УДК 697.92
Василь Желих, Орест Возняк, Юрій Юркевич
Національний університет «Львівська політехніка»,
кафедра "Теплогазопостачання і вентиляція"
Особливості опалення виробничих приміщень
© Желих В., Возняк О., Юркевич Ю.
У статті представлені результати інженерного вибору обладнання та визначення теплового навантаження системи опалення, а також визначення опалювальної площі промислових приміщень та поверхні нагріву інфрачервоних нагрівників в залежності від висоти та їх призначення.
In this article the results of a technique choice of the equipment and definition of heated up area of industrial rooms and also area of infra-red heaters are submitted depending on height of their installation.
Постановка проблеми
Мета опалення - забезпечення приємного відчуття тепла, яке є суб'єктивним відчуттям людини, що базується на комплексному впливі зовнішніх факторів. Суб'єктивні відчуття складаються з декількох, частково селективних і частково адитивних. Такими є, наприклад, температура повітря, його рухомість, і т.п. Серед домінуючих ефектів є випромінювання огороджуючих конструкцій, що і складає основу радіаційного опалення. Тепловиділення від людини випромінюванням виникають, коли довкілля, а саме огороджуючі конструкції, мають меншу температуру ніж тіло людини. Якщо збільшити середню температуру огороджуючих конструкцій, наприклад, за рахунок опромінення їх інфрачервоними нагрівачами, то тепловиділення за рахунок випромінювання падають і можна досягти відчуття тепла. Таким чином ефект опалення досягається тим, що температура повітря, а значить і тепловтрати в приміщенні не змінюються, в той же час людина, що перебуває в цьому приміщенні, відчуває підвищення температури.
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Важливість і можливість застосування інфрачервоних нагрівачів в якості опалювальних приладів досліджувалось багатьма авторами [1-3].
Сьогодні існує велика кількість різноманітних інфрачервоних нагрівачів. В основному вони поділяються на дві категорії: високої інтенсивності, в яких спалювання газу відбувається на поверхні керамічних насадок, що нагріваються до температури 950 °С; низької інтенсивності, в яких відбувається процес згорання всередині опалювальної труби і її поверхня нагрівається до температури 350 ... 450 °С.
Не викликає сумніву ефективність використання інфрачервоних нагрівачів для опалення достатньо високих виробничих приміщень. Оскільки такі системи є низько інерційними і запустивши їх перед початком зміни, вони відразу виходять на режим. При цьому люди, які перебувають в цеху, відчувають себе комфортно тому, що перебувають під дією теплового опромінення. За рахунок цього користувач може звільнити значну частину коштів на покриття витрат за енергоносії. Тому такі системи вважають енергозберігаючими.
На мал.1 зображено порівняльну характеристику можливості застосування конвективних та променевих систем опалення в залежності від висоти і якості ізоляції приміщень [4].

Рис. 1. Ефективність застосування конвективних та променевих систем опалення
від висоти та якості теплоізоляціі приміщення
Мета цієї роботи - створення методики інженерного розрахунку систем опалення з використанням інфрачервоних нагрівачів.
Виклад основного матеріалу
Були проведені аналітичні дослідження та аналіз факторів, які впливають на інтенсивність та ефективність роботи інфрачервоних нагрівачів у виробничих приміщеннях з метою їх опалення. Такими факторами є:
1.Абсорбційні втрати. Трьохатомні гази (ССЬ, НгО), а також пил поглинають частину випромінювання, в першу чергу в залежності від відстані до нагрівача. Це і визначає втрати на абсорбцію, величина яких приймається приблизно 3% ... 6%.
2. Втрати на розсіювання. Випромінювання від нагрівача розповсюджується прямолінійно. Таким чином, якщо від зовнішніх захищень видно випромінювач, то очевидно, що теплові промені попадають на ці поверхні. Менш очевидно - доля вторинного випромінювання, що попадає на ці захищення. Частина променів відбивається від поверхонь, а відбиті промені знову попадають на деякі поверхні, звідки знову частина відбивається. Процес нагадує систему, що загасає. Найбільш корисна частина випроміненого тепла - тепло, що поглинулося підлогою, людиною та огороджуючими конструкціями. Випромінення, що попадає на огороджуючі поверхні, вважається втратами з точки зору випромінення, а не з точки зору конвекції. Втрати тим більші чим менший емісійний фактор довкілля. Наприклад, підлога бетонна, предмети темного кольору, то фактор емісії високий, а втрати на відбивання менші. Втрати на розсіювання, як правило, складають 15 ... 20 %.
Під час розрахунку необхідно також враховувати добавки до потужності нагрівачів.
Такими є:
1. Трансмісійні. Це добавки до потужності, що компенсують втрати тепла крізь огороджуючі конструкції.
2. Інфільтраційні. Це добавки, що враховують втрати тепла за рахунок місцевої витяжної вентиляції, ворота або нещільності у вікнах.
Для приміщень, що опалюються випромінювачами, величина таких добавок складає 5 ...30%.
3. Добавки на розташування нагрівачів. Для висоти до 5 м влаштування інфрачервоних нагрівачів не потребує ніяких добавок. Більше 5 м потужність потрібно збільшувати на 3 ... 5% на кожний метр.
Враховуючи ці фактори в табл. 2 наведені величини потреби в теплі для виробничих приміщень при кратності повітрообміну К=1 год"1 [4].
Таблиця 1
Теплова потужність інфрачервоних нагрівачів, Вт/(м3 х °С)
[Вт/(м2 х °С)]
Ступінь теплової ізоляції зовнішніх захищень приміщення
Об'єм приміщення, м3


> 1000
5000
25000

Ізоляція дуже добра1
1,17
[4,16]
0,9 [3,2]
0,72 [2,56]

Ізоляція середня2
1,36 [4,81]
1,05 [3,7]
0,84 [2,76]

Ізоляція традиційна 3
2,08 [7,28]
1,6 [5,6]
1,28 [4,48]

Ангари 4
3,64 [12,74]
2,8 [9,8]
2,24 [7,84]


1Ізоляція стін і даху мінеральною ватою товщиною 50 мм, засклення до 10 %. 2Ізоляція стін і даху мінеральною ватою товщиною 50 мм, засклення до 40 %;
3 Дах неізольований, засклення до 10 %;
4Стіни і дах без ізоляції.
Під час визначення потужності інфрачервоних нагрівачів слід враховувати фактори теплового комфорту.
За нормами ISO 7730 це є:
температура повітря в приміщенні;
температура поверхні захищень;
рухомість повітря (<0,8 м/с);
відносна вологість повітря (45 ... 75).
Людина відчуває зміни теплового комфорту, при якому температура в приміщенні tnp відповідає температурі повітря tв та температурі поверхонь захищень tпов
, оС (1)
У випадку, коли здійснюється опалення опроміненням, людина оцінює температуру в приміщенні, яка називається температурою відчуття і вона визначається:
, оС (2)
у якій: tв - температура повітря, °С; 0,072 - коефіцієнт Бедфорда; і - інтенсивність випромінювання, Вт/м2.
Температура відчуття завжди вища за температуру повітря.
На мал. 2 зображено спосіб визначення площі нагріву інфрачервоними нагрівачами низької інтенсивності в залежності від висоти встановлення.

Рис. 2. Ілюстрація способу визначення площі опромінення
1 - інфрачервоний нагрівач довоюиною L, м встановлений на висоті Н, м;
2 — площа опромінення.
Для зручності обчислень була встановлена графічна залежність площі прогріву від висоти встановлення нагрівача.
Для прикладу брались випромінювачі Solaronics типу TL.
Ці номограми апроксимовані залежностями.
а) для горизонтально влаштованих приладів:
, м2 (3)
, м2 (4)
, м2 (5)
б) для приладів влаштованих з нахилом 30°:
, м2 (6)
, м2 (7)
, м2 (8)


Рис. З Залежність площі опромінення S, м2 від висоти встановлення Н, м нагрівачів.
а) прилад влаштований горизонтально; б) прилад влаштований з нахилом 30о.
Висновки В роботі наведений приклад методики інженерного підбору потужності системи опалення інфрачервоними нагрівачами, визначення площі нагріву виробничих приміщень в залежності від висоти встановлення нагрівачів. Запропонована аналітична залежність дозволяє значно спростити інженерні розрахунки.
Література
І.Бураковский Т., Гизинский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели. Пер. с полъск. - Л.: Энергия, 1978. - 408 с. 2.АнгоМ.А. Инфракрасные излучения. -А/. -Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 81 с. З.Ициксон B.C., Денисов Ю.Л. Инфракрасные газовые излучатели. -М.: Недра, 1969. - 277 с. 4.Konrad Bakowski „Sieci I instalacje gazowe" Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa, 2002.