Местно топловъздушно отопление

Системи с рециркулация, с частична рециркулация и без рециркулация, със и без междинен топлоносител

Топловъздушното отопление е сред доказалите се и често използвани решения за отопление на големи по обем производствени помещения. Сред причините, определящи широкото му приложение, са сравнително невисоките първоначални инвестиции и ниските експлоатационни разходи впоследствие. Основно предимство на топловъздушното отопление е и постигането на минимален температурен градиент в работната зона на помещението, при правилна организация на въздухообмена (подаване на загретия въздух и отвеждане на отработения). Друг плюс на този вид отопление е и съвместимостта му с нагнетателна вентилационна система, както и възможността да се комбинира с инсталация за охлаждане.

Използва се в голямо габаритни помещения
Характерна особеност на топловъздушното отопление е използването на въздуха като топлоносител.
В зависимост от мястото и начина на загряването му, топловъздушното отопление се разделя на местно и централно. При централното - въздухът се загрява извън отопляваните помещения и по въздухопроводна мрежа се разпределя в тях, а при местното се използват предимно въздухоотоплителни апарати или агрегати, които се разполагат равномерно в отопляваното помещение. Местното топловъздушно отопление се прилага предимно в големи по обем помещения, с ниски изисквания по отношение на вентилацията, когато реализирането на комбинирана система за топловъздушно отопление и вентилация би се оказало нецелесъобразно. Също така се използва и когато не се предвижда организирането на механична вентилация, а за осигуряването на пресен въздух се разчита на естествена вентилация. Местното топловъздушно отопление е предпочитано и при отопление на помещения с голяма височина и обем.
В зависимост от протичащите технологични процеси в производственото помещение и концентрацията на отделящите се вследствие на това вредни вещества, необходимият дебит въздух за отопление би могъл да се вземе изцяло от отопляваното помещение, да се достави отвън или да се смеси въздух от помещението с пресен въздух. Според мястото, откъдето се взима въздухът, системите за топловъздушно отопление се класифицират в три групи - рециркулационни, без рециркулация и с частична рециркулация.

Рециркулационни системи
Използването на въздух от отопляваното помещение се допуска единствено, когато протичащите в него технологични процеси не са свързани с отделяне на вещества, които биха застрашили здравето на работещите. В този случай системата за топловъздушно отопление осигурява единствено поддържане на необходимата температура в помещението и не доставя пресен въздух за реализиране на вентилация. Постъпването на минимално необходимото количество пресен въздух се дължи предимно на неплътностите между стените и отваряемите ограждащи елементи.
Поради ограничените възможности за вентилация, топловъздушното отопление с рециркулационен въздух се счита за подходящо при отопление на производствени помещения с ниски изисквания по отношение на вентилацията. Както вече бе посочено, за осигуряване на необходимото количество пресен въздух се разчита на естествената вентилация.

Системи с частична рециркулация
Използването на топловъздушни системи, работещи с пресен и рециркулационен въздух, е подходящо за помещения, в които не се отделят токсични вещества.
При реализираното им е целесъобразно, топловъздушното отопление да се комбинира с вентилация и климатизация на помещението. По този начин се повишава енергийната ефективност на системата и се намаляват експлоатационните разходи, а в помещението се доставя и необходимият за вентилация пресен въздух.

Системи без рециркулация
Системите за топловъздушно отопление, работещи без рециркулация, намират сравнително ограничено приложение в практиката. Препоръчват се в помещения, в които протичат процеси, свързани с отделяне на отрови или вещества със силна миризма.
С тези системи се осигурява както добро вентилиране на помещението, чрез подаването на достатъчно количество пресен въздух, така и отоплението му, съчетавайки вентилацията с топловъздушното отопление. Естествено, следва да се спазва правилото, колкото въздух се подава, толкова да се отведе.

Кога се използват въздухоотоплителни апарати?
На практика местното топловъздушно отопление се реализира чрез използването на въздухоотоплителни апарати или топловъздушни агрегати.
Въздухоотоплителните апарати са компактни съоръжения, които са широко използвани за отопление на големи помещения, с различно предназначение. Тъй като в повечето случаи са предназначени за работа с рециркулационен въздух, се препоръчва да се използват в помещения, в които не се отделят вредни вещества. При необходимост могат да работят и с пресен въздух. Не се препоръчва използването на въздухоотоплителни апарати в помещения, в които се отделят пожаро- и взривоопасни смеси. Обикновено се предлагат в две модификации - за стенен и за таванен монтаж.
Характерна особеност на въздухоотоплителните апарати е използването на междинен топлоносител за загряване на въздуха до необходимата температура. Като междинен топлоносител се използва предимно вода, която се загрява в котелна инсталация. Използват се и апарати, работещи с пара или воден разтвор на етилен гликол.

Сравнително елементарни като конструкция
Конструкцията на въздухоотоплителните апарати е сравнително елементарна. Основните им елементи са корпус, вентилатор и отоплителна секция. Чрез вентилатора се засмуква въздух, който се нагнетява през топлообменник. В него въздухът се загрява, след което се подава в отопляваното помещение.
В конструкцията на апарата допълнително би могла да бъде включена и смесителна камера, за случаите в които се предвижда той да работи и с пресен въздух. За регулиране на съотношението между пресния и рециркулационния въздух, в смесителната камера, се монтира клапа. Регулирането на посоката на подавания в помещението въздух, обикновено се осъществява чрез използване на монтираната в предната част на апарата вентилационна решетка. Регулирането се реализира в равнина, перпендикулярна на вала на вентилатора. Въздухът се подава в отопляваното помещение посредством вертикални и/или хоризонтални струи. Въздухът би могъл да бъде с постоянен дебит или със стъпаловидно променящ се дебит, ако апаратът е окомплектован с дву- или с трискоростни електродвигатели.

Имат голяма топлинна мощност
Въздухоотоплителните апарати се характеризират с относително голяма топлинна мощност. Влияние върху нея оказват както вида и качеството на топлоносителя, така и температурата на въздуха преди вентилатора. Използваната в качеството на топлоносител вода обикновено е с температура до около 150 оС, а парата е с работно налягане до 0,8 Mpa.
В продуктовата гама на редица производители са включени и апарати с електрически нагреватели.

Генерират шум при работа
Съществува консенсус по въпроса, че отоплението с въздухоотоплителни апарати е икономически изгодно. Недостатък на този вид отопление е генерираният при работата на апаратите аеродинамичен и механичен шум. По тази причина и предвид съществуващите норми за допустимия шум на работното място в съответствие с европейските изисквания, в близост до постоянните работни места не се монтират апарати. Препоръчително е те да се разпределят равномерно в цялата работна зона, като се спазва условието да се поставят в близост до външни стени или до колоните на помещението. Независимо от разпределението на апаратите, използването им за отопление е свързано със създаване на значителен градиент на температурата в различните зони на помещението. Това ограничава приложението им до отопление на неотговорни помещения, в които работата на апаратите не би създава шумови въздействия, по-високи от нормативните.
Освен за отопление, въздухоотоплителните апарати биха могли да се използват и за вентилация в малки производствени помещения, в които се налага да работят периодично за кратък период от време.

Необходим брой въздухо-отоплителни апарати
Определянето на необходимия брой въздухоотоплителни апарати за дадено работно помещение зависи от функциите, които е предвидено те да изпълняват. При използването им само за отопление, изходна информация е потребната топлинна мощност на един апарат Qa, отчетена за температура на въздуха в помещението tп . Броят на апаратите na се определя по зависимостта: na = Qп.т/ Qa, където Qа е необходимата топлинна мощност на един апарат, а Qп.т  - потребната обща топлинна мощност, се определя от топлинния баланс на отопляваното помещение за изчислителен режим.
В приложения, в които освен за отопление, въздухоотоплителните апарати  се използват и за вентилация на работното помещение, при пресмятането следва да се отчете и дебитът им.

Топловъздушните агрегати с КПД 85 - 90%
Топловъздушното отопление без използване на междинен топлоносител е система, при която въздухът се нагрява за сметка на изгарянето на течно или газообразно гориво. Сред често използваните съоръжения са топловъздушни агрегати, които могат да работят с пресен и/или с рециркулационен въздух. Те се отличават с компактна конструкция и голяма топлинна мощност. Характеризират се с малка инерционност, поради бързия топлообмен между въздуха и топлината, отделена при изгаряне на горивото. Температурната разлика между постъпващия и изходящия въздух е от порядъка на 40 оС. Коефициентът на полезно действие е в границите на 85 - 90 %.
Принципът им на работа е сравнително елементарен. Въздухът се загрява, обтичайки горивната камера на агрегата и сноп от димогарни тръби, след което директно или по система от въздуховоди се подава в отопляваното помещение. Отделените димни газове чрез димоотвод се отвеждат извън отопляваното помещение и се изхвърлят в атмосферата. Начинът на разпределение на топлия въздух в помещението зависи от изпълнението на агрегата - хоризонтално или вертикално. Ефективността на агрегатите, както и надеждността им на работа, зависят преди всичко от качествата на топлообменника и материалите, от които е изработен. Сред най-често използваните материали са стоманени безшевни тръби.
Топловъздушните агрегати не се отличават със специални изисквания към монтажа, като не се налага използване на фундаменти за монтаж. Могат да се разположат както вътре в помещението, така и в непосредствена близост до него.
Предлагат се и агрегати с автономно отопление, което се осъществява без намесата на човека.

Пресмятане на броя топловъздушни агрегати
База за избор на топловъздушен агрегат са наличните енергийни източници. В работни помещения, за които е характерно протичане на взриво- и пожароопасни технологични процеси, не се допуска монтаж на топловъздушен агрегат.
Броят на агрегатите na се определя от необходимата топлинна мощност Qп.т, при изчислителни условия, и мощността Qa на един агрегат, която се задава от производителя на съоръжението и се посочва в техническата документация. Различни режими на снабдяване на помещенията със свеж въздух се реализират чрез монтиране на допълнителни вентилатори. Топлината, необходима за загряване на външния въздух до необходимата за помещението температура, се отчита в стойността на Qп.т. За определяне на броя на агрегатите се използва същият израз, както при въздухоотоплителните апарати, а именно: na  = Qп.т / Qa . Различната входяща температура на въздуха в агрегата не оказва значително влияние върху мощността на отделните топловъздушни агрегати, поради високата температура на горивния процес.

Използване на акумулиращи блокове
Сред използваните технически решения за реализиране на местно топловъздушно отопление са и т. нар. акумулиращи блокове. Те представляват акумулиращо ядро, изработено от твърд материал, което се нагрява до температура от порядъка на 500 - 650 °С. В ядрото се изработват канали, в които се монтират електрически съпротивителни нагреватели. Въздухът в отопляваното помещение се засмуква от вентилатор, след което, преминавайки през каналите на ядрото, се загрява. Топлинната мощност на акумулиращия блок се регулира безстъпално, чрез промяна на дебита на вентилатора. Напълно логично, температурата на изходящия въздух е функционално свързана с температурата на ядрото.