Про автора Автореферат Бібліотека Посилання

АВТОРЕФЕРАТ
кваліфікаційної роботи магістра

 Дослідження систем автономного променевого опалення на базі інфрачервоних випромінювачів з метою розробки рекомендацій для підвищення їх енергоефективності

Актуальність

Одним з суттєвих складників, необхідних для подальшого підвищення ефективності енергозбереження, є правильний вибір інженерного обладнання будівель і споруд. На даний момент головною системою є традиційне водяне опалення з централізованною подачею гарячої води, або так зване центральне опалення (далі - ЦО), яке має безліч недоліків:

  • великий знос тепломереж та систем, що викликає численні аварії, позапланові відключення і т.п.; витрати на ремонтно-відновлювальні роботи;
  • високі тепловтрати при доставці тепла споживачеві, висока вартість прокладки трубопроводів;
  • практична неможливість регулювання температури в приміщеннях за бажанням споживача.

Вихід з цієї ситуації полягає в поступовому переході до різноманітних видів автономних систем опалення (далі - АСО). Найбільша увага зараз приділяється застосуванню інфрачервоних (ІЧ) випромінювачів. Але, нажаль, до цих пір існує нестача технічної інформації та ще більша нестача інформації щодо особливостей практичного застосування систем прменистого опалення на базі ІЧ обігрівачів в кліматичних умовах України, що необхідно для правильного використання і повної реалізації технічних можливостей сучасної кліматичної техніки. На стадії розробки знаходиться й нормативно-методична база.

Необхідність зменшення витрати коштовного палива (природного газу) при опаленні промислових будівель призведе до того, що в перспективі цілком реально 50% теплопотреб забезпечувати за рахунок променистого опалення, а 50% — за рахунок конвективного опалення, але в останньому випадку - при обладнанні систем опалення автоматикою, що забезпечує відповідну економію та зменшення витрат палива на 20%. Інше джерело економії енергії — застосування променистого опалення, яке буде більш ефективно задовольняти потреби в теплі для робочих місць при застосуванні майже на 25% меншої кількості теплоносія. По відношенню до інших видів будівель (громадських та житлових) подібних рекомендацій поки що немає. Однак можна сподіватися, що відповідні организації, з урахуванням сучасних енергетичних проблем, зможкть належним чином оцінити променисте опалення, тому детальний розгляд цього питання з технічної точки зору є дуже актуальним.

Цілі і задачі

Метою роботи є розробка рекомендацій щодо впровадження та ефективного застосування ІЧ випромінювачів в системах опалення виробничих та житлових приміщень.
Для досягнення заданої мети передбачається вирішити наступні задачі:

  • сворення повноцінної методики інженерного теплотехнічного розрахунку   систем опалення на базі ІЧ обігрівачів;
  • розробка математичної моделі функціонування системи променистого опалення;
  • отримання характерних залежностей між фізичними величинами, що визначають рівень енергоефективності застосування даних систем;
  • порівнювальний аналіз систем автономного променистого опалення з іншими системами, в т.ч. централізованими.

Наукова новизна

Передбачувана наукова новизна роботи полягає в наступному:

1) пропозиція методологічного підходу проведення інженерного теплотехнічного розрахунку систем опалення на базі ІЧ обігрівачів;

2) вперше на основі вказаного підходу передбачається сформулювати задачу щодо розрахунку тепловтрат приміщення на основі рівнянь теплового балансу огороджувальних конструкцій в стаціонарних температурних умовах (температура в приміщенні однакова по всьому його об’єму й  рівномірно розподілена на окремих поверхнях, але при цьому враховується конвективний теплообмін між повітрям і обмежувальними поверхнями, який виникає при вільному русі повітря);

3) в ході аналізу результатів розв`язання систем рівнянь теплового балансу передбачається одержати дані як про розподіл температури і тепловтрати будівель, так і про теоретичну тепловіддачу опалювальних екранів на теоретичній моделі,екрани якої в одному випадку випромінюють тепло тільки в напрямку підлоги, а в іншому випадку — стелі. Також передбачається проаналізувати випадок, коли опалювальні екрани віддають тепло тільки шляхом випромінювання. Потім необхідно розглянути так зване ідеальне променисте опалення, при якому тепловтрати оптимальні, а тепловіддача опалювальних екранів найбільш прийнятна.

Практична значущість дослідження складається з розв’язання  задач, що пов’язані з променистим опаленням, розгляд яких обумовлений саме очікуваними перевагами:

а) питання оцінки тепловідчуття людини, які визначають можливості застосування променистого опалення, з’ясовані не повністю. Ця неясність з енергетичної точки зору має негативний характер, тому що в  нормах, які застосовуються, надаються «обережні» величини, шляхом уточнення яких можна виявити подальші енергетичні резерви;

б) в області теплотехнічного розрахунку досягнуті такі нові, теоретично обумовлені результати  (тут мається на увазі будівлі павільонного типу з великою потребою в вентиляції), які, хоч і потребують деякої практичної перевірки, але також приховують в собі величезні можливості у відношенні економії енергії.

Огляд досліджень та розробок по темі

В ДонНТУ проблемами променистого опалення займаються співробітники кафедри промислової теплоенергетики та Центру енергоменеджмента.

В Україні й в світі дослідженню різних теоретичних і практичних аспектів променистого опалення присвячені роботи багатьох вчених. Дослідженням системи панельно-променистого опалення займались Л. Банхіді., А. Шаповалов, С. Кутателадзе, М. Кіссін. Інфрачервоним газовим випромінювачам присвячені работи Ю.Денисова, В. Іціксона, К. Баковскі та ін. Загальні організаційно-методичні і технологічні основи енергетики знайшли  своє відображення в работах Аметистова Е.В., Кузнєцова Е.П. , Когана Ю.М, Чистовича С.А., Стириковича М.А. та ін. Досвід практичного використання математичних підходів  в значній мірі базувався на розробках Танічева А.В., Закржевського В.И.,  Нуорківі А.та ін.

Аналіз наявних за теиою роботи теоретичних та експериментальних досліджень систем променистого опалення з використанням ІЧ-обігрівачів дозволяє виділити наступні особливості:

По-перше, при використанні ІЧ-обігрівачів більш тепле повітря практично не скупчується під стелею, що характерно, наприклад, для конвективного обігріву (у цьому випадку тепле повітря в високих приміщеннях доводиться навіть примусово повертати вниз, використовуючи стелеві вентилятори). Ця особливість роботи ІЧ-обігрівачів робить їх практично незамінними при розв’язанні задач економічного обігріву приміщень з високими стелями, оскільки прогріти великий об’єм технічно важко і через це коштовно. Корисні такі випромінювачі й для ситуацій, коли опалення потребують тільки певні (робочі) зони або ж коли створення конвективних потоків повітря, а значить і потоків наявного в ньому пилу небажано (для алергиків це важлива вимога).

П-одруге, при використанні локального "догріву" за допомогою ІЧ-зон, в яких знаходяться люди, можна дозволити собі зниження температури, яка створюється головною системою опалення в усьому приміщенні, на декілька градусів. Таким чином, використання ІЧ обігрівачів спричиняє зниження  використання енергії і зменшення витрат на обігрів порівняно з традиційними способами його здійснення.

По-третє, ІЧ-обігрівачі, які монтуються під стелею або навіть вбудовуються в неї, не накладають ніяких обмежень на розміщення меблів та обладнання.

По-четверте, за допомогою ІЧ-обігрівачів вдається розв’язувати специфічні задачі, наприклад, захист від холоду, що просякає від скла високих скляних вітражів, куполів, вікон великої площі та інших подібних світлопрозорих конструкцій, оскільки їх теплозахисні якості, як правило, дуже далекі від сучасних нормативів.

До переваг таких систем панельно-променевого опалення більшість дослідників відносять наступні фактори:

  • температура поверхні панелей, що гріють, значно нижча температури теплоносія, при цьому виключається пригорання пилу, послаблюється його розвіювання;
  • зменшується витрата металу порівняно з витратою на чугунні радіатори, на гладкотрубні прибори; вирівнюється температура повітря по висоті приміщень;
  • скорочення витрат праці на місці будівництва будівель при заводському виготовленні конструкцій з замонолікованими гріючими елементами. можливо скороченняе тепловитрат на опалення приміщень при відносному зниженні температури повітря;
  • при застосуванні опалювальних панелів, схованих в будівельних конструкціях, забезпечуються вищі санітарно-гігієнічні вимоги, не займається корисна площа приміщень.

Недоліками систем панельно-променевого опалення є:

  • складність ремонту замонолікованих гріючих елементів,
  • складність регулювання тепловіддачі опалювальних панелей,
  • збільшення даремних тепловтрат при розміщенні панелей в зовнішніх огорожах, підвищення капітальних вкладень (порівняно з конвективним опаленням) при низькій температурі теплоносія.


Власні дослідження: поточні та планові результати

Теоретичну та методологічну основу дослідження складають роботи вітчизняних та закордонних вчених в області енергозабезпечення житлових та промислових будівель та ефективного використання енергетичних ресурсів, включаючи питання енергоpбереження та застосування альтернативних джереал енергії.

Інформаційну базу дослідження складають статистичні дані про використання різноманітних видів енергетичних ресурсів в Україні та за кордоном, діючі нормативні документи в сфері енергетики.

При обговоренні рішення про використання ІЧ-випромінювачів, а також в розрахунках необхідно враховувати, що:

  1. установки променистого обігріву тим вигідніше, чим вище приміщення (для приміщень з Н>6м економічні переваги променистого обігріву беззаперечні; для приміщень з Н=10м, які обігріваються ІЧ-обігрівачами, витрата теплоти складає біля 50 % витрати теплоти в варіанті конвективного опалення.

    Таблиця 1 – Питомі витрати на обігрів будівлі об’ємом 100м3 і висотою 8 м


    Питомі показники

    IЧ-опалення

    Центральнее опалення

    Середньогодинні витрати тепла, ккал

    338

    1337

    Максимальна годинна витрата тепла,ккал

    731

    2872

    Середня витрата газу, м3/г

    0,042

    0,168

  2. температура повітря в приміщенні (рисунок 1) може бути на декілька градусів нижче, ніж при конвективному опаленні (при конвективному опаленні відчуття теплового комфорту встановлюється при температурі повітря 20¸22°С, при променистому обігріві цілком достатня температура 15¸18°С), а це тягне за собою економію енергії в розмірі 30¸40%;

    Різниця температурних профілів променистого і конвективного опалення

    Рисунок 1 – Різниця температурних профілів променистого і конвективного опалення

  3. на економічність установки впливає характер повітрообміну в приміщенні ; так, в просторих приміщеннях з великою кількістю людей (виставки, заводські та фабричні цехи и т. п.) необхідно за допомогою вентиляції видалити пил і шкідливі гази. При конвективному обігріві теплим повітрям при цьому неминучі значні втрати теплоти, тоді як при променистому обігріві дія вентиляції майже не впливає на тепловий баланс.
  4. установки променистого обігріву створюють тепловий эфект в найкоротчий час; тому такі установки особливо виправдовують себе економічно в приміщеннях з короткочасовим перебуванням людей.
  5. в повній мірі переваги випромінювачів проявляютья, коли коефіцієнт теплопровідності конструкції будівель:

    К ≥ 1,16 Вт/(м2·°C)

    Дане твердження не означає, що при К < 1,16 Вт/( м2·°C) променbcnе опалення неефективне, але зазначае, що при цих умовах в якості альтернативного опалення можливо розглянути децентралізоване теплоповітряне або комбіноване променисто-конвективне опалення (наприклад, супертемні випромінювачі);  особливо економічним буває променистий засіб опалення при огороджуючих поверхнях будівлі з коефіцієнтом тепловвіддачі: від К = 1,16 Вт/( м2·°C) до К = 2,3 Вт/( м2·°C);
  6. визначення втрат теплової енергії на інфільтрацію зовнішнього повітря як при конвективному, так і при інфрачервоному опаленні необхідно проводити з урахуванням кратності повітрообміну в приміщенні:

    , Вт ,
    де FП – площа приміщення, м2; h-висота приміщення, м; tВ  - внутрішня температура в приміщенні, ˚С; tН - зовнішня розрахункова температура, ˚С;  К – кратність повітрообміну в опалювальному приміщенні.

В розпалі конкурентної боротьби часто застосовуються позбалвлені будь-якого фізичного обгрунтування вислови про те, що при променистому опаленні порівняно з конвективним не виникає різниці в температурі повітря в приміщеннях і, як наслідок, різниці в тепловтратах об’єкту.

Для того щоб ввести в оману замовника часто свідомо занижується кратність повітрообміну інфільтрацією, яка дозволяє приховувати підвищені тепловтрати, пов’язані з процесом природного повітрообміну.

Навіть в проектах з використання однотипних обладнань з’являються дані про кратність повітрообміну інфільтрацією, далекі від реальних значень (наприклад кратності, що дорівнюють 0,1 или 0,2). Розплатою за це бувають відхилення від заданих температур і, що важливо, підвищене споживання газу.

В результаті власних досліджень автора встановлено, що установки променистого обігріву тим вигідніші,  чим вище приміщення (для приміщень з висотою стелі Н>6м економічні  переваги променевого обігріву беззаперечні.

В результаті науково-дослідницької роботи були зібрані й вивчені матеріали з питань, що пов’язані з темою магістерської роботи: розглянуті питання теплового випромінювання, механізми впливу інфрачервоних променів на організм людини в залежнеості від довжини хвиль, інтенсивності випромінювання, також йде розробка та виготовлення експериментальної установки для отримання власних результатів в даній області.

Подальше дослідження щодо застосування систем автономного опалення на базі ІЧ-обігрівачів дозволять одержати рекомендації щодо оптимального вибору інженерного устаткування будівель та споруд як одноого з головних складників, необхідних для подальшогоо підвищення эфективності енерго- і ресурсозбереження.


Висновки

Системи автономного променевого опалення на базі інфрачервоних випромінювачів досліджуються відносно недавно, про що свідчить мала кількість публикацій з результатами сучасних теоретичних та експериментальних досліджень. Зростання  інтересу до цих систем буквально в останні роки пов’язано з тим, що в сучасних проектах житлових та громадських будівель все частіше стали застосовуватися найбільш економічні системи опалення і вже виникла гостра необхідність в сучасному високотехнологічному устаткуванні для систем опалення.

Головною метою більшості робіт в цій галузі є створення повноцінної методики інженерного теплотехнічного розрахунку систем опалення на базі інфрачервоних обігрівачів, а також розробка рекомендацій щодо їх впровадження та ефективного використання в системах опалення промислових та житлових приміщень.

Таким чином, сучасні системи автономного променистого опалення потребують більш досконалого вивчення. Подальшого дослідження потребують також ще декотрі аспекти їх застосування, наприклад, дані про кратність повітрообміну інфільтрацією при променистому опаленні порівняно з конвективним, аналіз яких дозволить визначити реальні дані про тепловтрати, пов’язані з процесом природного повітрообміну.


Перелік джерел

  1. Раб`яш Р. Системи опалення приміщень в аспекті теплового комфорту та технологічних вимог // Ринок інсталяційний. – 1997.– № 6.– С. 5-8.
  2. Сканави. А.И. Отопление.– М.: Стройиздат, 1988.– 416 с.
  3. Рекомендации по проектированию, устройству и эксплуатации систем панельно-лучистого отопления и обогрева полов 1-х этажей с помощью греющего электрокабеля.– Красноярск.: Промстройпроект, 1971.– 56 с.
  4. Olesen B.W. Теория и практика напольного лучистого отопления // АВОК.– 2002.– № 1.– С. 44-50.
  5. Мачкаши А., Банхиди Л. Лучистое отопление/ Пер. с венг. В. М. Беляева; Под ред. В. Н. Бого­словского и Л. М. Махова. — М.: Строииздат, 1985.— 464 с, ил.— Перевод изд.: Sugarzo futesek/ A. Macskasy, L. Banhidi.
  6. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тегпло- и массообмена. М., 1987.
  7. Киссин М.И. Расчет потерь тепла при лучистом отоплении. — В сб.: Воппросы отопления и вентиляции / ЦНИИПС, М., 1992, вып. 2.
  8. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М., 1962.
  9. Шаповалов И.С. Проектирование панельно-лучистого отопления. М., 1986.
  10. http://energetika.com.ru/
  11. Шорин С.И. Теплопередача излучением  при лучистом отоплении. В сб.: Современные вопросы отопления и вентиляции. М., 1999.
  12. Пятышкин Г.Г., Шкляр В.С. Уменьшение неравномерности поля температур в листе при нагреве его излучением // Технология и качество стекла: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф., 12-21 окт. 1993 г.- Константиновка, 1993.- С.39.

Примітка

         При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Кінцеве завершення -  грудень 2010 року. Повний текст роботи та матеріали можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Вгору


© 2010 ДонНТУ. Сагiрова Дар`я. All Rights Reserved©