ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРЕИМУЩЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ НА БАЗЕ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Сагирова Д.Д. , Гридин С.В.
Донецкий национальный технический университет
Материалы Всеукраинской научно-практической конференции молодых учёных и студентов "Металлургия XX века глазами молодых". -Донецк: ДонНТУ,2010.
Расчёт тепловой мощности системы отопления на базе инфракрасных (ИК) излучателей имеет определенные отличия от расчёта традиционной системы конвективного отопления, связанные с различными физическими процессами в отапливаемом помещении. Традиционный расчет системы отопления производится в соответствии со СНиП 2.04.05-91*У, начальным этапом которого является теплотехнический расчет ограждающих конструкций и их тепловых потерь. Однако следует обратить внимание на особенности определения некоторых величин, которые в случае инфракрасного отопления имеют иное физическое обоснование. Рассмотрим подробнее некоторые из них.
1. Среднее значение температуры воздуха внутри помещения tв при расчёте системы инфракрасного отопления необходимо принимать ниже на 3...5˚С, т.к. при лучистом отоплении благодаря лучистой добавке температуры в отапливаемом пространстве может поддерживаться температура воздуха, отличная от заданной внутренней расчётной. Добавка к температуре, образованная лучистым потоком, определяется по формуле:
˚С
где 0,0716 – эмпирический коэффициент, (м2·˚С)/Вт; Iл– интенсивность потока излучения, Вт/м2.
Согласно равенству (1), лучистый поток с интенсивностью 100 Вт/м2 образует ощущаемую добавку температуры от излучения в размере 7,16 °C.
Это значит, что для результирующей комфортной температуры +18°С при лучистом потоке 100 Вт/м2 достаточно температуры воздуха в +10,84°С.
2. Значения температур ограждающих конструкций при инфракрасном отоплении не могут приниматься постоянными величинами в виду того, что часть их находится в зоне прямого облучения, а часть – в зоне рассеянного. Температура поверхностей, находящихся в поле видимости инфракрасных излучателей, имеет температуру, отличную от температуры воздуха внутри помещения. Для пола максимальное значение температуры рассчитывается по формуле:
где Q – тепловой поток, Вт/м2; Кп – коэффициент теплопередачи пола, (Вт·м2)/˚С; К – кратность воздухообмена в отапливаемом помещении; Sп – площадь пола помещения, м2.
Поверхность стен условно делится на две зоны – под прямым облучением (высотой до 2 м от уровня пола) и вне облучения (имеет место небольшая доля рассеянного облучения). Температура зоны вне облучения принимается равной температуре воздуха внутри помещения. Температура зоны под облучением рассчитывается по формуле (2), в которой значение Q принимается равным 0.5Qmax=50...60 Вт/м2. Температура поверхности перекрытия принимается больше на 3...5 ˚С, чем температура воздуха в рабочей зоне.
3. Определение потерь тепловой энергии на инфильтрацию наружного воздуха как при конвективном, так и при инфракрасном отоплении необходимо проводить с учетом кратности воздухообмена в отапливаемом помещении:
, Вт
где FП – площадь помещения, м2; h-высота помещения, м; tВ - внутренняя температура в помещении, ˚С; tН - наружная расчётная температура, ˚С.
Опыт эксплуатации обогревательных установок – лучистых и конвективных – приводит к следующим основным выводам:
1) установки лучистого обогрева тем выгоднее, чем выше обогреваемое помещение (для помещений с Н>6м экономические преимущества лучистого обогрева бесспорны; для помещений с Н=10м, обогреваемых ИК обогревателями, расход теплоты составляет около 50% расхода теплоты в варианте конвективного отопления);
2) температура воздуха в помещении (рисунок) может быть на несколько градусов ниже, чем при конвективном отоплении (при конвективном отоплении ощущение теплового комфорта создается при температуре воздуха 20 ÷ 22°С, при лучистом обогреве вполне достаточна температура 15÷18°С), а это обуславливает экономию энергии в размере 30 – 40%;
Рисунок – Разница температурных профилей лучистого и конвективного отопления
3) при конвективном обогреве теплым воздухом неизбежны значительные потери теплоты, тогда как при лучистом обогреве действие вентиляции почти не влияет на тепловой баланс;
4) установки лучистого обогрева создают тепловой эффект в кратчайшее время; поэтому такие установки особенно оправдывают себя экономически в помещениях с кратковременным пребыванием людей.