Издательский Центр Аква-Терм

Современные системы инфракрасного отопления

Опубликовано: 09 июля 2010 г.

524

М. Лукьянцев

Строго говоря, любой отопительный прибор, температура поверхности которого превышает температуру воздуха в обогреваемом помещении, можно называть инфракрасным: та или иная часть тепла передается от него лучистым (радиационным) способом. В то же время применительно к современному рынку инфракрасными принято называть приборы с высокой (до 70 %) лучистой составляющей в общей теплопередаче. Ассортимент такого оборудования позволяет решать широкий спектр задач – от комфортного отопления жилых помещений до обогрева производственных цехов и открытых площадок.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Немного теории
Главное отличие лучистого отопления от отопления посредством систем других типов заключается в механизме достижения требуемой температуры в помещении и распределения тепла.

При инфракрасном отоплении обогрев помещения происходит главным образом за счет лучистого теплообмена между обогревателями и поверхностями строительных конструкций, различных объектов, находящихся в обслуживаемой зоне. Попадая на поверхность ограждений и предметов, излучение частично поглощается и частично отражается ими. При этом имеет место так называемое вторичное излучение.

Температура поверхностей, находящихся под воздействием системы лучистого отопления, превышает температуру окружающего воздуха. В условиях установившегося теплового режима эта разница обычно составляет 1–2 °С для металлических поверхностей и 3,5–5 °С – для неметаллических.

При конвективном отоплении температура воздуха, наоборот, превышает температуру поверхностей строительных конструкций и предметов.

Конвективные системы, к которым относятся воздушные, радиаторные и конвекторные, нагревают воздух в помещении до нормативной температуры 18–22 °С. В помещениях небольшого объема (квартира, офис) это не приводит к заметному увеличению расхода тепла. Другая ситуация возникает при отоплении крупных производственных или коммерческих помещений высотой 5 м и более. В данном случае поднимающийся к потолку нагретый воздух создает так называемую тепловую подушку в верхней зоне помещения. Теплопотери при этом значительно возрастают.

Таким образом, лучистое отопление способствует более равномерному, чем конвективное, распределению тепла по высоте и не приводит к образованию тепловой подушки под потолком (рис. 1). Возникающие при этом температурные условия близки к природным, когда в солнечный день человек чувствует себя комфортно даже при умеренной (15–16 °С) температуре воздуха.

Остановимся подробнее на механизме воздействия лучистого отопления на человеческий организм. Как правило, теплоотдача человека осуществляется следующим образом: 50 % – излучением, 25 % – конвекцией, 22 % – с испарением и 3 % – с дыханием. Таким образом, на излучение приходится половина всех теплопотерь. Как уже говорилось, в процессе лучистого обогрева имеет место отражение электромагнитных волн инфракрасного диапазона поверхностями предметов, благодаря чему снижаются теплопотери человека излучением в направлении этих поверхностей и улучшается его тепловое самочувствие.

В зависимости от интенсивности и длины волны инфракрасного излучения, реакции человеческого организма на его воздействие могут быть оптимальными, допустимыми и повреждающими. Последние возникают при превышении порогов интенсивности излучения, зависящих от длины волны. Например, при длине волны 1,5 мкм порог повреждающего воздействия составляет 50, 3 или 6 мкм – 100, 4,5 мкм – 150 Вт/м2.

Человеческое тело излучает тепло в диапазоне 3–50 мкм. Пик приходится на 9,6 мкм. При воздействии на организм волн данной длины происходит активное поглощение внешней энергии. При этом на клеточном уровне активизируются позитивные процессы. Напротив, излучение с длиной волны менее 1,5–2,27 мкм отрицательно влияет на здоровье человека.

Подытожим: основное преимущество лучистого отопления перед конвективным заключается в возможности создания комфортных температурных условий при более низкой (на 3–5 °С) температуре воздуха. Тепловая энергия поступает непосредственно в обслуживаемую зону, что также приводит к снижению теплопотерь. В среднем применение систем лучистого отопления приводит к экономии 25–40 % тепловой энергии в производственных помещениях высотой 5 м и более. Радиационное отопление только рабочих мест в односменном режиме при температуре в помещении 12–15 °С позволяет на 60–70 % уменьшить затраты на отопление.

Полная классификация инфракрасных обогревателей включает «светлые» высокотемпературные излучатели (температура излучающей поверхности выше 1000 °С), «светлые» среднетемпературные (800–1000 °С), низкотемпературные каталитические (600–800 °С), «темные» (400–600 °С) и «супертемные» (200–400 °С). Однако на практике обычно говорят только о «светлых» и «темных» приборах. В табл. указаны основные параметры инфракрасных обогревателей этих типов (речь в данном случае идет о приборах, которые одновременно играют роль генераторов тепла).

На газе и жидком топливе
Для отопления производственных и коммерческих помещений высотой менее 7 м (для некоторых приборов допускается монтаж на высоте 2 м) широко применяют «темные» газовые обогреватели. Процесс сгорания в них организован следующим образом: жидкое топливо (или газ) поступает в блочную горелку и сжигается внутри герметичной стальной или алюминиевой трубки, которая при нагреве становится источником инфракрасного излучения (рис. 2). Продукты сгорания удаляются принудительно при помощи вентилятора и не попадают в помещение: применение «темных» излучателей не требует непрерывной вентиляции помещения.

По возможностям компоновки различают короткие (6–24 м) и длинные (до 350 м) «темные» обогреватели. По форме излучающей трубки – прямые (линейные) и U-образные короткие обогреватели. В свою очередь, по количеству излучающих трубок прямые приборы могут быть одинарными или двойными. Как правило, короткие излучатели имеют мощность от 10 до 60 кВт, длинные – до 500 кВт.

В зависимости от конструкции, «темные» обогреватели могут быть модульными, блочными или ленточными. Первый тип применяется для организации зонного обогрева (рабочее место, столик в кафе и т.п.).

Ленточные обогреватели входят в состав длинных систем различной конфигурации с одним горелочным блоком, собираемых в соответствии с геометрией помещения и необходимостью в обогреве локальных зон. В качестве примера приведем систему ИГБ-240 нижегородской компании «Теплоэлектромаш» (рис. 3), разработанную для отопления крупных российских заводов с площадью помещений 18×90 м и высотой до 40 м. Длина системы – до 87 м, мощность – от 80 до 240 кВт (ступенчатое регулирование). Монтаж производится на высоте 4–35 м.

За рубежом принято размещать излучающие трубки ленточных обогревателей внутри, а горелочный блок – за пределами отапливаемого помещения. В России такое оборудование, включая импортное, полностью устанавливается внутри здания по причине низких (менее –15 °С) наружных температур в отопительный период.

Блочные приборы позволяют осуществлять сборку мультигорелочных систем сложной конфигурации. Горелки всех излучателей, входящих в ее состав, подключаются к одному дымососу. Пример такого оборудования – система MultiEurad фирмы Carlieuklima (Италия), в состав которой может входить до восьми блочных излучателей типа MME мощностью от 27 до 51,9 кВт и длиной до 18 м каждый.

Как и в других областях отопительной техники, производители инфракрасных обогревателей стремятся реализовывать в конструкциях выпускаемых приборов инновационные решения, направленные на повышение экономичности, экологичности и безопасности их работы. Например, такое техническое решение, как рециркуляция дымовых газов, широко применяется в горелочной технике. Примером его реализации в инфракрасных излучателях может служить U-образный прибор Infra 12R Plus мощностью 60 кВт, разработанный итальянской фирмой Systema (рис. 4). Часть продуктов сгорания не выводится в дымовую трубу, а подается обратно к горелке через рециркуляционную трубку, соединяющую установленные на противоположных концах излучающей трубы блоки вытяжного вентилятора и горелки.

Возврат части продуктов сгорания уменьшает концентрацию кислорода в зоне горения, что приводит к понижению температуры в самой горячей области факела и, следовательно, меньшему образованию оксидов азота. Это происходит без потери тепловой мощности горелочного устройства – часть газа, не получившего кислород для быстрого окисления за соплом, сгорает позже. Факел удлиняется, что способствует более равномерному нагреву излучающей трубки.

В качестве одного из новейших примеров приведем специальную огневую головку Agrarnox, анонсированную известным производителем инфракрасных обогревателей «темного» типа Kübler (Германия) и разработанную совместно с компанией E.ON (ранее – Ruhrgas). В результате ее применения содержание в дымовых газах оксидов азота (NOx) и угарного газа (CO) настолько мало, что продукты сгорания могут напрямую, без доочистки подаваться в теплицы. Содержащийся в них углекислый газ будет служить своеобразным удобрением для растений. В настоящее время продукт готовится к выходу на рынок.

Автоматизация работы излучателей снижает потребление энергии и облегчает управление ими. Например, система IQ словацкой фирмы Adrian предусматривает оснащение каждого прибора микропроцессорным контроллером Adrian-Control, позволяющим запрограммировать режим его работы. При этом оптимизация процесса горения производится автоматически и не требует дополнительных устройств. Такие приборы могут быть объединены в комплексные системы отопления больших помещений, микроклимат в которых будет максимально соответствовать заданным параметрам. Наряду с излучателями в единую интеллектуальную сеть можно включить воздухонагреватели, дестратификаторы, воздушные завесы, датчики внутренней и наружной температуры и т.д. Управление системой производится удаленно (с персонального компьютера диспетчера) или непосредственно на объекте (пультом, через инфракрасный порт).

Заметим, что «темные» обогреватели европейских производителей обычно выпускают как в газовом, так и в жидкотопливном исполнении. Переход с одного вида топлива на другой осуществляется посредством замены горелки. Однако по маркетинговым причинам такие приборы на российском рынке обычно позиционируются как газовые.

При этом возможна работа излучателей как на природном, так и сжиженном газе. Перевод инфракрасного обогревателя с одного на другой производится заменой форсунки и перенастройкой регулятора давления. Это позволяет в сжатые сроки организовать отопление объекта вне зависимости от наличия подключения к газовой магистрали, а также согласования и получения технических условий на газоснабжение. Кроме того, сжиженный газ можно использовать в качестве резервного топлива.

В газовых инфракрасных обогревателях «светлого» типа отсутствует система удаления дымовых газов. Вместе с более высокими, чем у «темных» приборов, плотностью потока излучения и КПД лучистой составляющей это определило их область применения: стадионы и другие открытые площадки, помещения с высоким – более 7 м – потолком. Кроме того, «светлые» излучатели применяют в таких технологических процессах, как сушка, термообработка, технологический нагрев, оттаивание.

В обогревателях «светлого» типа газ под давлением подается в специальную камеру и смешивается с воздухом, затем газовоздушная смесь попадает на керамические пластины, снабженные множеством отверстий, где и происходит сгорание. Нагреваясь, пластины становятся источником инфракрасного излучения (рис. 5). Для усиления эффекта обогрева, направления излучения в обогреваемую зону и снижения теплопотерь над излучателем размещается отражатель, изготавливаемый из жаропрочной стали или алюминия. Сверху отражатель может быть теплоизолированным.

При монтаже газовых обогревателей «светлого» типа необходимо соблюдать требования по размещению горелок на безопасном расстоянии от горючих материалов. Другое условие – постоянная вентиляция помещения.

На российском рынке инфракрасные обогреватели «светлого» и «темного» типов, работающие на газе и жидком топливе, представлены продукцией фирм Adrian (Словакия), Carlieuklima, Fraccaro, Systema (Италия), Detroit Radiant Products (США), GoGas, Kübler, Pender, Schulte (Германия), Pakole (Венгрия), Roberts Gordon (США-Великобритания), SBM, Solaronics Chauffage (Франция), Vlastimil Mandik (Чехия), Ижевского электромеханического завода «Купол», «Теплоэлектромаша» (Россия), компании «Сибшванк» (Россия-Германия) и др.

Отдельную нишу среди инфракрасных излучателей занимают мобильные обогреватели, различающиеся по областям применения и источнику энергии. Переносные приборы, сконструированные для работы на сжиженном газе (рис. 6), используются для временного создания комфортных условий на небольших открытых площадках – террасах ресторанов, приусадебных участках и т.д. Типичная компоновка такого прибора представляет собой (снизу вверх) цилиндрический корпус в основании, стойку, инжекционную горелку низкого давления и конусообразный отражатель («зонтик»). В корпусе размещается баллон для сжиженного газа, шланг от которого проходит внутри стойки. Зона горения локализована металлическим сетчатым излучателем. Блок ручного управления (пьезорозжиг, регулятор мощности) находится в верхней части стойки.

В нашей стране предлагаются уличные инфракрасные обогреватели марок Kroll (Германия), «Мастер-Лето» (Иркутский завод бытового оборудования), «Солярис» (ГК ТСС), «Тибет» (Ижевский электромеханический завод «Купол») и др.

Для локального обогрева производственных помещений (строительные объекты, склады, мастерские), а также технологических процессов (нагрев трубопроводов, оттаивание, просушка) применяют мобильные инфракрасные теплогенераторы на жидком топливе (рис. 7). Примером такого прибора может служить обогреватель Kroll IR33 мощностью 33 кВт. Горелка с рефлектором, установленная на мобильной платформе, позволяет менять угол наклона. Аппарат оснащен топливной емкостью объемом 46 л, потребление которого составляет 2,78 л/ч. Для работы требуется подключение к электросети. На российском рынке приборы этого типа предлагают также фирма Master (США) и Ижевский электромеханический завод «Купол».

Другие решения
История инфракрасного отопления в нашей стране насчитывает более ста лет: первые дома, отапливаемые посредством встроенных в бетонные стены труб с теплоносителем (вода или пар), появились в России в начале ХХ в. Позднее подобные схемы широко использовались в СССР для отопления общественных и жилых зданий. В наше время развитие технологии применения нагретой воды в системах лучистого обогрева привело к распространению модульных водяных потолочных панелей.

Панели используют воду центрального отопления и не требуют ни организации отвода продуктов сгорания, ни вентиляции помещения. Рынком предлагается сегодня широкий ассортимент таких приборов, предназначенных для отопления различных объектов с высотой потолков до 30 м. Пожаробезопасность этих систем позволяет применять их на специальных объектах, например, деревообрабатывающего, лакокрасочного и бумажного производства. В помещениях высотой от 2,5 м могут использоваться низкотемпературные (от 40 °С) панели.

Конструкция панели представляет собой стальной или алюминиевый излучающий экран, внутри которого проходят стальные или медные трубки (рис. 8). Верхняя часть экрана имеет теплоизоляцию.

Использование воды в качестве теплоносителя позволяет с высокой точностью управлять мощностью работы системы с помощью регуляторов объемного потока, настроенных на заводе с учетом требований проекта.

Современные системы имеют модульную конструкцию (рис. 9). Так, в состав системы Zehnder ZIP входят модули шириной 320 мм и длиной 2, 3, 4, 5 или 6 м, что позволяет подобрать комбинацию для помещений любой длины и ширины.

Специальные исполнения предлагаются для помещений с повышенной влажностью (бассейны, автомойки) и повышенными требованиями к гигиене (операционные), для встроенного монтажа в фальш-потолках из гипсокартона. Комбинированные модели способны работать в режиме охлаждения.

Разработчики инфракрасных потолочных панелей уделяют особое внимание дизайну приборов, предлагая, в частности, оборудование широкой цветовой гаммы.

Среди представленных в нашей стране водяных потолочных панелей – продукция Carlieuklima, Fraccaro (Италия), Frico (Швеция), Zehnder (Германия) и других компаний.

В заключение отметим, что за рамками этой статьи остался отдельный класс инфракрасных обогревателей – электрических. Сегодня в России предлагаются ТЭНовые, галогеновые и карбоновые стационарные и переносные электроприборы, выпускаемые как зарубежными (Energotech, Frico, Remko), так и отечественными («Билюкс», «Макар») производителями. Область их применения охватывает не только бытовой обогрев, но и промышленное отопление с установкой на высоте до 20 м.

Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 6(46) 2008




Поделиться:

вернуться назад