Климатическая техника

Несколько указаний для проектирования систем инфракрасного обогрева

June 11, 2011

Перед началом проектирования систем лучистого обогрева, необходимо рассмотреть вопросы, не только связанные с удовлетворением физиологических, технических и эстетических требований, но и экономических требований, в определенных случаях играющих решающую роль в вопросе о сравнении систем ИК- и конвективного обогрева.

Экономичность установок для лучистого обогрева зависит от влияния следующих факторов:

  • стоимости первоначальных затрат (стоимости оборудования и монтажа);
  • расходов на эксплуатацию установки (стоимости энергии, ухода, ремонта и т.д.)

При выполнении экономических расчетов необходимо принимать во внимание режим использования установки (для кратковременного или продолжительного обогрева) и ее целевой характер (для обогрева всего помещения в целом или для ограниченных зон или участков).

Опыт проектирования и эксплуатации обогревательных установок – лучистых и конвективных – приводит к следующим основным соображениям:

  • чем выше и больше по площади обогреваемое помещение, тем менее выгодно    применение конвективного обогрева   нагретым воздухом    (в   этом случае приходится нагревать большой объем воздуха, требуется длительный разогрев и потребляется большое количество теплоты; кроме того, теплый воздух сначала    поднимается   вверх    и   только через длительное время попадает   в   зону   пребывания   людей);
  • при плохой теплоизоляции помещения сверху (со стороны перекры­тия) и с боковых сторон при конвективном обогреве неизбежны значительные потери теплоты в окружающую среду (особенно в обширных помещениях с высокими застекленными светопроемами – в цехах   заводов,    выставочных залах и т.п.);
  • в некоторых случаях применение конвективного обогрева просто невозможно, например на рабочих местах в открытых или частично открытых помещениях, на открытых террасах, на трибунах стадионов и т.п.

При использовании лучистого обогрева все эти трудности отпадают и, наоборот, появляется ряд экономических преимуществ:

  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 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 создает экономию энергии примерно на 30 – 40%;
  3. на экономику установки влияет характер воздухообмена в помещении ; так, в обширных помещениях с большим количеством людей (выставки, заводские и фабричные цехи и т.п.) необходимо с помощью вентиляции уда­лять пыль и вредные газы. При конвективном обогреве теплым воздухом при этом 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 (конференц-залах, помещениях для проведения празднеств, заводских столовых, работающих только во время обеденного перерыва, в таможенных залах и т.п.).
  5. для отопления объектов с временный (сезонным) использованием – торговых ларьков, бараков, зимних спортивных сооружений и т.п. – целе­ сообразно использование только лучистого обогрева.

Борхерт Р. и Юбиц В. в своем труде указали ряд общих требований для проектирования систем лучистого обогрева, укажем некоторые из них:

  1. В качестве отражателей для излучающих элементов рекомендуется всегда применять только металлические поверхности, лучше всего из листового алюминия или алюминиевой фольги. Белые лаки или эмали, используемые в светильниках, для инфракрасных излучателей совершенно непригодны, так как они поглощают большую часть инфракрасных излучений, испускаемых излучаемым элементом;
  2. Не следует прикрывать излучающие элементы стеклом, так как осаждающаяся на нем пыль снижает КПД излучателя, а длинноволновое излучение сильно поглощается стеклом и подобными материалами;
  3. Излучатели надо размещать так, чтобы они, по возможности, незначительно влияли на движение воздуха в помещении, вызывае­мое конвекционным отводом тепла от нагретых излучающих эле­ментов;
  4. Выбор излучателей должен основываться не только на экс­плуатационных требованиях,   но,   по возможности, должен быть согласован с архитектурным оформлением помещения;
  5. При выборе и монтаже излучателей для обогрева данного помещения необходимо выполнять правила техники безопасности. Это особенно    важно    для    сильно     запыленных    и    влажных    по­мещений;
  6. Расчет установки для лучистого обогрева производится в первом приближении по площади пола (кВт/м²), а не по кубатуре помещения;
  7. Для полностью закрытых и невысоких помещений со спо­койным воздухом достаточна удельная установленная мощность 125 – 150 кВт/м² площади пола. Для больших, но не слишком высо­ких закрытых помещений, например спортивных, следует преду­сматривать    значение   удельной    установленной    мощности    200 – 250 кВт/м². Для очень высоких и частично открытых сооружений и помещений, например верфей, террас, трибун, надо предусматри­вать 250 – 500 кВт/м². Удельная установленная мощность 500 кВт/м² достаточна для защищенных от ветра рабочих мест под открытым небом;
  8. При расчете установки лучистого обогрева всегда необхо­димо предусматривать достаточный резерв установленной мощ­ности на случай очень холодных дней. Этот резерв, позволяющий повысить степень облучения   (повысить энергетическую освещен­ность),   требуется также для ускоренного обогрева;
  9. Установки    лучистого    обогрева    следует    выполнять    так, чтобы,    исходя    из   эксплуатационных    требований,    можно   было использовать   либо   все   излучатели,   либо часть   их,    регулируя, таким образом,   плотность облучения   (энергетическую освещен­ность). Обычно для этого достаточно двух-трех ступеней обогрева помещения;
  10. Желательно, чтобы проект установки лучистого обогрева предусматривал минимальное количество мест включения излу­чателей. Этого можно достигнуть при использовании излучателей достаточно большой мощности, что вполне осуществимо в высоких помещениях: чем выше помещение, тем более мощные излучатели требуются для его обогрева;
  11. В очень низких помещениях, в которых расстояние между излучателями   и   головой   человека   мало,    возможно   применение излучателей только незначительной мощности и с диффузным из­лучением, ибо в противоположном случае возникают поля с рез­ким перепадом плотности облучения, что создает сильный кон­траст в облучении различных частей тела (например, па уровне головы и на уровне ног), вызывая неприятное ощущение;
  12. В    очень   больших    помещениях    (например,    в   заводских цехах, выставочных залах и др.) излучатели лучше всего распо­лагать на потолке параллельными рядами. При этом, для равно­мерного облучения пола, расстояние между рядами должно быть не больше расстояния между излучателями и полом;
  13. Излучатели необходимо располагать в местах с возможно меньшим движением воздуха, что обеспечивает повышение КПД облучательной установки за счет снижения потерь на конвекцию;
  14. Излучатели следует располагать так, чтобы излучение по­падало на возможно большую   поверхность   человеческого тела, особенно на лицо, затылок, спину, руки и ноги. Это условие выполняется плохо, когда излучение падает вертикально сверху и, наоборот, – хорошо,   когда оно падает сверху наклонно;
  15. Надо учитывать,   что действие установки   лучистого обо­грева в закрытом помещении, после ее включения, сказывается сначала лишь в нагреве излучением, попадающим непосредственно на тело человека; в этот начальный период воздух в помещении остается еще холодным.   Однако   чем дольше действует облучательная   установка,   тем больше нагревается   воздух,   вследствие соприкосновения с предметами, полом и стенами, также нагревае­мыми излучением (обратный процесс, как при    нагреве   теплым воздухом).   Поэтому,   после длительного действия облучательной установки и достижения в помещении достаточной температуры, можно снизить рабочий нагрев излучателей с максимального до некоторого более низкого уровня;
  16. Следует   позаботиться    о том,    чтобы люди,    получающие обогрев   от облучательной   установки,    находились   на   участках с незначительным движением воздуха, так как в противном случае будет происходить отвод тепла от поверхности кожи окружаю­щим   воздухом.    При    необходимости    надо    огораживать    рабочее место легкими защитными стенками;
  17. Чем больше, площадь   помещения,   обогреваемого посред­ством   излучения,    чем   настоятельнее становится    необходимость наиболее полного использования облучения на отдельных участ­ках помещения (локализованного облучения); при этом можно достигнуть максимального эффекта обогрева при наименьшем расходе энергии и минимальной установленной мощности. При­мером такого решения задачи является местный обогрев важных рабочих мест в крупных цехах;
  18. В длинных   помещениях с наклонным облучением сбоку главные оси излучателей надо направлять так, чтобы излучение падало преимущественно в той части помещения, которая дейст­вительно используется людьми.   Прежде всего необходимо поза­ботиться о том, чтобы излучение не рассеивалось бесполезно над головой стоящего человека (см. рис. 1). Если излучение не доста­точно сконцентрировано,   то его ограничивают сверху дополни­тельными отражателями;
  19. Если затруднительно заранее установить места   преиму­щественного обогрева, то помещение следует разделить на отдель­ные участки и создать   возможность облучения   таких   участков с помощью коммутирующего устройства,   включающего ту   или иную часть облучательной установки в зависимости от складываю­щихся обстоятельств (например, в спортивных залах);
  20. Следует учитывать, что предметы, постоянно находящиеся в помещении (столы, стулья, шкафы и т.п.), могут   экранировать    излучение.    Поэтому    мебель    в    помещении надо расставлять так, чтобы излучение, направляемое наклонно, могло достигнуть ног;
  21. Указанное выше требование   о    всестороннем    облучении поверхности   человеческого   тела   выполняется    еще   лучше,    если облучение производится одновременно с нескольких, по возмож­ности со всех четырех, сторон;
  22. Сильное облучение головы отвесно падающими сверху лу­чами может вызвать недомогание и болезненное ощущение. Такая опасность не возникает в высоких помещениях,   в которых   все излучатели,   в том числе с отражателями,   создают по большей части боковое облучение;
  23. Если падающее сверху излучение не может достигнуть ног (например, в аудиториях, где люди сидят), то следует позаботиться о   дополнительном   обогреве   ног со стороны пола.