Система инфракрасного обогрева производственных помещений

Инфракрасные системы обогрева (ИКО) имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами [21]:

· высокая надежность теплоснабжения: отсутствие водяного цикла исключает размораживание;

· высокая скорость нагрева: прогрев рабочих мест осуществляется в течение нескольких минут после включения, что дает возможность снижения температуры, а значит и расхода газа в ночное время, в выходные и праздничные дни;

· меньшая температура воздуха в помещении: комфортные условия работы наблюдаются при температурах внутреннего воздуха меньших на 5-10 °С, чем при использовании конвективных систем;

· локальный обогрев: излучатели могут осуществлять зонный обогрев отдельных рабочих.

В соответствии с имеющимся опытом желаемая температура в помещении может быть выражена как

,

где t_в – температура воздуха в помещении, °С; t_л – лучистая температура, получаемая поверхностями за счет излучения от рабочих поверхностей инфракрасных излучателей.

Воздух в помещении не нагревается за счет инфракрасного излучения и может быть ниже желаемой температуры. Следовательно, возможно снижение температуры воздуха t_в при одновременном увеличении лучистой температуры t_л.

Выражение для желаемой температуры также может быть записано как

,

где I – плотность лучистого потока, Вт/м². Плотность потока излучения на постоянных рабочих местах ограничена величиной 150 Вт/м². При максимально допустимом лучистом потоке температура воздуха в рабочей зоне может быть снижена до .

Особенно эффективны системы ИКО в промышленных зданиях с высокими пролетами, в которых при обычных конвективных системах теплый воздух поднимается под потолок, оставляя нижнюю часть помещения, где как раз работают люди, относительно холодной. Разница в температурах между воздухом у пола и потолка может достигать 20 °С.

Оценим возможную экономию тепла при использовании системы ИКО. При стандартном конвективном способе отопления производственных помещений с высокими пролетами перепад температуры воздуха по высоте может достигать Dt = 10-15 °С. При известном коэффициенте тепловых потерь здания k плотность теплового потока потерь при конвективном отоплении приближенно выражается как

, (213)

где - средняя температура воздуха в помещении, °С; t_н – температура наружного воздуха, °С.

При лучистом отоплении перепад температуры воздуха по высоте здания отсутствует или может быть даже отрицательным (вверху температура воздуха ниже, чем у пола). В этом случае потери тепла при использовании системы ИКО и сохранении той же самой желаемой температуры на рабочем месте выражается как

. (214)

Тогда перевод отопления с конвективного на ИКО при средней температуре наружного воздуха за отопительный сезон t_н = -6,6 °С дает снижение теплопотерь здания в 2 и более раз:

Дальнейшее снижение потребления теплоты возможно за счет уменьшения температуры на рабочих местах в ночное время, выходные дни, а также путем применения локального обогрева. Все эти режимы легко реализуются с помощью ИКО.

По способам сжигания природного газа и температуре рабочих поверхностей можно выделить 3 группы ИК- излучателей:

а) светлые ИК- излучатели – температура рабочих поверхностей 800-1000 °С;

б) «темные» ИК- излучатели – 00-650 °С;

в) «черные» ИК- излучатели – 200-300 °С.

Светлые системы ИКО. Все светлые ИК- излучатели основаны на принципе поверхностного горения (рис. 82).

Основным элементом излучателя является панель из пористой перфорированной керамики (рис. 83). На внутреннюю сторону панели подается смесь газа и воздуха, которая затем проходит через отверстия малого диаметра в керамической панели, при этом смесь нагревается и воспламеняется вблизи поверхности. Образующееся в выходных частях отверстий пламя нагревает излучающую керамическую поверхность до температуры 800-1000 °С.

Из-за высокой температуры поверхности эти излучатели должны монтироваться на достаточном расстоянии от рабочих мест и пола. Лучистый КПД в лучших моделях может достигать 60 %. Кроме того, продукты сгорания выбрасываются в атмосферу цеха, отдавая теплоту зданию. Поэтому суммарный КПД таких систем близок к 100 %. Для поступления воздуха на горение и удаления продуктов сгорания необходимо обеспечить приточно-вытяжную вентиляцию объемом 23,3 м³/ч на 1 кВт установленной мощности ИК-излучателей. Как правило, имеющейся естественной вентиляции достаточно для этих целей.

Кроме указанных выше преимуществ, светлые излучатели компактны, легко устанавливаются на колоннах и фермах, не занимая полезное пространство цехов, не требуют специальных вытяжных и воздухоподводящих труб, вентиляторов, потребляют минимум электроэнергии. Таким образом, светлые ИК- излучатели идеальны для обогрева цехов с высокими пролетами. Ограничения по применению могут быть связаны с чрезмерной запыленностью и пожароопасностью производства.

«Темные» ИК- излучатели. «Темные» ИК- излучатели имеют температуру рабочей поверхности 400-650 °С. Типичная конструкция представлена на рис. 84.

Система содержит горелку, соединенную трубой диаметром 80-100 мм с вытяжным вентилятором. Поток продуктов сгорания поступает в трубу, доводя температуру ее наружной поверхности до 400-650°С. Отражатель, расположенный над излучающей трубой, направляет поток тепла в отапливаемую зону.

Если в системе ИКО со светлыми излучателями продукты сгорания выбрасываются в атмосферу цеха, дополнительно отдавая теплоту, то в системах с «темными» излучателями продукты сгорания, как правило, должны выводиться наружу из-за повышенного содержания оксидов азота. При этом суммарный КПД «темных» систем не превосходит 70 %.

«Черные» ИК- излучатели. «Черные» ИК- излучатели имеют температуру рабочих поверхностей 200-300 °С. Они представляют собой воздуховоды диаметром 300-400 мм, устанавливаемые над рабочими местами в цехах.

Внутри воздуховодов рециркулирует горячий воздух с температурой 200-400 °С, нагревая стенки воздуховода. Сверху воздуховодов устанавливается тепловая изоляция и рефлектор. Воздух для горения подается дополнительным вентилятором. Нагрев рециркуляционного воздуха осуществляется за счет смешения продуктов сгорания с нагреваемой средой. Часть рециркулирующего воздуха выбрасывается за пределы помещения. Поскольку температура воздуха на выходе из системы, как правило, не превышает 200 °С, то суммарный КПД системы близок к 85 %.

Такие системы можно использовать не только в промышленных зданиях, но и в аэропортах, вокзалах, стадионах. Препятствием по применению таких систем может быть только отсутствие свободного пространства в цехе или вторжение в зону действия имеющихся кранов.

Библиографический список

1. Литвак В.В. Региональный вектор энергосбережения/В.В. Литвак, В.А. Силич, М.И. Яворский. Томск: STT, 1999. 320 с.

2. Бушуев В.В. Мониторинг реализации в 2004 г. «Энергетической стратегии России на период до 2020 г.» //Теплоэнергетика. 2005. №12. С.2-5.

3. Спейшер В.А. Обезвреживание промышленных выбросов дожиганием/ В.А. Спейшер. М.: Энергоатомиздат, 1986. 168 с.

4. Котлы утилизаторы и энерготехнологические агрегаты/ А.П. Воинов [и др.]. М.: Энергоатомиздат, 1989. 272 с.

5. Куперман Л.И. Вторичные энергетические ресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности/ Л.И. Куперман, С.А. Романовский, Л.Н. Сидельковский. Киев: Вища школа, 1986. 303 с.

6. Мучник Д.А. Теория и техника охлаждения кокса/ Д.А. Мучник, Ю.С. Постыльник. Киев: Вища школа, 1979.

7. Утилизация избыточного тепла при совмещенном процессе термической подготовки шихты и тушения кокса/Б.И. Бабанин [и др.]//Кокс и химия. 1988. С.17-20.

8. Сазонов Б.В. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий/ Б.В. Сазонов, В.И. Ситас. М.: Энергоатомиздат, 1990.

9. Хараз Д.И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах/Д.И. Хараз, Б.И. Псахис. М.: Химия, 1984. 224 с.

10. Соснин Ю.П. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели/Ю.П. Соснин, Е.Н. Бухаркин. 4-е изд., испр. и доп. М.: Стройиздат, 1988. 376 с.

11. Леонтьев С.А. Расчеты поверхностей и коэффициентов тепломассообмена в насадке из неупорядоченных колец Рашига/С.А. Леонтьев//Промышленная теплоэнергетика. 2005. №4. С. 43-46.

12. Безлепкин В.П. Парогазовые и паротурбинные установки электростанций. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1997. 295 с.

13. Цанеев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: учебное пособие для вузов/ С.В. Цанеев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.И. Цанаева. М.: Изд-во МЭИ, 2002. 584 с.

14. Фаворский О.Н. Технологические схемы и показатели экономичности ПГУ с впрыском пара в газовый тракт/О.Н. Фаворский, С.В. Цанеев, В.Д. Буров, Д.В. Карташов// Теплоэнергетика. 2005. №4. С. 28 – 34.

15. Бушин П.С. Опытно-промышленная газотурбинная расширительная станция на Среднеуральской ГРЭС/П.С. Бушин// Теплоэнергетика. 1984. №7. с. 32 – 36.

16. Об использовании теплоты выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов: тр. Х1У школы-семинара молодых ученых и специалистов под рук. акад. РАН А.И. Леонтьева/А.П. Баскаков [и др.]. М. Изд-во МЭИ, 2003. Т.2. С.349-352.

17. Рациональное использование газа в энергетических установках : справочное руководство/ Р.Б. Ахмедов [и др.]. Л.: Недра, 1990. 423 с.

18. Тепло- и массообмен : теплотехнический справочник/Е.В. Аметистов [и др.]; под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1982. 512 с.

19. Кузнецов Ю.В. Сжатый воздух/Ю.В. Кузнецов, М.Ю. Кузнецов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003.

20. Теплотехника : учебное пособие для вузов/ А.П. Баскаков [и др.]; под ред. А.П. Баскакова. М.: Энергоиздат, 1982. 264 с.

21. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха : справочное пособие/ Л.Д. Богуславский [и др.]; под ред. Л.Д. Бугуславского и В.И. Ливчака. М.: Стройиздат, 1990. 624 с.

Учебное издание

Мунц Владимир Александрович

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ

Редактор И.В. Коршунова

Компьютерная верстка Л.Г. Зубаревой, Е.Ю. Павлюк

ИД № 06263 от 12.11.2001 г.

Подписано в печать 13.12.2006 Формат 60х84 1/16

Бумага писчая Плоская печать Усл.печ.л. 8,02

Уч.- изд.л. 9,37 Тираж Заказ Цена “С”

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ

620002, Екатеринбург, ул. Мира,19

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ

620002, Екатеринбург, ул. Мира,19