Рис. 13.2. Принципиальная схема движения газовоздушных потоков в теплогенераторе: 1 - газовая горелка; 2 - дутьевой радиальный вентилятор; 3 - теплоутилизатор

Преимущества газовоздушного лучистого отопления по сравнению с воздушным отоплением: экономия тепловой энергии за счет уменьшения градиента температуры по высоте помещения, возможность снижения температуры воздуха в рабочей зоне при сохранении условий теплового комфорта, автономность, незамерзаемость, удобство регулирования.

13.3. Газовое лучистое отопление

Отопительными приборами в этой системе отопления являются горелки инфракрасного излучения. Систему лучистого отопления наиболее целесообразно применять в больших помещениях со значительными теплопотерями. Особенно эффективна она при обогревании частично или полностью открытых рабочих площадок (монтажных, сборочных, открытых стоянок автомобилей и т. д.). Небольшие размеры и масса инфракрасных горелок делают их удобными для размещения в отапливаемых помещениях. Их теплопередающая поверхность по площади почти в 10 раз меньше, чем площадь нагревательной поверхности отопительных приборов водяного отопления. Газовое лучистое отопление применяется также в различных сельскохозяйственных и складских помещениях. Существуют системы газолучистого отопления крупных сборочных, прокатных и литейных цехов машиностроительных заводов.

На рисунке 13.3 показана унифицированная газовая горелка инфракрасного излучения тепловой мощностью 3,7...4,4 кВт. Излучающая огнеупорная огневая насадка горелки собрана из 10 керамических плиток размером 65x45x12 мм каждая. В каждой плитке имеется большое количество (около 1000) цилиндрических каналов диаметром 1,5 мм.

При температуре излучающей поверхности 850°С около 60% теплоты, вы-

80

ГЛАВА 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ

14.1. Общие сведения

При электрическом отоплении получение теплоты связано с преобразованием электрической энергии. По способу получения теплоты электрическое отопление может быть с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую и с трансформацией электричества в теплоту в тепловых насосах.

Системы электрического отопления подразделяются на местные, когда электроэнергия преобразуется в тепловую в обогреваемых помещениях или в непосредственной близости от них, и центральные, например, с электрокотлами.

По степени использования электроэнергии для отопления различают системы с полным покрытием отопительной нагрузки и с частичным ее покрытием (комбинированное отопление), в качестве как фоновой (базисной), так и догревающей частей системы.

Системы электрического отопления могут работать по свободному и вынужденному (например, только ночью) графикам.

Достоинствами систем электрического отопления являются высокие гигиенические показатели, малый расход металла, простота монтажа при сравнительно небольших капитальных вложениях, транспортабельность, управляемость в широких пределах с автоматизацией регулирования. Возможность гибкого управления процессом получения теплоты позволяет создавать системы отопления, быстро реагирующие на изменение теплопотребности помещений.

К недостаткам электрического отопления относят, в первую очередь, неэкономичное использование топлива, высокую температуру греющих элементов, повышенную пожарную опасность, хотя в последние годы у применяемых отопительных приборов и греющих кабелей значительно снижена опасность возгорания. Распространение электрического отопления в стране сдерживается также ограниченным уровнем выработки электроэнергии. Отпускная стоимость энергии высокая из-за значительных капитальных вложений в электростанции и линии передач, потерь при транспортировании.

Для уменьшения расхода топлива целесообразно применять отопительные установки с использованием тепловых насосов. Коэффициент использования топлива при отпуске теплоты потребителю у различных источников теплоснабжения меняется в следующих пределах: от ТЭЦ 68…75%, от котельных мощностью более 60 МВт 66...73%, от котельных мощностью менее 60 МВт 58...70%, от автономных котлов отечественных 65...75%, от автономных котлов импортных 85...99%, при электрическом отоплении с приборами прямого преобразования в теплоту 25...45%, при электрическом отоплении с тепловыми насосами 65...75%. То есть тепловые насосы имеют приблизительно такой же коэффициент использования топлива как отопление от ТЭЦ или отечественных автономных котельных.

Целесообразность применения электрического отопления в конкретном

81

случае определяют путем сравнения технико-экономических показателей различных вариантов отопления здания. При сравнении исходят из стоимости топлива или электроэнергии с учетом их транспортирования и потерь при этом, коэффициента использования топлива, стоимости сооружения и эксплуатации систем отопления и теплоснабжения. Принимают также во внимание возможность регулирования теплоотдачи приборов и понижения температуры помещения в нерабочее время. Оценивают улучшение социально-гигиенических условий при применении электроотопления.

В современных условиях сниженного потребления электроэнергии промышленностью электроотопление довольно часто применяется в городских зданиях для дополнительного отопления в межсезонье и при отсутствии газовых сетей в загородных коттеджах в качестве единственного источника теплоты.

14.2. Электрические отопительные приборы

Электрические приборы с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую, как и обычные отопительные приборы, подразделяют по преобладающему способу теплоотдачи на лучистые, конвективные и лучистоконвективные. При температуре греющей поверхности ниже 70°С их относят к низкотемпературным, выше 100°С - к высокотемпературным.

Электроотопительные приборы могут быть стационарными и переносными (напольными, настольными, настенными, потолочными); безынерционными и с аккумуляцией теплоты; нерегулируемыми и со ступенчатым, бесступенчатым и автоматическим регулированием. В зависимости от конструкции электрические отопительные приборы называют электроконвекторами, электрокалориферами, электротепловентиляторами. Выпускают также электрические печи, электрические воздушно-тепловые завесы, подвесные панели, греющие обои, панели с греющим кабелем.

Панели электрического отопления с греющим кабелем делают совмещенными со строительными конструкциями и приставными к ним.

По принципу тепловыделения нагревательные кабели, используемые в панельном отоплении, относятся к резистивным. У резистивных кабелей теплота выделяется нагревательной жилой, окруженной изоляцией, экранами и защитными оболочками. Они могут запитываться с двух или одного конца (двухжильные кабели). Преимуществами таких кабелей является простота конструкции, высокая технологичность (монтаж нагревательных секций на объекте занимает мало времени и несложен) и относительно низкая стоимость. Недостатком является необходимость использования секций строго заданной длины.

Современные греющие кабели имеют токопроводящую жилу, выполненную из материалов, обладающих низким температурным коэффициентом сопротивления, что значительно упрощает тепловые расчеты. В настоящее время разработана принципиально новая конструкция кабеля, теплоотдача которого определяется только напряжением питания. В этих саморегулирующихся кабелях теплота выделяется в полупроводящей пластмассе,

82

заполняющей пространство между двумя токопроводящими жилами. При повышении температуры сопротивление пластмассы возрастает и тепловыделение падает, благодаря чему создается эффект саморегулирования. Конструкция окружена электроизолирующими и защитными оболочками и экранами и запитывается с одного конца. Большим преимуществом такого кабеля является возможность использования произвольными длинами, отрезаемыми по месту. При таких кабелях необходимая плотность теплового потока будет достигаться варьированием шага их раскладки. Саморегулирующиеся кабели не перегреваются и не перегорают. Недостатком кабеля следует считать большой стартовый ток, превышающий номинальный в 1,5...2 раза. Кроме того, к недостаткам относят невозможность обеспечить форсированный обогрев. Саморегулирующийся кабель довольно дорог.

Резистивные кабели имеют линейную мощность от 15 до 25 Вт/м. Рекомендуется устройство шага раскладки кабеля с таким расчетом, чтобы поверхностная мощность системы не превышала 150 Вт/м2 у малоинерционных панелей и 200 Вт/м2 у аккумулирующих теплоту. Шаг раскладки кабеля должен лежать в пределах 10...20 см. При этом, как правило, допускается минимальный радиус изгиба кабеля 150 мм. Нагревательные секции при изменении длины от 5 до 125 м увеличивают свою мощность приблизительно от 100 до 2500 Вт. Появились секции греющего кабеля, закрепленные на пластиковой сетке. Плоскостные секции на сетке выполняются различной длины шириной 0,5 м.

Для отопления производственных помещений большого объема применяют подвесные электропанели. Тепловую мощность подвесных панелей рассчитывают по балансам теплоты в верхней (над панелью) и нижней (под панелью) частях помещения. При этом считают, что теплопотери верхней зоны компенсируются теплоотдачей панели вверх, а теплопотери нижней зоны - теплоотдачей вниз. На рисунке 14.1 дана схема конструкции подвесной панели. При изолированном кабеле плотность теплового потока в них составляет около 460 Вт/м2 (теплоотдача вниз 85%), при неизолированном кабеле - около 840 Вт/м2 (теплоотдача вниз около 88%).

2

700

1

160

3

830

Рис. 14.1. Подвесная панель с греющим электрокабелем: 1 - стальной кожух; 2 - теплоизоляция; 3 - нагреватель в виде изолированного кабеля

Переносные электроотопительные приборы применяют для дополнительного отопления жилых и общественных зданий, садовых домиков.

Распространенным электроотопительным прибором является электрокамин, который по исполнению может быть настенным, напольным, универсальным. Нагревательные элементы бывают сосредоточенными или линейными с

83

температурой 750...800°С.

Электрорадиаторы делают напольными (с промежуточным теплоносителем - минеральным маслом) мощностью 0,5...3 кВт. Они бывают панельными и секционными, когда корпус собирается из отдельных секций, сваренных между собой. Теплоотдача электрорадиатора излучением составляет 50% общего теплового потока. Максимальная температура поверхности радиатора достигает 110°С, а средняя – 85…95°С. Электрорадиаторы, как правило, имеют термоограничитель, отключающий прибор при достижении температуры 130°С на корпусе. Выносной терморегулятор, которым укомплектовано большинство электрорадиаторов, позволяет поддерживать необходимую температуру в обогреваемом помещении.

Вэлектроконвекторах теплоотдача осуществляется преимущественно (90%) естественной конвекцией.

Воснове расчетов тепловой мощности Q, Вт, отопительных приборов с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую лежит закон Джо- уля-Ленца, применительно к переменному току имеющий следующее выражение:

где I - сила тока, проходящего по проводнику, А; r - активное сопротивление проводника, Ом; U - напряжение, подаваемое на проводник, В;

k - коэффициент мощности проводника (при частоте тока 50 Гц k изменяется от 0,96 до 0,98 и его приравнивают к единице, но вводят некоторый запас мощности).

В расчетах количества теплоты, выделяемой греющим кабелем, учитывают зависимость активного сопротивления проводника от его температуры. Для металлических (из стали, алюминия, меди) токопроводящих жил греющих кабе-

где ρ0 - удельное электрическое сопротивление провода или кабеля, Ом м, при температуре 0°С;

lк - длина греющего элемента, м;

а - площадь поперечного сечения провода или кабеля, м2; tпр - температура греющего элемента, °С;

α0 - температурный коэффициент сопротивления при 0°С, 1/°С.

Расчет теплоотдачи панели при шаге раскладки кабелей 0,04...0,2 м выполняют в предположении равномерности температурного поля на поверхности. При этом для панели площадью Апан, м2, с шагом раскладки кабеля s, м, длину греющего кабеля lк, м, определяют по формуле:

После подстановки (14.2) и (14.3) в (14.1) получим уравнение с двумя неизвестными s и tпр. Поэтому в расчетах используют уравнение, в котором на основе экспериментальных данных температура на поверхности изоляции кабеля tк связывается с шагом раскладки кабеля s и теплоотдачей 1 м2 греющей панели qк.