Топловъздушно или лъчисто отопление
Начало > ОВК > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 1, 2010
Част I. Предимства и недостатъци на топловъздушни системи за отопление на индустриални обекти
За индустриалните и производствените помещения изборът на подходящо отопление е въпрос не само на осигуряване на комфортен и благоприятен микроклимат за работещите в помещението, но и фактор, оказващ съществено влияние при формиране на енергийните разходи на едно предприятие като цяло. В някои приложения, оперативните разходи на една отоплителна система формират немалка част от общите енергийни разходи на конкретния завод. Затова и стремежът е насочен към ограничаване на разходите за отопление, което обаче не бива да става за сметка на комфорта на работещите. По тези причини коректният избор на отоплителна система, която да бъде достатъчно ефективна и като възможности за постигане на оптимален микроклимат, и като разход на енергоносители е от изключителна важност. Още повече, че чрез подходящ избор на отоплителна система е възможно постигането на значителни икономии не само на финансови средства и енергийни ресурси, но и на труд.
Защо традиционните системи са неефективни в индустрията?
Спецификите на индустриалните помещения, към категорията на които се отнасят различни като предназначение цехове, складове, хангари, гаражи и т.н. налагат известни ограничения при избора на система за отопление. Те са свързани както с характеристиките на самото помещение, така и с особеностите на протичащия производствен процес. Подобни помещения се характеризират с голяма площ и значителна височина на тавана, който може да достигне до повече от 20 метра над пода. На територията на промишлените помещения обикновено са разположени специфично оборудване и са прокарани различни комуникации. Сред факторите, които е необходимо да се вземат предвид при избора на отоплителна система са и спецификите на протичащите производствени процеси, организацията на работа, предназначението на помещението и много други.
Обикновено, естеството на процесите в индустриалните помещения налага поддържане на специфични параметри на микроклимата като температура, влажност и степен на запрашеност на въздуха. Необходимо е също спазването на определени хигиенни норми, както и на нормите за пожаро- и взривобезопасност и други. Често срещано е обособяването на няколко отделни работни зони в общо помещение, в които протичат процеси, налагащи поддържане на различни параметри на микроклимата, както и на специфични изисквания по отношение на влажност и запрашеност на въздуха.
От друга страна, на фона на голямата височина на тавана, работната зона, която е необходимо да бъде отоплявана е не повече от два метра от пода. Затова и традиционно използваните за отопление на битови сгради системи са неефективни в областта на индустрията. Сред доказалите се технически решения в областта са топловъздушното или лъчистото отопление с инфрачервени излъчватели.
Приложимост на топловъздушното отопление
Отличителна характеристика на топловъздушното отопление е използването на въздуха като топлоносител. В промишлени помещения този вид отопление се реализира чрез използване на големи промишлени агрегати, които се монтират върху покрива на помещението или в близост до неговите стени. Загретият в агрегата въздух се разпределя по системи от въздуховоди. Чрез въздухоразпределителни устройства той се подава в отопляваното помещение, където отдава акумулираната в него топлина, смесвайки се с вътрешния въздух. Разполагането на въздухоразпределителните устройства в ограждащата конструкция и отсъствието на разпределителна мрежа освобождава пространство в работната зона. При разполагането на въздухоразпределителните устройства се цели постигане на равномерно разпределение на топлината на голяма площ от помещението.
Обща система за отопление, вентилация и климатизация
Топловъздушните отоплителни системи с централен топловъздушен агрегат са много подходящо решение за отопление на помещения, за които има повишени изисквания към параметрите на въздушната среда. Сред основните предимства на топловъздушното отопление е лесното му съвместяване със система за вентилация и климатизация. По този начин в обща инсталация се обединяват три принципно самостоятелни системи, което води до значително намаляване на финансовите разходи. С подобна система успешно се контролира не само температурния режим, но и качеството на въздуха. Използването на допълнително оборудване, като овлажнители или електронни филтри, дава възможност да се поддържа и точно определен микроклимат в помещението.
Затова и въздушното отопление е предпочитано техническо решение за помещения, към които има повишени санитарно-хигиенни изисквания по отношение на въздушната среда. При коректно проектирана топловъздушна отоплителна система се постига благоприятно въздействие върху здравето на хората, тъй като се осигурява свеж и влажен въздух.
Комбинирането на отоплителната, вентилационната и климатичната инсталация позволява използването на една система както за отопление през студения период на годината, така и за охлаждане през топлите месеци. Свойството на горещия въздух бързо да загрява помещението превръща топловъздушното отопление в подходящо решение за осъществяване на периодично отопление, например.
Възможности на местното топловъздушно отопление
Друго често използвано решение е ограничаването на радиуса на действие на топловъздушното отопление до едно помещение. В подобни случаи се използват местни въздухоотоплителни апарати или агрегати, които се разполагат равномерно в цялото помещение. Местното топловъздушно отопление се приема за много подходящо при големи като обем помещения, с ниски изисквания по отношение на вентилацията. Доказано решение е в случаи, при които реализацията на комбинирана система за топловвъздушно отопление и вентилация би се оказала нецелесъобразна или не се предвижда организация на механична вентилация, а за осигуряването на пресен въздух се разчита на естествена такава. Най-общо казано, местното топловъздушно отопление е подходящо и предпочитано решение при помещения с голяма височина и обем.
Използването на местно топловъздушно отопление обаче, е подходящо основно за помещения, в които не се отделят вредни вещества, тъй като в повечето случаи тези апарати са предназначени за работа с рециркулационен въздух. Не се препоръчва използването на въздухоотоплителни апарати и в помещения, в които се отделят пожаро- и взривоопасни смеси.
Използват междинен топлоносител за нагряване на въздуха
Характеристика на въздухоотоплителните апарати е използването на междинен топлоносител за нагряване на въздуха до необходимата температура. В това качество обикновено се използва вода, която се загрява в котелна инсталация. Този факт до известна степен приближава местното топловъздушно отопление до водните отоплителни системи. Съответно и причините, поради които водните системи се приемат като неефективни за отопление на промишлени помещения, се отнасят и до местното топловъздушно отопление. Използват се и апарати, работещи с пара или воден разтвор на етилен гликол.
Сред недостатъците на местното топловъздушно отопление е и генерираният при работата на въздухоотоплителните апарати аеродинамичен и механичен шум. По тази причина и предвид съществуващите норми за допустим шум на работното място, в съответствие с европейските изисквания, в близост до постоянни работни места не се монтират апарати. Препоръчително е те да се разпределят равномерно в цялата работна зона като се спазва условието да се монтират в близост до външни стени или до колоните на помещението. Използването им е свързано със създаване на значителен градиент на температурата в различните зони на помещението.
Местно топловъздушно отопление може да се реализира и чрез използване на топловъздушни агрегати, при които въздухът се нагрява за сметка на изгарянето на течно или газообразно гориво. Сред често прилаганите съоръжения са топловъздушните агрегати, които могат да работят с пресен и/или с рециркулационен въздух. Те имат компактна конструкция и голяма топлинна мощност. Характеризират се с малка инерционност, поради бързия топлообмен между въздуха и топлината, отделена в процеса на изгаряне на горивото. Температурната разлика между постъпващия и изходящия въздух е около 40 оС. Коефициентът им на полезно действие обикновено е в границите на 85-90 %.
Системи - с или без рециркулация на въздуха
Използването на системи за топловъздушно отопление дава възможност за реализиране на различни технически решения в зависимост от спецификите на протичащите в помещението процеси. Съобразно наличието и вида на тези процеси, както и с оглед нивото на концентрация на отделяните вредни вещества, необходимият дебит въздух за отопление се взима изцяло от отопляваното помещение, доставя се отвън или се смесва въздух от помещението с пресен.
В помещения, характерни за които са технологични процеси, които протичат без отделяне на вредни вещества, които биха застрашили здравето на работещите, могат да се използват рециркулационни системи. В този случай системата за топловъздушното отопление осигурява поддържане на необходимата температура в помещението, но не доставя пресен въздух за вентилирането му. Разчита се на възможностите на естествената вентилация. Това ограничава приложението им до отопление на производствени помещения с ниски изисквания към вентилацията.
Именно затова използването на топловъздушни системи, работещи с пресен и рециркулационен въздух, е подходящо за помещения, в които не се отделят токсични вещества. Целесъобразно е топловъздушното отопление за тях да се комбинира с вентилация и климатизация на помещението. По този начин се повишава енергийната ефективност на системата и се намаляват експлоатационните й разходи, а в помещението се доставя и необходимият за вентилиране пресен въздух.
Системите за топловъздушно отопление, работещи без рециркулация, са препоръчителни за приложения, характеризиращи се с отделяне на отровни вещества, както и на такива със силна миризма. С тях се осигуряват както добро вентилиране на помещението, чрез подаването на достатъчно количество пресен въздух, така и загряването му, чрез съчетаване на вентилацията с топловъздушното отопление. Естествено следва да се спазва правилото количествата на подавания и отвеждания въздух да са еднакви.
Сравнително ниска първоначална инвестиция
Сред основните причини, определящи широкото приложение на топловъздушното отопление, са сравнително невисоката първоначална инвестиция и ниските експлоатационни разходи. При правилна организация на въздухообмена се постига минимален температурен градиент в работната зона на помещението. Други предимства са висок КПД на системата за въздушно отопление, достигащ до 80% и лесно обслужване. Безпроблемното комбиниране с нагнетателна вентилационна инсталация без големи допълнителни разходи, както и възможността за очистване, охлаждане и овлажняване на въздуха, решава проблема с въздухообмена и климатизацията на въздуха в помещението.
Сред предимствата на топловъздушното отопление са и отсъствието на разпределителна мрежа и постигане на равномерно разпределение на топлия въздух на голяма площ от отопляваното помещение. С този вид отопление се постига бързо затопляне на помещението, като топлият въздух се разпределя в помещението в зависимост от спецификата на производствената необходимост - отопляват се участъци с работните места, а не се затоплят неработните зони. Тъй като отсъстват отоплителни уреди, инсталацията не изисква предоставяне на определен полезен обем от помещението. При необходимост, на по-късен етап, системата може да бъде надградена с допълнителни модули.
Топлинни загуби при топловъздушното отопление
Редица специалисти посочват като основен недостатък на топловъздушното отопление топлофизичните свойства на въздуха като топлоносител. Известно е, че той се отличава с много ниска акумулираща способност, поради което за пренасяне на значителни количества топлина е необходимо преместването на големи въздушни обеми. И ако полезната площ, която вентилационната камера и въздуховодите заемат от помещението не е съществен недостатък, то загубите на електроенергия, необходима за захранване на вентилаторите на въздушната система за отопление са сериозен минус.
Друг съществен недостатък на топловъздушното отопление е свързан с разпределението на топлия въздух в помещението. Работната зона в производствените помещения се явява и реално обитаемата зона. Обикновено тя заема около 20 - 30% от общия обем на помещението. Именно в тези 20 - 30 % е необходимо да се поддържат комфортни условия за работния персонал. Следователно отоплението на въздуха на останалите 70 - 80 %, намиращи се над работната зона се отнася към преките загуби на топлина. Всеизвестно е, че горещата въздушна маса не би могла да се задържи в ниската част на помещението. Тя неизбежно се издига към покрива на отопляваното помещение. Затова покачването на температурата на въздуха от пода към покрива в подобни помещения, оборудвани с въздушна система за отопление, е с около 2,5 °С на метър височина. Това означава, че при сграда с височина 12 метра, ако средната температура на въздуха в работната зона 15 °С, то в подпокривното пространство въздухът е загрят до 40 °С. Подобен прегрев на въздух вътре в сградата води до рязко покачване на топлинните загуби през ограждащите елементи като покрив, стени, фонари и т.н.
Не се използва в помещения с повишена пожароопасност
Характерно за топловъздушното отопление е, че разпределението на нагнетявания в работната зона въздух се осъществява при достатъчно висока скорост на въздуха. Това води до образуване на течения и намаляване на комфорта за сметка на увеличаване на отделяната от човешките тела топлина. Експлоатацията на системи за въздушно отопление в нормален режим налага поддържане на температура на въздуха с 1 - 2 °С по-висока от необходимата, което води до увеличаване на топлинните загуби през ограждащите елементи.
Към основните недостатъци на системата за въздушно отопление могат да се отнесат и опасността от разпространение на вредни вещества, отделяни от технологичното оборудване. В помещения, в които с повишаване на температурата и подвижността на въздуха се увеличава интензивността на изпарение на отровни вещества е възможно създаване на предпоставки за отравяне. Също така в помещения, в които въздушното отопление може да подпомага преноса на вредни вещества от зони с голяма към зони с по-малка концентрация, използването на въздушно отопление е недопустимо. Топловъздушно отопление не се прилага и в производствени помещения с повишена пожароопасност.
Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю с разглеждане на спецификите на лъчистите инфрачервени нагреватели.
Вижте още от ОВК
Новият брой 9/2024
