В настоящее время одной из основных задач в обеспечении теплом любого помещения является снижение энергозатрат.

Огромные заводские площади отапливать с помощью традиционных методов отопления — водяного или воздушного — неэкономично. Вследствие образующейся под потолком тепловой «подушки», плохой теплоизоляции зданий, нерациональной транспортировки от источника к потребителю теряется огромное количество тепла. В большинстве подобных случаев наиболее эффективно применение системы газового лучистого отопления, позволяющей сократить потери тепловой энергии на 30–70%.

Лучистое отопление — это передача тепла от более нагретых поверхностей к менее нагретым посредством инфракрасного излучения. Передача тепла этим излучением имеет такие же свойства, как и электромагнитное в любом другом диапазоне: инфракрасное излучение распространяется прямолинейно, не поглощается прозрачным воздухом или вакуумом.

В 30-е годы прошлого столетия появились первые инфракрасные керамические нагреватели — «светлые». Однако из-за большого количества недостатков эти нагреватели не получили должного распространения.

В 70-е годы появились «темные» инфракрасные нагреватели, при разработке которых были учтены недостатки «светлых». Они стали применяться во всех отраслях промышленности.

В первую очередь светлые излучатели от темных отличает температура излучающей поверхности. У светлых она 800–1200°С, у темных 150–450°С, что соответствует длине волны у светлых 1–3 мкм, у темных 9–15 мкм.

Процесс горения у светлых излучателей происходит непосредственно на излучающей поверхности, т.е. открыто и небезопасно, а у темных — процесс горения происходит в полностью закрытом пространстве. Это предъявляет более жесткие требования к применению светлых излучателей по пожарным нормам.

Одним из недостатков светлых излучателей является применение керамической пластины, которая требует определенных условий эксплуатации: большое внимание к чистоте воздуха в отапливаемом помещении, необходимость систематического продувания пор пластины сжатым воздухом. Несоблюдение условий эксплуатации приводит к засорению и зашлаковыванию пор и поверхности, что вызывает местные перекаливания поверхности и ведет к разрушению излучающего элемента. У темных излучателей этот недостаток полностью исключен, т.к. температура поверхности значительно ниже, излучающая поверхность выполнена из жаропрочной стали, у которой температура горения газа без наддува не вызывает прогорания.

Следующим недостатком светлого излучателя является маленькая площадь излучающей поверхности, что приводит к высокой плотности теплового потока. Из-за этого трудно получить равномерное температурное поле, появляются тепловые пятна, разница между которыми очень ощутима, это вызывает дискомфорт у людей, пребывающих в зоне отопления. ГОСТ 12.1.005.-88* «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» ограничивает плотность теплового потока на незащищенных участках головы величиной 15 Вт/м2, а при понижении температуры на 4°С — 75 Вт/м2. Такой плотности потока у светлых излучателей добиться практически невозможно.

Темные излучатели имеют значительно большую поверхность излучения, плотность теплового потока гораздо ниже, чем у светлых, и они удовлетворяют санитарно-гигиеническим требованиям. А с помощью излучателей, длина которых может достигать 21 м, возможно получение равномерных температурных полей с низкой интенсивностью излучения.

Открытый процесс сгорания на поверхности светлого излучателя, невозможность отвода продуктов сгорания и контроля за качеством горения приводят к выделению в отапливаемое помещение большого количества вредных выбросов. Исследования, проведенные НИИ медицины труда РАМН (г. Москва) показали, что в этих выбросах помимо обычных продуктов сгорания газа (СО, СО2, NOx) присутствуют бензол, ацетон, формальдегид, метанол, бензапирен и др. Даже небольшое количество хотя бы одного из них способствует развитию опухолевых заболеваний. Эти недостатки обязывают Заказчика учитывать эти вредности при расчете общеобменной вентиляции и увеличивать нагрузку на вентиляцию.

При использовании темных излучателей, конструкция которых позволяет качественно регулировать процесс горения и осуществлять контроль за выбросом продуктов сгорания, в дымовых газах присутствуют только естественные продукты горения природного газа. Также имеется возможность закрытого удаления продуктов сгорания газа из отапливаемого помещения без применения дополнительной приточно-вытяжной вентиляции (См. статью «Медицинские аспекты применения газовых горелок инфракрасного излучения для отопления производственных помещений», журнал «Медицина труда и пром. экология», 1996 г. № 9). В этой же статье отражено неблагоприятное воздействие на организм человека и зрение коротковолнового излучения. В связи с этим ГИИ не должны размещаться в зоне прямого воздействия на глаза человека.

Большое количество недостатков и, в первую очередь, несоответствие современным санитарно-гигиеническим требованиям привели к большому ограничению по применению светлых излучателей, а в некоторых европейских странах — к полному запрещению.

Применение в России светлых излучателей обусловлено их кажущейся более низкой стоимостью по сравнению с темными. Однако их использование ведет к дополнительным затратам.

В первую очередь — это увеличение нагрузки на вентиляцию до 30%, рост заболеваемости персонала (вредные выбросы, неравномерность теплового потока), низкий срок эксплуатации (учтен даже в ГОСТе 21204-97 «Горелки газовые промышленные» п. 4.3.1.), необходимость в более частом и качественном техобслуживании по сравнению с темными ведут к увеличению эксплуатационных затрат.

Высокая температура выброса с продуктами сгорания (до 800°) приводит к большим теплопотерям через кровлю. Также оконное стекло является проницаемым для тепловых лучей с длиной волны до 4 мкм, что приводит к дополнительным теплопотерям через остекление помещения. Все эти факторы приводят к необходимости установки оборудования заведомо большей мощности, т.е. к увеличению тепловых нагрузок, и как следствие — к увеличению стоимости.

Все вышеуказанные причины, по мнению многих специалистов — теплотехников, позволяют эффективно применять светлые излучатели для локального обогрева рабочих мест на открытых и полуоткрытых площадках, а также для нагрева инертных материалов.

Наш многолетний опыт работы показывает, что темные излучатели являются наиболее экономичным и экологически безопасным способом отопления промышленных предприятий.

Современный газовый отопительный прибор (темного длинноволнового излучения) представляет собой трубу Ж 75–120 мм. С одной стороны трубы устанавливается горелка, с другой — вентилятор. Над трубами крепится рефлектор из полированной стали или алюминия. Вся конструкция подвешивается под потолком или на стене внутри здания.

Принцип действия систем темного лучистого отопления состоит в том, что высокотемпературные продукты сгорания газа проходят внутри теплоизлучающих труб. В качестве теплоизлучающих используются стальные трубы, обработанные специальным термостойким покрытием с высокой степенью черноты (до 0,92–0,97), которое позволяет смещать спектр излучения в сторону инфракрасного. Трубы передают 50–75% теплоты инфракрасным излучением в рабочую зону помещения, обогревая людей, нагревая полы и оборудование.

Остальные 25–42% теплоты компенсируют теплопотери кровли и верхнего пояса стен, а остывшие продукты сгорания отводятся в атмосферу, и на их место непрерывно в систему поступают газ и воздух. Доля отводимой в атмосферу с продуктами сгорания теплоты составляет не более 5–8% общего ее количества, полученного при сжигании газа.

Последнее достигается высокой эффективностью регулирования процесса горения. Установки газового лучистого отопления работают на природном или сжиженном газе. Причем, переход с одного вида газа на другой не требует сложных изменений в конструкции горелки или замены оборудования. Для системы газового лучистого отопления используется газ низкого давления с параметрами от 200 до 500 мм водяного столба. Во время работы горелка дает пламя, а вентилятор создает тягу для продуктов горения, которые, пройдя по всей длине устройства, выбрасываются либо внутрь помещения, либо наружу через специальный вытяжной дымоход. Удаление продуктов сгорания осуществляется специальными дымоходами из алюминия или стали 100–200 мм. Применяются индивидуальные дымоходы от вентилятора каждой установки или централизованный общий дымоход с одним вытяжным вентилятором. К такому вентилятору можно подсоединить до 10 установок. Трубы, в которых циркулируют высокотемпературные продукты горения, нагреваются от 150 до 650°С и испускают лучистое тепло. Металлический рефлектор отражает инфракрасное излучение, направляя его вниз, в зоны пребывания людей, оборудования или складируемой продукции. Эта энергосберегающая технология предназначена для создания и поддержания требуемых параметров тепло-влажностного режима систем микроклимата производственных, общественных, сельскохозяйственных помещений, складов, открытых площадок, спортивных сооружений.

При применении системы газового лучистого отопления решаются проблемы:

1. Проблема потерь при высоких помещениях

Если помещение имеет большую высоту и объем, то отопление его традиционными системами требует очень больших затрат. Градиент температур при традиционном отоплении достигает 2,5°С на 1 м высоты, а при лучистом отоплении он составляет 0,5°С на 1 м высоты. В случае применения СГЛО не образовывается тепловой «подушки» под потолком, кровля не перетапливается.

2. Проблема потерь при большом обмене воздуха

Отличительной особенностью СГЛО является обогрев помещения с помощью потока лучистой энергии инфракрасного (теплового) спектра. Поток лучистой энергии, направляемый расположенными непосредственно над обогреваемой зоной лучистыми обогревателями, не нагревая окружающий воздух, падает на пол, установленное в обслуживаемой зоне оборудование и находящихся в этой зоне людей. В свою очередь, пол и оборудование, нагреваясь, конвекцией отдают это тепло окружающему их воздуху. При использовании лучистого отопления нагревается не воздух, а предметы, находящиеся в рабочей зоне. Что же касается находящихся в обогреваемой зоне людей, то их комфортное состояние, соответствующее степени интенсивности труда, поддерживается не только за счет температуры окружающего воздуха, как при воздушном отоплении, но еще и падающей на них со стороны обогревателей, нагретого пола и оборудования лучистой энергией. Это принципиальное отличие СГЛО от традиционных систем отопления.

3. Проблема потерь при различных режимах работы

В отапливаемой зоне находятся и температурный датчик, который регулирует температуру воздуха в помещении, и непосредственно нагревательный прибор (установки СГЛО), что позволяет системе чутко реагировать на малейшие изменения температуры (±0,5°) и поддерживать ее постоянной, независимо от температуры наружного воздуха. Традиционное отопление инерционно, а при использовании систем лучистого отопления вы можете изменить температурный режим за несколько минут. Тепло вырабатывается непосредственно в месте его использования. К тому же СГЛО имеют возможность программирования температурного режима по рабочим сменам и дням недели, поддерживая рабочий и дежурный режимы. Так предприятие, работающее в одну смену пять дней в неделю, только за счет перевода системы в режим дежурного отопления во внерабочее время, выходные и праздничные дни, сэкономит за год до 44% газа. При двухсменной работе экономия будет меньше, но всё равно составит 31%. При использовании СГЛО заданные комфортные условия пребывания человека в рабочей зоне достигаются при меньшей температуре окружающего воздуха. Объясняется это тем, что в отличие от традиционных систем отопления, где в энергетическом балансе человека участвует только окружающий его воздух, в системах лучистого отопления в условие комфортности человека включается и падающий на его тело лучистый поток. Чем выше интенсивность этого потока, тем ниже комфортная температура окружающего воздуха. При этом для того, чтобы, передвигаясь из теневой зоны в зону лучистого потока, человек не почувствовал разницы в температуре окружающего воздуха, допускается снижение поддерживаемой в помещении температуры воздуха, но не более, чем на 4°С. Но и этого снижения температуры воздуха в помещении вполне достаточно, чтобы расчетные тепловые потери здания упали еще на 9–10%. А это влечет за собой годовую экономию тепла на обогрев здания еще на 19–20% сверх той, что указана выше.

4. Проблема потерь при частичной загрузке производства

Очень важно, что применение СГЛО дает возможность зонного обогрева. При необходимости можно отапливать только ту зону, где непосредственно нужно тепло, а не весь цех. Создавая необходимый тепловой поток, можно обогревать открытые площадки, непосредственно рабочие места. Особые преимущества СГЛО имеет при применении на предприятиях животноводства и птицеводства. Здесь комфорт и гибкость регулирования режима работы систем оборачиваются дополнительными привесами, сокращением сроков откорма, резким снижением потерь молодняка на самых ранних стадиях откорма.

5. Проблема снижения эксплуатационных затрат

К преимуществам этих систем, кроме разницы в тарифах на тепло и природный газ, также следует добавить то, что подводка газовых сетей к установкам обогрева осуществляется одной трубой, а не двумя, как в случае парового или водяного отопления. Кроме того, газопровод не требует дорогой теплоизоляции, имеет на порядок меньшую металлоемкость и значительно больший срок службы. Да и эксплуатационные затраты на обслуживание газопроводов ниже, чем при обслуживании теплотрасс. И главное — он не размораживается.

Как правило, современные системы газового отопления работают в автоматическом режиме, не требуя пристального внимания со стороны эксплуатационного персонала. После установки и наладки о них можно просто забыть на ближайшие 10 лет, ограничившись периодическими осмотрами. Это означает, что затраты на ремонт и обслуживание, составляющие 3–5% общих затрат на системы газового отопления, приведут к их общему снижению, т.к. в альтернативных системах воздушного отопления при централизованной разводке теплоносителя (теплофикационной воды или пара) эти затраты составляют 20–40% от общих затрат этих систем. А эти затраты в 5–10 раз выше, чем при децентрализованном газовом отоплении.

Если просуммировать вышеназванные цифры достигаемого эффекта снижения затрат на отопление и подставить значения для конкретных помещений, то в результате получатся цифры минимум в 3–7 раз меньше ваших реальных затрат. И эти цифры кратности снижения затрат на отопление уже не удивляют тех, кто столкнулся с системами газового лучистого отопления на практике. Порукой тому — наш опыт перевода многих десятков предприятий на СГЛО.

6. Проблемы чистоты окружающей среды

Установки СГЛО работают в режиме оптимального сжигания газа, их КПД составляет 90–93%, а вредные выбросы сведены практически к нулю. Этот тип отопления сейчас становится все более популярным у руководителей предприятий, где заботятся о здоровье сотрудников, а также умеют считать деньги.

Ассортимент оборудования для систем ГЛО, представленный сейчас на российском рынке, достаточно разнообразен, как разнообразна номенклатура оборудования:

Во-первых, по мощности. Сейчас представлены горелки мощностью от 10 до 230 кВт. На наш взгляд, удобнее всего применение установок мощностью 35–65 кВт, т.к. применение маломощных горелок ведет к увеличению стоимости, а применение больших мощных горелок в случае выхода из строя хотя бы одной ведет к значительному снижению отопительной нагрузки.

Далее, установки отличаются по габаритам. Размеры установок колеблются от 3 м до нескольких десятков метров. Применение горелок маленьких размеров ведет к увеличению тепловой нагрузки на п.м. излучающих труб, а применение длинных позволяет «растянуть» тепловую нагрузку. Есть установки в 1, 2 и даже в 3 трубы. Естественно, что линейные установки в 1 трубу дают тепловое излучение ниже почти в 2 раза, чем U-образные.

По степени регулируемости представлены одно- и двухступенчатые горелки. Конечно, наиболее экономично применение двухступенчатых горелок.

Очень важным показателем работы установок является лучистый КПД. Т.е. то количество тепла, которое передается в рабочую зону непосредственно тепловым излучением. Этот показатель, помимо температуры излучающих труб, зависит от конструкции, конфигурации и материала отражателя. Оказывается, наиболее высокой интенсивностью теплового потока обладают черные трубы с теплоизолированным алюминизированным (серым) отражателем. Такие установки имеют лучистый КПД до 75%, по сравнению с 50% у обычных излучателей. От конфигурации отражателя зависит степень переоблученности труб, т.е. то количество теплоты, которое не может попасть в отапливаемую зону, а идет на перегрев труб и отражателя.

Наш многолетний опыт работы по внедрению СГЛО различных фирм дает нам возможность оценить преимущества и недостатки оборудования. Его можно разделить на три группы.

К первой группе можно отнести оборудование, изготовленное в Германии, Чехии, Канаде, Франции. Это наиболее качественное высокотехнологичное оборудование с хорошими эксплуатационными показателями, его отличают высококачественная автоматизация процесса горения, большой, до 25 лет, срок службы. Оно изготовлено из современных материалов с использованием новейших технологий. Фирмы-изготовители являются разработчиками своего оборудования, имеют свою научно-исследовательскую базу, позволяющую вносить новейшие достижения науки и техники в изделия. Как правило, поставщики дают от 2 до 5 лет гарантии на это оборудование.

Тут же хотим предупредить, что речь идет о фирмах-изготовителях, а не о посреднических фирмах, которые под своей маркой продают оборудование из Англии, Италии и т.п. Как правило для перепродажи предлагается более дешевое, но не самое качественное оборудование.

Ко второй группе мы относим оборудование, изготовленное в Италии, Англии, Венгрии, США, и оборудование некоторых совместных российских предприятий. Это оборудование характеризует применение низкосортных материалов и простых технологий, практически, это морально устаревшее оборудование, которое имеет небольшой срок службы.

Через 2–3 года эксплуатации (даже при грамотной наладке) приходится менять блоки и детали установок.

К третьей группе мы относим оборудование, которое выпускается в России. К сожалению, нынешние российские производители находятся на начальном этапе производства этого оборудования, допускается много технических ошибок и недочетов, технологическая дисциплина и качество материалов на низком уровне, а о качестве автоматики безопасности и регулирования вообще не приходится говорить. Что касается цен на установки ГЛО, то разница в цене между первой и третьей группами подчас составляет не более 20%.

При подборе оборудования необходимо оценивать прежде всего, насколько оно подходит к тому или иному помещению. От этого зависит в полной мере комфорт ваших сотрудников, а также условия эксплуатации дорогостоящего оборудования или условия складирования и хранения продукции и материалов. Также стоит учитывать, что за низкой по сравнению с другим оборудованием стоимостью, нередко скрывается низкое качество.

Некоторые фирмы добиваются снижения стоимости за счет снижения материалоемкости установок и применения морально устаревших комплектующих. Вследствие этого трубы прогорают в течение 1–2 отопительных сезонов, отражатели теряют свою отражательную способность в течение 1 отопительного периода, вентиляторы, газовые клапана и блоки не служат и 3 лет.

Также необходимо учесть, что применение систем газового лучистого отопления ограничено категорийностью помещений (кроме категорий А, Б, В1, не ниже III степени огнестойкости), особенностью конструкции зданий (низкие потолки — ниже 4 м, наличие особого оборудования и инженерных коммуникаций, перекрывающих прямое тепловое излучение, наличие большого количества небольших помещений и т.п.), назначение помещений (склады пищевых продуктов, лакокрасочных изделий и т.п.), а также необходимостью нагревать большое количество приточного воздуха.