10800

31

большей степени подвержены внутренней коррозии, поэтому их следует применять в закрытых системах теплоснабжения. Их металлоемкость меньше металлоемкости чугунных радиаторов почти в 3 раза.

Теплоотдача радиаторов ПОВ 2.0 меньше в среднем на 1,2%, масса больше на 4%. Ёмкость теплоносителя 4,7 л/кВт.

В последние годы начато производство алюминиевых отопительных радиаторов, имеющих отличительный от чугунных радиаторов более привлекательный дизайн.

Радиаторы типа РС (в разборном варианте) и РН (в неразборном варианте) разной высоты, выпускаемые АО «Ступинский металлургический завод», состоят из прессованных коллекторов и секций сравнительно малой глубины (80мм) из антикоррозийного алюминиевого сплава. Секции и коллекторы радиатора типа РС соединяются с помощью специальных ниппелей и стяжных болтов, типа РН – изготавливаются методом горячего прессования, что позволяет применять их при большем рабочем давлении. Прессованные радиаторы в отличие от литых имеют гладкую внутреннюю поверхность секции, что позволяет устанавливать их при использовании любой воды без фильтров предварительной очистки. Металлоемкость радиаторов зависит от расстояния между коллекторами и изменяется от 11 кг (высотой до 500 мм) до 21кг (высотой 2500 мм) на 1 кВт.

Расчётная поверхность нагрева радиаторов с учетом полезной теплоотдачи открыто проложенных труб определяется по зависимости:

FР = FПР – F ТР (2.9)

Количество секций отопительного прибора равно:

где: fС – площадь теплообмена одной секции м2;

β2 – поправочный коэффициент, учитывающий способ установки нагревательного прибора, при стандартной установке β2 = 1;

β3 – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в приборе: при

32

3 – 15 шт. β3 = 1; при 16 – 20 шт. β3 = 0,98; при 21 – 25 шт. β3 = 0,96;

2.4. Регулирование теплоотдачи отопительных приборов

Регулирование теплоотдачи нагревательных приборов возможно несколькими методами:

-качественный метод;

-количественный метод;

-прерывистое регулирование;

-изменением поверхности нагрева отопительных приборов. Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при

постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей.

Количественное регулирование теплоотдачи отопительных приборов проводится изменением расхода теплоносителя при постоянной поступающей в прибор температуре.

Качественно-количественное регулирование выполняется путем совмест-

ного изменения температуры и расхода теплоносителя.

Прерывистое регулирование достигается периодическим отключением системы отопления, т.е. пропусками подачи теплоносителя (регулирование пропусками).

В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование выполняется на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства зданий. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На предприятиях преобладающим может быть технологическое теплопотребление.

Групповое регулирование проводится в центральных тепловых пунктах (ЦТП) для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуе-

33

мые расход и температура теплоносителя, поступающего в здания.

Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом индивидуальных местных факторов.

Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у нагревательных приборов систем отопления и дополняет другие виды регулирования.

В паровых системах отопления качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение температуры пара в большом диапазоне требует значительного изменения давления. Центральное регулирование паровых систем отопления проводится в основном количественным методом или путем пропусков. Однако периодические отключения приводят к неравномерному прогреву нагревательных приборов и к заполнению систем воздухом. Наиболее эффективным является местное или индивидуальное количественное регулирование.

В состав системы отопления входят: отопительные приборы, трубопроводы, арматура и коллекторы.

Отопительные приборы по типу теплопередачи можно разделить на три группы:

1Радиационные (потолочные панели, лучистое отопление). Теплопередача осуществляется на 100% – излучением.

2Конвективно-радиационные (секционные и панельные радиаторы, регистры из гладкоствольных труб). Радиаторы бывают чугунные, алюминиевые, биметаллические, стальные панельные. Теплоотдача осуществляется на 50% конвекцией, на 50% излучением.

3Конвективные (конвекторы с кожухом или без, регистры из ребристых труб). 70% - конвекция, 30% - излучение.

По конструкции различают отопительные приборы:

1.секционные;

2.панельного типа;

3.регистры из гладких или ребристых труб.

Присоединение трубопроводов к отопительным приборам может быть

34

одностороннее (стояки 1 и 2 на рис. 1.45) и разностороннее (стояк 3 на рис. 1.45). Подающий трубопровод всегда подключается к верхнему патрубку, обратный – к нижнему.

Допускается монтировать приборы на сцепке, но не более двух. Нерационально использовать отопительные приборы с числом секций более 14.

Трубопроводы систем отопления следует проектировать из стальных, медных, латунных и полимерных (в том числе металлополимерных) труб, разрешенных к применению в строительстве. Системы отопления проектируют и монтируют, как правило, из стальных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262-75, стальных труб по ГОСТ 10704-91, полипропиленовых труб, армированных алюминием – PN20 ( выдерживают давление до 20 атм. или 2 МПа), PN25 (например трубы Ecoplastik Therm завода Wavin Ecoplastik, Чехия).

Способ прокладки трубопроводов систем отопления должен обеспечивать легкую замену их при ремонте. Замоноличивание труб без кожуха в строительные конструкции допускается:

−в зданиях со сроком службы менее 20 лет;

−при расчетном сроке службы труб 40 лет и более.

При скрытой прокладке трубопроводов следует предусматривать люки в местах расположения разборных соединений и арматуры. Прокладка трубопроводов из полимерных труб должна предусматриваться скрытой: в полу, плинтусах, за экранами, в штробах, шахтах и каналах; допускается открытая прокладка в местах, где исключается их механическое, термическое повреждение и прямое воздействие ультрафиолетового излучения на трубы.

Арматура в системах отопления используется запорная, в т.ч. спускная для воды (в нижних точках системы) и воздуха (в верхних точках системы), обратная – устанавливается после насосов и счетчиков и регулирующая – на подающих патрубках перед отопительными приборами для регулирования расхода теплоносителя или на распределительных трубопроводах (стояках, горизонтальных ветках, у коллекторов) для наладки гидравлического режима системы. См. рис. 1.45.

35

2.5. Особенности расчёта, проектирования и конструирования систем лучистого отопления производственных помещений

Наиболее распространенной системой отопления производственных помещений является водяная система отопления [5-11, 21-27]. Но практика показывает, что в большинстве случаев такая система не способна эффективно обогревать, и в некоторых производственных помещениях применение водяной системы отопления приводит к перерасходам тепловой энергии.

К таким помещениям можно отнести: помещения периодического и кратковременного использования; помещения, площадь которых используется частично, помещения значительной высоты, а также террасы и открытые площадки [27]; помещения, удаленные от тепловых сетей. Перечисленные помещения составляют значительную часть производственных помещений

[21-24].

В этих помещениях могут применяться альтернативные системы отопления - воздушная система отопления, система лучистого отопления с помощью тепловых труб, система лучистого отопления с помощью высокотемпературных «светлых» и «темных» излучателей [33-35, 42-44].

При воздушной системе отопления в помещение подается теплый воздух, который нагревается в теплогенераторе. Источником теплоты может быть природный газ, промежуточный теплоноситель, электрическая энергия. Такие системы отопления требуют дополнительных затрат электроэнергии на перекачку воздуха, имеющего низкую теплоемкость и плотность. Также при воздушной системе отопления наблюдается повышенный градиент температуры по высоте помещения. Это приводит к значительным перерасходам теплоты.

Наиболее эффективным и экономически выгодным в этом смысле является лучистый способ отопления, то есть передача тепловой энергии от теплогенератора к объекту посредством излучения. С этой точки зрения наиболее эффективны системы лучистого отопления, работающие в инфракрасном спектре.

В зависимости от длины излучаемой волны инфракрасные отопительные

36

приборы можно поделить на три типа: 1) коротковолновые (0.77-15 мкм), 2) средневолновые (15100 мкм), 3) длинноволновые (100420 мкм).

По температурным уровням поверхности излучения инфракрасные излучатели могут классифицироваться следующим образом:

-«светлые» высокотемпературные (t изл > 1000 o C); -«светлые» среднетемпературные (800 < t изл < 1000 o C); -низкотемпературные каталитические (600 < t изл < 800 o C); -«тёмные» (400 < t изл < 600 o C);

-«субтёмные» (200 < t изл < 400 o C).

По видам энергоносителей инфракрасные излучатели классифицируются на: 1) электрические, 2) газовые, 3) жидкотопливные.

Вне зависимости от вида используемого энергоносителя принципы работы систем инфракрасного отопления остаются неизменными, однако техни- ко-экономические показатели и условия комфортности однозначно свидетельствуют в пользу «темных» систем газового лучистого отопления (ГЛО).

В ленточной системе лучистого отопления с помощью тепловых труб теплоносителем служат продукты сгорания [14, 33-35]. Главным преимуществом таких систем отопления является то, что в качестве топлива может использоваться любой горючий материал: газ, мазут, уголь, промышленные отходы, и т.п. Эти системы имеют низкую тепловую инерцию, не размораживаются. Недостатком таких систем является относительно низкий коэффициент теплоотдачи от излучающих труб, что становится причиной повышения площади излучающей поверхности, перегрев части помещения, в которой расположен теплогенератор, невозможность организации локального обогрева и создания различных температурных зон в помещении.

Принцип действия модульных инфракрасных излучателей такой же, как у ленточной системы лучистого отопления, и состоит в том, что высокотемпературные продукты сгорания природного газа циркулируют внутри тепловых труб, которые имеют относительно короткую длину по сравнению с ленточными тепловыми трубами. То есть с помощью модульных инфракрасных

37

излучателей возможна организация локального обогрева и создания различных температурных зон в отапливаемом помещении. Но, ввиду необходимости размещения множества модульных излучателей, возрастает и стоимость самой установки системы ГЛО.

В системе лучистого отопления с помощью высокотемпературных излучателей газ подается в горелки, где сгорает, разогревая излучаемый насадок. В отличие от газового факела, излучаемый насадок большую часть теплоты сгорания газа превращает в излучение. Поток инфракрасного излучения попадает в помещение, обогревая его. Тепловое излучение попадает прямо на человека, давая возможность уменьшить температуру воздуха и внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Воздух нагревается путем конвекции от облученных внутренних поверхностей помещения, и потому он прохладнее их [42-44]. Это вызывает уменьшение роста температуры по высоте помещения. Небольшие поверхности высокотемпературных излучателей не загрязняются промышленной пылью или волокнами. Улучшается аэродинамический режим помещения. Высокотемпературные излучатели имеют следующие недостатки: попадание продуктов сгорания в помещение, что определяет необходимость его активной вентиляции; большая неравномерность теплового потока по площади и высоте помещения.

Высокотемпературное лучистое отопление лучше всего подходит для производственных помещений периодического использования; помещений, площадь которых используется частично; а так же помещений с непостоянным присутствием людей

Схемы и основные элементы систем лучистого отопления

Конструкция газовой «светлой» инфракрасной горелки показана на рис. 2.11, а). Принцип работы горелки такой: сжиженный или природный газ выходит с большой скоростью из сопла и инжектирует необходимое количество воздуха. Газовоздушная смесь поступает в распределительную камеру. Там ее давление выравнивается, и она равномерно выходит сквозь отверстия насадка. На поверхности насадка в тонком (толщиной 1-1.5 мм) слое происходят

38

процессы горения, разогревающие насадок до температуры 800-1000 ° С. Излучаемый насадок может быть металлическим, керамическим (пористым или перфорированным с цилиндрическими или щелистыми каналами, рис. 2.11, б), специальной конструкции для каталитического сжигания газа.

Для керамического излучаемого насадка чаще всего используют перфорированные керамические плитки размерами 45x65x12 мм или 47x69x15 мм, спрессованные сухим способом из специальной выжженной керамической массы. Серийно выпускают керамические плитки с диаметром каналов 1.55- 0.80 мм. Для увеличения лучистой теплоотдачи над керамикой устанавливают жароупорную сетку-экран. Для сетки-экрана применяется нихромовый жаропрочный провод, как наиболее стойкий к действию высокой температуры. Нормальная тепловая нагрузка на одну стандартную плитку равняется 470 Вт. Отклонение от этой величины зависит от диаметра отверстий и живого сечения плитки, а также от химического состава керамической массы.

39

Рис 2.11. “ Светлая” горелка инфракрасного излучения: а) конструкция горелки с металлокерамическим насадком: 1 - сопло, 2 - диффузор, 3 - распределительная камера, 4 - керамические плитки, 5 - металлическая предохранительная сетка; б) керамические насадки: с внезапным расширением (слева), перфорированный (справа)

Использование металлических насадков обусловлено явлением резкого роста излучаемой способности металла при повышении его температуры свыше 300 ° С. Металлические насадки изготовляют из жаропрочной хромникелевой сетки. Горение происходит в промежутке между двумя сетками, которые накаляются и становятся источником инфракрасного излучения. Размер отверстий нижней сетки должен быть меньше критического диаметра (0.80 мм для природного газа), чтобы пламя не проскакивало к распределительной камере. Для верхней сетки применяются отверстия с размерами 2x2 или 5x5 см.

Существует целый ряд разных типов газовых инфракрасных излучателей

40

с керамическими, металлическими и металлокерамическими насадками. Каталитическое сжигание газа основано на явлении снижения темпера-

туры газового факела без уменьшения полноты сгорания топлива при внесении в зону горения ряда веществ, таких как платина, палладий, окиси хрома, марганца, меди, железа [24]. Температура излучаемого насадка при каталитическом сжигании газа равняется 400-600 ° С. Вследствие этого уменьшаются потери тепла с продуктами сгорания, обеспечивается полнота сжигания газа в широком диапазоне тепловых нагрузок, бесшумность работы горелки, высокий лучистый к.п.д.

Современный ленточный газовый отопительный прибор (“ темного” длинноволнового излучения) представляет собой трубу диаметром 100-200 мм (рис. 2.12). Топливо сгорает в теплогенераторе 1, продукты сгорания вентилятором подаются в теплоизлучающие трубы 2 и нагревают помещение преимущественно лучистым тепловым потоком. Для уменьшения конвективной теплоотдачи над трубами крепится теплоизолированный рефлектор из полированной стали (разрез А-А). Дымовые газы, проходя через утилизатор 4, отводятся наружу, отдавая свою теплоту воздуху, поступающему на горение топлива. Это делается для повышения эффективности работы ГЛО. Вся конструкция подвешивается под крышей внутри здания.

В качестве теплоизлучателей используют стальные трубы, обработанные специальным термостойким покрытием с высокой степенью черноты (до 0.92-0.97), которое позволяет смещать спектр излучения в сторону инфракрасного. Протяженность излучающих тепловых труб ленточных систем ГЛО может достигать 300 м, а мощность теплогенератора до 200 кВт.