Страница 29 из 32
В этом случае тепловой комфорт обеспечивается обогретым воздухом, поступающим от обменников и конвективных устройств: дело в том, что первичной теплоносительной средой является горячий пар. Следовательно, согретый таким образом воздух бывает достаточно теплым. Однако чем теплее воздух, тем он легче и быстрее перемещается вверх. Это приводит к тому, что объем помещения согревается воздухом сверху вниз, причем под крышей температура наиболее высока. К тому же крыша с различными технологическими отверстиями и форточками считается помещением с плохими теплоизоляционными свойствами.
Распределение температур при лучистом и тепловоздушном отоплении в зависимости от высоты представлены на рис. 20.
Рис. 20. Распределение температур: а – при лучистом отоплении; б – при тепловоздушном отоплении
Вторым отрицательным результатом бывает так называемый каминный эффект, который увеличивает обмен воздуха в помещении. Мощность центрального отопления должна покрывать тепловые потери всей цепочки производства, дистрибьюции и обмена тепла (рис. 21).
Рис. 21. Производство и обмен тепла
Если потребление газа для производства тепловой энергии в котлах – 100%, потери в самом источнике тепла составляют 15% в виде воды и 20% в виде пара от всего количества энергии.
Лучистая отопительная система состоит из тепловых устройств – излучателей, которые помещаются над отопливаемой площадью. После включения и согрева на номинальную температуру излучатели начинают излучать электромагнитные волны, которые с небольшими потерями проходят через воздух, попадают на пол и преобразуются в тепло. Это значит, что воздух обогревается вторично, но уже от пола, который таким образом становится самым теплым местом в объекте. Излучатели с выгодой можно размещать только над местом, где находятся люди, чтобы обеспечивать им необходимые температурные условия, то есть образовывать температурные зоны без отделения их перегородками. Образование необходимых температурных режимов в этих зонах способствует снижению потребления газа от 70 до 30%.
Температурный градиент в зависимости от высоты при лучистом отоплении приближается к требованиям идеального отопления. В этом случае температура воздуха на уровне головы человека ниже, чем при тепловоздушном отоплении. Данная температура воздуха определяет преимущество использования лучистого отопления, так как для обогрева пространства требуется более низкая мощность; это видно из следующего уравнения тепловых потерь объекта:
Qo = E [kj . Sj . (ti – te)]
При тепловоздушном отоплении значительная площадь конструкции помещения противостоит температурной разнице внутренней и внешней температур:
/t = (ti – te),
где /t = 30° С – (–20° С) = 50° С.
При лучистом отоплении разница температур составляет:
/t = 17° C – (–20° C) = 37° C.
Так как площадь конструкции и коэффициент прохождения тепла для обоих случаев одинаковы, соотношение тепловой мощности будет равняться соотношению /t. В процентном отношении тепловая мощность лучистого отопления для покрытия тепловых потерь конструкции будет составлять только 74% от значения для тепловоздушной системы. Таким образом, комплексное сравнение гораздо сложнее, но оно соответствует среднему отношению тепловых мощностей, которые на практике составляют 80%.
Более низкая температура воздуха позволяет передавать биологическое тепло, которое образуется во время работы, и тем самым предотвращает перегрев организма.
Этот феномен лучистого отопления наступает в результате физической передачи тепла, где лучи-стый поток образует добавку тепла к температуре воздуха, ощущаемого человеком. Очень упрощенно это можно описать следующим уравнением:
tp = tv + ts (° С),
где tp – температура, ощущаемая человеком;
tv – температура воздуха;
ts = Is.0,072;
Is – интенсивность лучистого потока, а число 0,072 – эмперически полученная константа. Согласно этому равенству лучистый поток с интенсивностью 100 Wm-2 дополнительно повышает температуру на 7,2° С. Таким образом, для того чтобы получить температуру 18° С при лучистом потоке 100 Wm-2, после ввода значений в уравнение получается:
tp = tv + Is.0,072;
18о C = tv + 100 Wm – 2.0,072;
tv = 18°C–.7,2°C.
Данный расчет в таком виде является только показательным и предназначен для понимания физиче-ского принципа. Рассчитать с его помощью тепловую мощность невозможно, так как он не учитывает остальных условий, которые для этого расчета необходимы.
При отоплении излучателями в качестве прямо-обогревающих устройств не учитываются потери, связанные с дистрибьюцией тепла. Таким образом, использование газа представляется более целесообразным.
Общая энергетическая экономия топлива при лучи-стом отоплении может достигать 70% относительно сравнительной паро– и тепловоздушной отопительных систем.
Использование лучистых отопительных систем как прогрессивных и эффективных систем отопления предоставляет определенные выгоды с точки зрения образования рабочей среды.
1. Централизованное использование природного газа обеспечивает легкость его применения и более удобное регулирование температур в помещении.
2. Температура воздуха на уровне пола на 2–3° С выше, чем на высоте 1,5 м над полом.
3. Более равномерным способом распределяется температура по всей высоте отапливаемого объекта между газовым излучателем и полом.
4. При использовании лучистого отопления нет движения пыли.
5. Лучистое отопление является экологически без-опасным.
6. Не требует применения воды.
7. Лучистая система, по сравнению с тепловоздушной, работает практически бесшумно.
8. Лучистая отопительная система не может замерзнуть.
9. Обогрев помещения достигается за 10–25 минут.
10. Легкий монтаж и ремонт.
Недостаток лучистого отопления: лучистую отопительную систему нельзя использовать в помещениях, где существует опасность возникновения пожара.
Газовые инфракрасные излучатели
В настоящее время для отопления крупных площадей используется три вида газовых излучателей:
1. Светлые газовые излучатели.
2. Темные газовые излучатели.
3. Сверхтемные (компактные) газовые излучатели.
Газовые излучатели сжигают газ для обогрева специальной излучающей поверхности, которая согревается прямым контактом со сжигаемыми газами.
Светлые газовые излучатели
Источник излучения – пористая керамическая пластина, которая нагревается беспламенным поверхностным сжиганием газа до температуры 800–1000° С. При этой температуре образуется электромагнитное излучение с длиной волны от 2,1.10–6 до 3,0.10–6 м. Волна этой длины распространяется практически прямолинейно и почти без потерь проходит через воздух.
Лучистая эффективность светлых газовых излучателей составляет от 50 до 75%.
Для повышения эффективности излучателей некоторые изготовители размещают перед лучистой керамической поверхностью дефлексную решетку, которая возвращает часть эмитированных энергетических частиц назад на активную поверхность, что приводит к возбуждению частиц атомов и к последующему увеличению эмиссии фотонов излучения.
У светлых излучателей доминирует корпускулярное излучение, которое определяет их свойства. Угол ядра излучения обычно равняется 60°, и область излучения на поверхности относительно четко ограничена (рис. 22). Иногда излучатели этого типа, благодаря этому свойству, обозначаются как «теплометы». Они достигают высокой интенсивности излучения.
Рис. 22. Интенсивность излучения светлых излучателей