Разработка системы отопления технических помещений инфракрасными обогревателями ИТФ "Элмаш-микро"

дипломная работа

1.2 Предпосылки применения лучистого отопления

В современных теплотехнических системах и установках все шире применяют радиационные методы передачи тепловой энергии. Причем это относится как к системам отопления зданий и сооружений, так и к различным нагревательным устройствам и 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 [2].

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-конвективным или лучистым теплообменом. Во многих случаях особенно эффективно применение для этих целей электронагревателей, которые широко используют в терморадиационных установках низко- и среднетемпературного нагрева. Перспективно их 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 существуют объективные предпосылки. Так, системы и установки лучистого отопления в производственных помещениях различного назначения позволяют создать благоприятные параметры микроклимата в обслуживаемой зоне или на отдельных рабочих местах [3].

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 из 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 особенно при 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 [4,5].

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. По данным Гипроэнергопрома (г. Москва) затраты на приготовление теплоносителя и на его подачу нагревательным приборам составляют около 60--65 % от полной стоимости системы отопления [2]. 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 [5], 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 основном лишены недостатков конвективных систем отопления, создают благоприятные условия микроклимата для работающих.

В конце 50-х -- начале 60-х годов системы инфракрасного обогрева стали широко применяться за границей: в Англии, Венгрии, ГДР, ФРГ, США и других странах [6]. В СССР первые системы лучистого отопления промышленных зданий были осуществлены в г. Саратове в 1962 г. на заводе тяжелых зуборезных станков, а в 1964 г. на заводе "Строймаш" [2]. В настоящее время такие системы находят все более широкое применение: для отопления 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 инфракрасных нагревателей, специально сконструированных для работы на открытом воздухе, устойчиво работающих три воздействии неблагоприятных метеорологических факторов: ветра, дождя, снега и т. п.

Анализ работы систем лучистого отопления 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 в зависимости от активности организма, одежды человека, температуры воздуха в помещении и температуры на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, а также от подвижности окружающего 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 [7]. 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 живых организмов. 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 соотношение 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 счет конвекции. Средняя лучистая температура (ОПТ), создаваемая в отапливаемом помещении - показатель отвечающий за то, какое чистое количество инфракрасной энергии должно быть использовано для создания комфортных для человека условий в определенном пространстве. Проще говоря, это объясняет, как поверхности вокруг нас (полы, стены и т.д.) реагируют на излучение. Главная цель обогрева инфракрасным излучением -- увеличение показателя средней лучистой температуры. Чем оно равномернее, тем ниже температура воздуха, при которой достигается уровень комфорта, и, следовательно, тем ниже энергозатраты.

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 [2]. Организовать теплообмен в отапливаемом помещении или обогрев части его таким образом, чтобы были выполнены вышеперечисленные условия, можно при использовании систем лучистого обогрева. 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 инфракрасного отопления и обогрева в сельскохозяйственных помещениях показывает, что они создают благоприятный температурно-влажностный режим как воздуха, так и строительных ограждений и подстилки [2].

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 [3]. Один из наиболее рациональных вариантов зонного обогрева -- системы с газовыми инфракрасными горелками (ГИГ) [2] или электронагревателями. Системы и установки инфракрасного отопления рекомендуется применять в промышленных цехах большого объема, со значительными кратностями воздухообмена, в производственных помещениях с малотеплоемкими и нетеплоемкими ограждениями, а также 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, монтажные и сборочные площадки, спортивные трибуны, террасы, кафе, витрины, ангары, гаражи 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 необходимо подкреплять технико-экономическими расчетами.

Делись добром ;)