2536
.pdf
Газовая смесь продуктов сгорания, выходя после горелки с высокой температурой, нагревает огнеупорные керамические насадки 6 до температуры 850 0С, которые нагревают излучатель 1 из нержавеющей стали, передающий теплоту излучением в рабочую зону помещения в виде инфракрасных лучей.
Общая экономия затрат на обогрев помещения достигает 70 % по сравнению с традиционной системой конвективного отопления. Рассматриваемые системы в отличие от других систем отопления обогревают площади, а не объем помещения. Поверхности излучения отдают теплоту воздуху, нагревая его только в рабочей зоне.
В отличие от традиционных систем газовые системы лучистого отопления не требуют теплотрасс, радиаторов, бесшумны в работе, безопасны и надежны, работают в автоматическом режиме, обеспечивают зональное отопление, быстро прогревают помещение, поддерживают оптимальную температуру воздуха в рабочей зоне, обеспечивают снижение температуры воздуха до 3-5 0С без нарушения комфорта.
Отопление высоких и больших по объему помещений традиционным тепловоздушным способом является неэкономичным, т.к. большая часть нагретого воздуха поднимается вверх, что приводит к дополнительным теплопотерям через перекрытия, стены, световые проемы и световые фонари в верхней зоне.
Для отопления зданий применяются приборы газового лучистого отопления, которые выпускаются как в России, так и за рубежом. Например, совместные Российско-Германские предприятия ООО «Мегашванк», ООО
«Мегагрупп», ООО «Альянс Экспо Ком» и др.
Общий вид и схема размещения приборов газового лучистого отопления показаны на рис.13.20.
Рис. 13.20. Общий вид и схема размещения отопительных приборов газового лучистого отопления (начало)
101
Рис. 13.20. Общий вид и схема размещения отопительных приборов газового лучистого отопления (продолжение)
102
Рис. 13.20. Общий вид и схема размещения отопительных приборов газового лучистого отопления (окончание)
За рубежом применяются уличные инфракрасные газовые обогреватели, предназначенные для локального обогрева открытых площадок, веранд, уличных кафе и т.д. (рис. 13.21, 13.22).
Рис. 13.21. Общий вид уличных инфракрасных газовых обогревателей
Инфракрасные газовые обогреватели (рис. 13.22) состоят из цилиндрического корпуса 1, в котором размещается баллон для сжиженного газа (объемом на 27 литров), стойки 2, внутри которой проходит шланг, соединяющий газовый баллон с газовой горелкой 3, размещенной под зонтом 4, который предназначен для отражения лучистой энергии. В нижней части зонта имеется цилиндрическая сетка, на которой крепится блок ручного управления 5. Вся конструкция выполнена из нержавеющей стали.
Инфракрасные лучи, отраженные от отражателя, нагревают не воздух, а людей и предметы. Обогреватель дает возможность находиться людям в прохладное время года за городом, на дачном участке, на спортивных площадках, в парках и садах. Размещение и тип горелок (излучателей),
103
число рядов, расстояние между излучателями, высота расположения над полом, угол наклона определяются по справочнику и паспорту завода-из- готовителя.
Рис. 13.22. Общий вид установки уличного инфракрасного газового обогревателя
Пример 13.1. Определить теплопроизводительность системы отопления и количество отопительных приборов (газовых инфракрасных горелок)
104
для комнаты отдыха, находящейся на втором этаже ресторанного комплекса. Район строительства – г. Брянск.
Размеры помещения 8 5 3,3. Известны следующие данные: кратность инфильтрационного воздуха 1,1/ч; расчетная температура воздуха в помещении 20 оС; теплопотери помещения с учетом теплопотерь на нагрев инфильтрационного воздуха: Qтп+Qи=1650+1500=3150 Вт; внутренние тепловыделения от дежурного отопления, технологического оборудования
и людей Qвн=1450 Вт.
Используем в качестве отопительных приборов газовые инфракрасные горелки марки ГИИ-15 с известными характеристиками: номинальная тепловая мощность qгаз=14500 Вт; теплопроизводительность qизл=13800 Вт.
Общий КПД = 95 %, лучистый КПД=35 %. Решение
1. Теплопроизводительность системы лучистого отопления Qот, Вт, вычисляется по формуле
Qот=с (Qтп+Qи – Qвн), |
(13.1) |
Qот=1,08 (3150 – 1450)=1840 Вт.
где Qтп – теплопотери помещения, Вт;
Qи – расход теплоты на нагрев инфильтрующегося и приточного воздуха, Вт;
Qвн – тепловыделения в помещении от дежурного отопления, технологического оборудования и людей, Вт.
с– поправочный коэффициент, характеризующий снижение расхода теплоты на отопление помещения при лучистом
отоплении.
Значение поправочного коэффициента с определяется по графику (рис. 13.23) в зависимости от показателей Р и М, согласно СТО НП «АВОК» 4.1.5-2006 «Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями», приложение В, рисунок В1.
Показатель Р рассчитывается по формуле
Р=Кр – (3 Qвн)/(А В Н (tв – tн)), |
(13.2) |
Р=1 – (3 1450)/(8 5 3,3 (18+27))=0,27,
где Кр – кратность инфильтрационного воздухообмена, 1/ч; А,В,Н – соответственно длина, ширина и высота отапливаемого
помещения, м;
tв – расчетная температура внутреннего воздуха ниже уровня установки излучателя, оС;
tн – расчетная температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, °С
105
Рис. 13.23. Определение поправочного коэффициента с для расчета теплопроизводительности системы
Показатель М определяется по формуле |
|
М=М' (ηиз/0,6), |
(13.3) |
М=2,25 (0,35/0,6)=1,3, |
|
где ηиз – лучистый КПД инфракрасной горелки. |
|
М' вычисляется по формуле |
|
М'=(В Квз)/(Н Кнз), |
(13.4) |
М'=(5 0,4)/(3,3 0,27)=2,25,
где Квз, Кнз – средневзвешенные по площадям отдельных элементов наружных ограждений коэффициенты теплопередачи для зон помещения, расположенных соответственно выше и ниже уровня подвески излучателей, Вт/(м2 °С).
КВз =(ΣКвзi Fвзi)/ΣFвзi, |
(13.5) |
Квз=(40 0,18+(2 3,8) 2+(13 2,7) 0,27)/(40+2 3,8+13 2,7)=0,4 Вт,
Кнз=(ΣКнзi Fнзi)/ΣFнзi, |
(13.6) |
Кнз=(0,35 13 0,27)/(0,35 13)=0,27 Вт;
здесь Квзi, Кнзi – коэффициенты теплопередачи i-го участка наружных ограждений соответственно выше и ниже уровня установки излучателей, Вт;
Fвзi, Fнзi – площадь i-го участка наружных ограждений соответственно выше и ниже уровня установки излучателей, м2.
По показателям Р и М по рис. 13.23 определяем с=1,08.
106
2. Находим количество инфракрасных горелок n в зависимости от их тепловой мощности Qгаз, Вт, по формуле
n=Qот/(Qизл ηобщ), |
(13.7) |
n=1840/(13800 0,95)=0,14≈1.
Рекомендуется установить в комнате отдыха один отопительный прибор (инфракрасная колонка).
Горелка подключается к газовому трубопроводу жестко или с помощью гибкого соединения, имеющего разрешение к применению. И в том, и в другом случае горелка не должна крепиться к газовой трубе.
Максимально допустимый угол наклона горелки составляет 60 градусов от вертикального направления излучения. Монтажное положение блока автоматики – вертикальное.
Горелки должны располагаться таким образом, чтобы в зоне излучения, по всей обогреваемой площади, интенсивность излучения была приблизительно одинаковой, а человек не был подвергнут чрезмерно высокому термическому воздействию.
Контрольные вопросы
1.Назовите классификацию систем местного газового отопления: теплоемких и нетеплоемких печей; газовоздушных теплообменников; газовоздушного лучистого отопления.
2.Зачем в нижней части двери помещения, в котором установлены газовые водонагреватели и другие газовые отопительные приборы, предусматривают решетку или зазор определенной площади между дверью и полом?
3.Для каких целей предусматривают вытяжную вентиляцию в помещениях, где установлены газовые приборы? Из какой зоны помещения (верхней или нижней) необходимо удалять воздух?
4.Укажите преимущества и область применения проточных и рециркуляционных газовоздушных и смесительных теплообменников.
5.Укажите преимущества, область применения и основные элементы конструкций приборов газовоздушного лучистого отопления.
6.Постройте график изменения температуры воздуха по высоте помещения при лучистом и конвективном отоплении и проанализируйте изменение температуры с точки зрения преимуществ и недостатков рассматриваемых систем отопления.
7.Дайте характеристику системы газового лучистого отопления с точки зрения обеспечения комфортных условий для человека и требуемых технико-экономических показателей.
8.Расскажите о преимуществах и недостатках применения установок лучистого инфракрасного газового обогревателя.
9.Какие главные исходные данные используются при расчете и подборе приборов газовоздушного отопления?
107
14. СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
14.1. Общие сведения
Запасы традиционного топлива – каменного угля, нефти, природного газа – постепенно истощаются. Кроме того, нефть и газ являются хорошим сырьем для многих отраслей химической промышленности. Поэтому возрастает необходимость более широко применять возобновляемые первичные (природные) и вторичные (технологические) источники теплоты.
Еще в Древней Греции, Древнем Риме, Китае солнечная энергия использовалась для отопления городов в холодный период. Улицы городов были ориентированы с севера на юг и с востока на запад. В Древнем Риме в I в. н.э. солнечное излучение использовали для обогрева не только жилых домов, но и, например, бань. Тогда же начали применять аккумулирование теплоты в полу и подполье. Производство солнечных водонагревательных установок началось в 1890 г. в Великобритании и США.
Солнечная радиация – это излучение, состоящее из видимых (световых) и невидимых (ультрафиолетовых и инфракрасных) лучей с длиной волны 0,4…2,0 мкм. Мощность потока солнечной энергии у верхней границы атмосферы составляет около 1,7 1014 кВт, а на поверхности Земли достигает 1,05 1014 кВт При этом на долю ультрафиолетовых лучей приходится 9 %, световых – 41 %, инфракрасных – 50 %.
Недостатками солнечного излучения как энергоресурса являются низкая плотность (200…1000 Вт/м2), периодичность и неустойчивость поступления. Годовой поток солнечного излучения в северном полушарии составляет от 550 кВт ч (на 1 м2 горизонтальной поверхности ) на 68 с.ш. до 1900 кВт ч на 39 с.ш. Без экологического ущерба для окружающей среды может быть использовано до 1,05 % всей поступающей солнечной энергии. При прохождении через атмосферу часть прямых лучей (под влиянием водяных паров, пыли и др.) рассеивается.
От 10 до 50 % поступающей на Землю солнечной энергии можно преобразовать в электрическую или тепловую энергию с помощью гелиоустановок. Очевидно, что количество получаемой энергии зависит не только от географического положения объекта, но и от числа солнечных дней в году, чистоты атмосферы, высоты расположения объекта над уровнем моря. Гелиоустановки для преобразования солнечной энергии могут работать при температуре наружного воздуха до –18 С.
Для периода, когда температура становится ниже указанного предела, предусматриваются дежурные системы традиционного отопления. При использовании солнечной энергии для отопления зданий можно в среднем ожидать уменьшения расхода топлива на 15…25 % в год. Гелиоустановки воспринимают солнечную энергию, преобразуют ее в тепловую (или элек-
108
трическую), которую аккумулируют и сохраняют, а потом отдают ее пользователю.
Совокупная мощность работающих во всем мире установок, использующих энергию солнца, достигает 130 ГВт, что соответствует 20 крупным атомным станциям.
В системах солнечного отопления (ССО) в качестве теплоисточника используется энергия солнечной радиации, улавливаемая посредством теплоприемника и преобразуемая в тепловую энергию.
По способу использования солнечной радиации ССО подразделяются на пассивные и активные.
14.2.Пассивные системы солнечного отопления
Впассивных ССО элементом, воспринимающим солнечную радиацию и преобразующим её в тепло, служит само здание или его отдельные ограждения (стена, кровля) (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Пассивная низкотемпературная система солнечного отопления «стена – коллектор»:
1 – солнечные лучи; 2 – лучепрозрачный экран; 3 – воздушная заслонка; 4 – нагретый воздух, подаваемый в помещение; 5 – охлажденный воздух из помещения; 6 – собственное длинноволновое тепловое излучение массива стены; 7 – черная лучевоспринимающая поверхность стены; 8 – жалюзи
В системе «стена – коллектор» солнечные лучи, проходя через лучепрозрачный экран 2, поглощаются черной поверхностью стены 7 и преобразуются в теплоту. Теплота от массива теплоаккумулирующей стены
109
конвекцией передается воздуху помещения через воздушную заслонку 3. Охлажденный воздух 5 поступает в зону нагрева снизу через заслонку у пола помещения. Регулирование потоков теплоты осуществляется с помощью заслонок 3 и жалюзей 8.
Для повышения эффективности работы систем «стена – коллектор», «здание – коллектор» лучевоспринимающие поверхности располагают на южном фасаде.
При расчете ССО «стена – коллектор» определяют площадь поверхности стены Аст, м2, и площадь световых проемов Аок, м2, для конструкции «здание – коллектор».
Если тепловой мощности ССО недостаточно, тогда в здании устанавливают дополнительные теплоисточники.
Рассмотрим другие вопросы пассивного солнечного отопления с различными теплоаккумуляторами.
Вместо стены коллектора можно использовать емкость с водой.
Солнечный коллектор-аккумулятор Бакли
Рис. 14.2. Коллектор-аккумулятор Бакли, встроенный в южный фасад дома в разрезе
В 1974 г. Шон Бакли из Массачусетского технологического института изобрел особую конструкцию стены Тромба, представляющую собой наполненную водой емкость, способную не только поглощать, хранить и отдавать в помещение полученное тепло, но также не излучать его в окружающую среду.
Имеются разработки с теплоаккумуляторами, наполненными щебнем или галькой (рис. 14.3, 14.4).
110