Висок комфорт и ниски разходи с инфрачервени излъчватели
Начало > ОВК > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 8, 2009
Светли и тъмни инфрачервени лъчисти нагреватели в летищни хангари, пожарни и спасителни служби
Отоплението на голямо габаритни - и като по площ, и като височина, помещения често е много енергоемко. А в редица приложения спецификата на извършваните дейности изисква използването именно на подобни помещения, например летищни хангари, помещения в пожарни и спасителни служби, концертни зали и други. Загряването на въздуха в тях чрез традиционни конвективни системи никак не е ефективно, тъй като са налице големи топлинни загуби. Затова, с цел постигане на значително по-добри икономически резултати при осигуряване на необходимия комфорт, се препоръчва използването на лъчисто отопление, базирано на инфрачервени излъчватели. Сред причините за това е възможността с тях да се осигури равномерно разпределение на температурата на въздуха както по височина, така и в хоризонтална равнина.
По-ниска температура на въздуха при запазване на топлинния комфорт
Както е добре известно, за разлика от съоръженията за конвективно и топловъздушно отопление, инфрачервените излъчватели загряват хората в помещението директно, а не вторично – чрез затопляне на въздушното пространство. Излъчваният от тях поток инфрачервена топлинна енергия, чрез рефлектори, се насочва към отопляваната зона, загрявайки повърхността на пода, монтираното в зоната оборудване и работния персонал. Повишената повърхностна температура на строителните елементи, ограждащи помещението, позволява да се поддържа по-ниска температура на въздуха, при запазване на топлинния комфорт на хората. Нагревните повърхности, разпределени по значителна част от пода или тавана, не затрудняват реконструкцията и модернизацията на помещенията. Запрашеността на помещението е по-малка, вследствие на намалената конвективна подвижност на въздуха.
Сред предимствата на лъчистите отоплителни системи са и краткият период от време, необходим за постигане на топлинен комфорт, както и ниските енергийни разходи, тъй като при предаване на топлина чрез електромагнитни вълни не се налага използването на междинен топлоносител.
В практиката се използват електрически или газови инфрачервени излъчватели
За отопление на самолетни хангари в частност и големи като обем помещения в пожарни и спасителни служби могат да се приложат и двата вида излъчватели. Разликата, очевидно, е в източника на енергия.
При електрическите излъчватели нагряването се осъществява чрез преобразуване на електрическа енергия в топлинна, а при газовите- топлинната енергия се отделя чрез изгаряне на газообразно гориво.
Обикновено предпочитани са газовите инфрачервени излъчватели поради по-високите експлоатационни разходи при използване на електрическа енергия.
Светли газови излъчватели
Използваните газови инфрачервени излъчватели се класифицират основно в две групи - светли и тъмни, или високо интензивни и ниско интензивни. Разделянето е в зависимост от начина на изгаряне на горивото и температурата, до която достига отоплителната площ на излъчвателя.
Високо интензивните газови излъчватели, наричани още светли, представляват разновидност на инжекционните горелки, оразмерени за коефициент на излишък на въздуха a = 1.05. При тях се реализира безпламъчно изгаряне с голямо топлинно натоварване, а основната част от топлината се излъчва в околната среда с дължина на вълните от 2.5 до 6 микрометра. Горивото обикновено е природен газ.
Основни конструктивни елементи на един светъл излъчвател са: смесител, огнеупорна плоча, отражател и запалителна система с вградена защита. Принципът на работа на високо интензивните газови излъчватели се базира на изгаряне на хомогенна горивна смес, съставена от въздух и природен газ, върху излъчваща плоча. Хомогенизирането на сместа се осъществява в ежектора на горелката, а преминалата през отворите на плочата горивна смес изгаря на повърхността й в тънък слой. В процеса на изгаряне, повърхностната температура на плочата се повишава до 850 - 1200 °С. В повечето случаи излъчващата плоча представлява съставна конструкция, изградена от малки плочи, разположени близо една до друга. Отделните плочи се свързват с гъвкави съединения и се монтират към обща метална рамка. Предлагат са огнеупорни плочи от неръждаема стомана и керамика, както и конструкции, позволяващи допълнително разширение. Отражателите обикновено се изработват от полиран алуминий или стомана. Основното им предназначение е да насочват топлината към пода на отопляваното помещение. В повечето конструкции лъчисти отоплители запалителният механизъм е автоматичен, а за да се осигури безопасна работа на системата, в конструкцията на излъчвателя се вгражда и електронен пламъчен детектор.
Ниско интензивни излъчватели
Отоплителното тяло при ниско интензивните инфрачервени излъчватели е изградено от сноп тръби, покрити с топлоизолиран ламаринен кожух. Броят на тръбите в един сноп обикновено е от 2 до 6, всяка с диаметър от 180 до 600 mm. Дължината им се определя в зависимост от формата и размерите на помещението. Загряването е чрез директно изгаряне на газ (пропан-бутан, природен газ) или дизелово гориво. При преминаване на горещия газ през тръбите, те се загряват и излъчват инфрачервена енергия, която директно се насочва към пода на помещението посредством отражатели. След преминаване през излъчвателя температурата на димните газове се понижава до 160 - 250 °С.
Като предимство на ниско интензивните излъчватели е възможно да се посочи фактът, че те позволяват необходимият за горенето въздух да се вземе извън отопляваното помещение. Съществена роля върху ефективната работа на излъчвателите оказват конструкцията на отражателя и разположението на самите излъчватели в помещението.
Елементи на системата
Основни елементи на една система са: инфрачервените излъчватели, разпределителна газопроводна мрежа и комплекс автоматика за запалване, контрол и обезопасяване на горивния процес. Изграждането на системи с инфрачервени излъчватели изключва необходимостта от използване на котли, помпи и топлопреносни мрежи. При топлотехническото оразмеряване на системата се определят мощността, броят и разположението на излъчвателите. Местата за монтаж, височината на окачване и ориентацията се избират с оглед постигане на равномерно облъчване на пода.
Оптималната височина на монтаж - от 5 до 20 м.
От гледна точка на безопасността, инфрачервените излъчватели следва да се поставят на такава височина, че да не създават потенциална опасност от възпламеняване на сравнително лесно запалими материали. Преди да се инсталира системата, е добре да се отчете наличието на движещи се обекти в близост до излъчвателите, както и на материали с ниска температурна устойчивост. Например пластмаси, за които е необходимо да се предвидят допълнителни мерки за защита.
Необходимо е, също така, височината, на която се поставят излъчвателите, да гарантира създаването на комфортни условия. Твърде ниско или твърде високо монтираните излъчватели биха създали чувство за дискомфорт у пребиваващите хора. Разбира се, при определени ситуации се препоръчва излъчвателите да се монтират на по-голяма височина от препоръчителната. От топлотехническа гледна точка се приема, че най-добри технически резултати се постигат при инсталиране на излъчвателите на височина в интервала от 5 до 20 метра над отопляваната повърхност.
Обикновено се препоръчва монтажната височина на тъмните излъчватели да не надвишава 8 m над пода. Не е желателно окачването на тъмни излъчватели непосредствено над работни места или в непосредствена близост до входна врата. При отваряне на вратата се стига до промяна на условията в помещението и поради забавената реакция на излъчвателя пространството около вратата се охлажда за продължителен период от време. Възможно решение при подобни ситуации е комбинация от светли и тъмни излъчватели.
Структуриране на мрежата в клонове
За свързване на отделните излъчватели към разпределителната мрежа от стоманени или медни тръби се използват твърди или гъвкави връзки. Оразмеряването на тръбите е в зависимост от максималния разход на газ. По отношение на структурирането на разпределителната мрежа се препоръчва де се обособят отделни клонове, позволяващи едновременно изключване на група излъчватели. В приложения, в които съществуват технически или икономически пречки пред изграждане на система за дистанционно изключване на всеки излъчвател, се препоръчва разделянето им в няколко групи. Те би следвало да са най-малко две - относителна мощност 30% и 70% спрямо сумарната.
Възможност за експлоатация в режим на общо или зоново отопление, повишава енергийната ефективност на системата и гарантира икономичната й експлоатация поради по-ниския разход на газ. Коефициентът на полезно действие на системите с инфрачервени газови излъчватели достига 90 - 95%.
Недостатъците на системите за отопление с инфрачервени излъчватели се свеждат до високата температура на излъчвателя, както и до необходимостта от вентилация за отвеждане на отпадните продукти от горенето, в редица приложения.
Вижте още от ОВК
Новият брой 6/2024
