиационные методы передачи тепловой энергии. Причем это относите» как к системам отопления зданий и сооружений, так и к различным нагревательным устройствам н агрегатам. Преобразование тепловой энергии в излучение— довольно простой и эффективный способ передачи энергии от нагревателя к нагреваемым объектам.
В теплотехнической практике начиная с 30-х годов достаточно широко применяются излучатели и излучающие панели, в которых в качестве энергоносителей используются горячая вода, пар, нагретый воздух, продукты сгорания и электричество. В конце 40-х годов проф. М. Б. Равич на основании работ, проведенных в лаборатории беспламенного горения Энергетического института АН СССР (ныне Энергетический научно-исследовательский институт им. Кржижановского), указывал, что для технологических нужд и отопления производственных помещений можно использовать газовые радиационные горелки, работа которых основана на принципе беспламенного сжигания газа. Разновидностью таких горелок, широко применяемых в теплотехнической практике, являются ГИГ.
Интенсификации технологических процессов, повышения коэффициента полезного действия (КПД) энергетических установок, улучшения качества изделий, требующих для их изготовления термообработки, можно достичь путем замены конвективного обогрева лучисто-конвектнвным или лучистым теплообменом. Во многих случаях особенно эффективны для этих целей ГИГ, которые широко используют в терморадиацнонных установках низко- и среднетемпературного нагрева. Перспективно нх применение в строительной индустрии: как для термообработки стеновых панелей и изделий из полимербетона, так и при омоноличивании стыков, для сушки штукатурки, производства стеклотканей, при выполнении кровельных работ рулонными материалами и других технологических процессов.
Для применения систем лучистого отопления зданий и сооружений с использованием ГИГ существуют объективные предпосылки. Так, системы н установки лучистого отопления в производственных помещениях различного назначения позволяют создать благоприятные параметры микроклимата в обслуживаемой зоне илн на отдельных рабочих местах.
Быстрые темпы развития техники, стремление к максимальному использованию производственных площадей, внедрение комплексной механизации и автоматизации производства требуют новых конструктивных и объемно-планировочных решений при промышленном строительстве. Возводят промышленные здания, большие по объему и площади, с одним, часто бесфонарным, перекрытием. Новые архитектурные и конструктивные решения элементов зданий нз стекла, металла и сборного железобетона требуют устройства новых эффективных и вместе с тем экономичных систем отопления. Стены со сплошным остеклением в зимний период имеют низкую по сравнению с воздухом помещения температуру, что обусловлено большим коэффициентом теплопроводности стекла и отрицательно сказывается на тепловом ощущении людей, так как при этом увеличивается радиационная составляющая тепловых потерь человеком в помещении. Конвективные системы отопления для таких зданий малоэффективны, осо-
Сенно прн больших строительных объемах и кратностях воздухообмена, потому что компенсация радиационных тепловых потерь человеком требует повышения температуры воздуха в помещении. При этом возникает необходимость нагревать весь объем воздуха в помещении до расчетной температуры.
Многолетняя практика строительства и эксплуатации систем конвективного отопления с применением в качестве теплоносителя воды и пара показала, что такие системы имеют ряд существенных недостатков. Наличие промежуточного теплоносителя в конвективных системах отопления, какими являются вода и пар, снижает КПД топлива. По данным Гипроэнергопрома (г. Москва) затраты на приготовление теплоносителя и на его подачу нагревательным приборам составляют около 60—65 % °т полной стоимости системы отопления. Кроме того, системы конвективного отопления металлоемки, трудоемки по монтажу, требуют больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Конвективный перенос теплоты, сопровождающийся перемещением нагретых масс воздуха, приводит к нагреву всего воздуха в помещении. При этом массы воздуха с более высокой температурой стремятся в верхнюю часть здания, а нижняя, рабочая, зона остается менее нагретой. При таком распределении теплоты приходится для обеспечения нормальных температурных условий в рабочей зоне допускать перегрев верхней зоны. Значителен градиент температуры воздуха по высоте помещения, достигающий в промышленных зданиях высотой более 6 м в среднем 7—10 °С, что приводит к большим непроизводительным потерям теплоты. С санитарно-гигиенической точки зрения недостатком конвективных систем отопления является неравномерное распределение температуры воздуха как по высоте, так и по площади отапливаемого помещения, а также низкий уровень радиационной температуры помещения.
Системы лучистого отопления, в которых в качестве нагревательных приборов применяют ГИГ, в основном лишены недостатков конвективных систем отопления, более эффективно используют теплоту сжигаемого газа и создают благоприятные условия микроклимата для работающих.
В конце 50-х — начале 60-х годов системы газового инфракрасного обогрева стали широко применяться за границей: в Англии, Венгрии, ГДР, ФРГ, США и других странах. В СССР первые системы газового лучистого отопления промышленных зданий были осуществлены автором в г. Саратове в 1962 г. на заводе тяжелых зуборезных станков, а в 1964 г. на заводе «Строймаш». В настоящее время такие системы находят все более широкое применение: для отопле- «ия зданий и сооружений большого объема, для зонного обогрева, т. е. обогрева части площади здания, вызванного санитарно-гигиеническими или технологическими требованиями; при отоплении зданий и сооружений, для которых по экономическим соображениям нецелесообразно строить котельные или развивать мощность существующих котельных на производство теплоты для покрытия отопительно-вентиляционных нагрузок; для обогрева открытых и полуоткрытых площадок различного назначения, а также для поддержания мобильного состояния автотракторного парка при его безгаражном содержании. Максимальное использование производственных площадей, интенсификация производства и экономическая целесообразность часто требуют от проектировщиков и производственников располагать оборудование на открытых и полуоткрытых площадках. Вопросы обогрева рабочих мест и оборудования на открытых площадках удачно решаются за счет использования некоторых видов ГИГ, специально •сконструированных для работы на открытом воздухе, устойчиво работающих ;при воздействии неблагоприятных метеорологических факторов: ветра, дождя, снега и т. п.
Анализ работы систем лучистого отопления с ГИГ показывает, что существуют санитарно-гигиенические, конструктивные и экономические предпосылки, обусловливающие их применение. Человек и теплокровные животные в процессе жизнедеятельности выделяют тепловую энергию, которая отводится в окружающую среду. Количество отводимой теплоты должно быть строго определенным ® зависимости от активности организма, одежды человека, температуры воздуха в помещении и температуры на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, а также от подвижности окружаюшего воздуха. Если же оно превышает это определенное количество, то организм начинает мерзнуть, если же оно меньше — ощущается перегрев организма.
По данным современных гигиенистов и зоологов, для создания благоприятных (комфортных) микроклиматических условий недостаточно просто организовать отвод излишков теплоты. Очень важна качественная сторона теплообмена Имеет существенное значение, какая часть теплоты отводится от организма конвекцией, излучением, испарением и кондукцией (теплопроводностью). Последняя составляющая имеет особенно важное значение при рассмотрении теплообмена животных. Доказано, что самочувствие человека и благоприятное состояние животных значительно улучшаются, если большая часть тепловых потерь организмом происходит за счет конвекции, а меньшая — посредством лучеиспускания. Такое соотиошеине теплообмена может быть достигнуто в системах отопления, при работе которых температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций или средняя лучистая температура помещения превышает температуру воздуха в нем, что как раз и приводит к уменьшению отдачи теплоты посредством излучения и увеличению за учет конвекции.
Исследования советских и зарубежных гигиенистов показали, что необходимо стремиться к тому, чтобы, не нарушая условий комфорта, температура воздуха в помещении была несколько выше 10 °С, так как это улучшает экзотермические реакции, протекающие в организме. Организовать теплообмен в отапливаемом помещении или обогрев части его таким образом, чтобы были выполнены вышеперечисленные условия, можно при использовании систем лучистого, обогрева с ГИГ в качестве излучателей. Аналогично можно решить вопросы обогрева рабочих мест и площадок на открытом воздухе, открытых и полуоткрытых остановок трамвая, троллейбуса и другого транспорта, витрин магазинов, отдельных узлов технологических трубопроводов и различного оборудования.
При выборе системы отопления для сельскохозяйственных зданий (животноводческих ферм и птицефабрик) следует учитывать, что в них всегда повышенная влажность, которая неблагоприятно влияет на развитие и рост животных и птиц, служит источником простудных заболеваний. Опыт эксплуатации систем газового инфракрасного отопления и обогрева в сельскохозяйственных помещениях показывает, что онн создают благоприятный температурно-влажностный режим как воздуха, так и строительных ограждений и подстилки.
В последние годы в строительстве гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий наметилась тенденция — использовать малотеплоемкие материалы в элементах ограждающих конструкций. Внутренние поверхности этих, ограждений в зимний период имеют более низкую температуру по сравнению с воздухом помещения, что может привести к дискомфорту вследствие резкого, увеличения тепловых потерь организмом за счет излучения. Компенсировать увеличение лучистой составляющей в общем балансе этих потерь можно, применяя лучистые системы отопления.
Во многих случаях не требуется создания комфортных микроклиматических условий во всем строительном объеме зданий или сооружений. Так, в металлургической промышленности, где многие технологические процессы происходят с большим выделением теплоты, необходим лишь зонный обогрев холодных участков и пролетов. Его применяют также при бройлерном выращивании птиц, при стойловом содержании и выращивании животных. Один из наиболее рациональных вариантов зонного обогрева — системы с ГИИ. Системы и установки отопления с ГИГ рекомендуется применять в промышленных цехах большого объема, со значительными кратностями воздухообмена, в производственных помещениях с малотеплоемкими и нетеплоемкими ограждениями, а также в таких, где по технологическим требованиям в разных зонах требуется различная температурная обстановка. Такими системами отопления можно оборудовать помещения, используемые в течение относительно короткого времени: спортивные манежи, теннисные корты, частично открытые, защищенные от ветра монтажные и сборочные площадки, спортивные трибуны, террасы, кафе, витрины и другие аналогичные сооружения. Целесообразно применять эти системы и установки отопления на животноводческих фермах и птицефабриках, где по технологическим условиям требуются местный обогрев молодняка, птиц, полная или частичная компенсация дефицита теплоты для нужд отопления и вентиляции стойловых помещений. Гигиенические и конструктивные предпосылки использования высокотемпературных систем лучистого отопления и обогрева с ГИГ необходимо подкреплять технико-экономическимн расчетами.
