Лучистая отопительная система
Однако вопреки этой бесспорной выгоде лучистого отопления отношение заказчиков к данному типу отопления пока очень осторожное. Они часто выбирают более традиционные системы отопления, которые не вполне подходят для больших помещений, в результате чего тратят на не столь комфортное отопление гораздо больше.
Недоверие заказчиков связано, с одной стороны, с закрепившимся стереотипом — в советское время для отопления промышленных помещений большой площади использовали системы с центральными котельными, а с другой, — с незнанием физического принципа лучистого отопления. К тому же, по правде говоря, разработка проекта лучистого отопления сложнее, и в нем необходимо учитывать множество условий, влияющих на тепловой комфорт человека, находящегося в зоне лучистого отопления.
Расскажем подробнее о лучистом отоплении
Прежде всего, что такое тепло и как человек его чувствует? Как нас учили в школе, температура вещества — это одно из проявлений его энергии, например тепловой вибрации молекул вещества.
Эта энергия распространяется в основном тремя способами:
1. Конвекцией, или распространением воздуха.
2. Кондукцией, то есть проводимостью.
3. Электромагнитными волнами, или излучением.
Первый и второй способы передачи энергии — конвекцию и кондукцию — как раз и используют конвекционные тепловоздушные отопительные системы. В этом случае тепловая энергия воздуха, согретого конвекторами или тепловоздушными обменниками, распространяется в пространство постепенной передачей энергии (тепла), причем сам источник энергии охлаждается.
|
|
|
Необходимым условием такого распространения тепла является вещественная среда, так как передача энергии (тепла) происходит при непосредственном соприкасании молекулы вещества с более высокой температурой с молекулой более низкой температуры. Человек в отапливаемом пространстве становится составной частью системы и ощущает тепло как непосредственную тепловую энергию окружающего воздуха и предметов, с которыми соприкасается. Таким образом, для конвек-ционно отапливаемого пространства действителен закон, согласно которому температура воздуха (tv), согретого конвекторами, выше или равняется температуре окружающих предметов (tp), которые должны быть согреты этим воздухом.
Над другим способом распространения тепловой энергии — излучением — мы часто даже не задумываемся, хотя с ним встречаемся каждый день. Этим способом Солнце передает свою тепловую энергию поверхности Земли, от которой впоследствии нагревается воздух. В данном случае речь идет о передаче тепла электромагнитным излучением определенной длины волны.
|
|
|
Энергия электромагнитного излучения трансформируется в тепло после попадания излучения на поверхность предметов, которые данную энергию поглощают. Здесь действительна физическая симметрия между излучением и поглощением энергии черного тела. Если мы нагреваем тело, оно начинает излучать электромагнитные волны (энергию) в окружающее пространство. Если данная энергия поглощается другим телом, это приводит к нагреванию этого тела, что и используется при лучистом отоплении, В этом случае лучистые отопительные устройства, которые размещают на определенной высоте над полом, излучают электромагнитные волны, которые с очень незначительными потерями проходят через воздух, поглощаются полом, вследствие чего повышается температура пола и предметов, на которые попадает излучение. Согретый таким образом пол нагревает воздух.
Влияние лучистого отопления на человека можно сравнить с прогулкой в солнечный весенний день. Температура воздуха еще не достаточно высокая, однако солнечные лучи уже согревают землю, и человек ощущает их как приятное тепло.
Упомянутое выше равенство между температурами воздуха и предметов в обоих случаях действительно только в домах с качественной теплоизоляцией.
|
|
|
Приведенные свойства можно отобразить следующим образом:
1. Пере дача тепла конвекцией: tv > tp.
2. Передача тепла: конвекционное тело — согревание воздуха — согревание человека.
3. Передача тепла излучением: tv < tp.
4. Излучающее устройство: согревание предметов и человека — согревание воздуха.
Для того чтобы сравнить эффективность конвекционного и лучистого отопления в типичном промышленном помещении, попробуем проанализировать требования к состоянию теплового комфорта человека и энергетические параметры обеих систем отопления.
Тепловой комфорт
Тепловой комфорт можно определить как приятные ощущения человека в отапливаемом пространстве.
На тепловые ощущения человека и его комфорт влияют несколько факторов, из которых самими важными являются:
— температура воздуха tv (°С);
— температура плоскостей, ограничивающих интерьер,— tu (°C);
— скорость перемещения воздуха в помещении — w (ms-1);
— тепловое сопротивление одежды — Re (m2.K.W-l);
— уровень активности человека — Q (W);
— относительная влажность среды — ф (%).
Температура воздуха в помещении обычно относится к первичным критериям оценки теплового состояния отапливаемого помещения. Этот критерий вместе со скоростью перемещения воздуха определяет конвекционную передачу теплового потока от человека к окружающему пространству.
|
|
|
В обычных отапливаемых домах при температуре 18-20° С допускается движение воздуха не более 0,1 м/с. Идеальное отопление должно было бы обеспечить такое вертикальное распределение воздуха в помещении, при котором температура на уровне высоты головы человека (приблизительно 1,7 м над полом) была бы примерно на 2° С ниже, чем на уровне 10 см над полом.
Значительное влияние на тепловой комфорт человека имеет температура ограничивающих плоскостей помещения, которая должна быть такой, чтобы разница температур стен и пола и температуры воздуха составляла не более 7° С, если человек отдыхает, и не более 10° С, если он работает.
Среднее арифметическое эффективной температуры стен и температуры воздуха в интерьере (ti) можно определить как внутреннюю температуру в помещении. Эта температура измеряется сферическим термометром в центре помещения на высоте 1 м от пола, что соответствует центру тяжести стоящего человека. Значение измерения обычно является нормативным значением для проектирования технологии отопления в помещении.
Если влажность воздуха в помещении варьируется в диапазоне 35-70%, она не влияет на ощущение теплового комфорта человека, так как наличие водяного пара в воздухе также воздействует и на интенсивность испарения влаги с тела человека.
Остальные факторы, влияющие на тепловой комфорт в помещении, можно определить как принадлежащие к более широкому набору микроклиматических условий.
К ним относятся:
— частицы пыли в воздухе;
— микроорганизмы или бактерии;
— газы, испарения и запахи разного типа;
— содержание ионов в воздухе.
Оценка потребления энергии
В прошлом оценка потребления энергии на отопление промышленных объектов в соответствующих технических стандартах не устанавливалась и даже не рекомендовалась. Однако предполагается, что в процессе согласования стандартов со стандартами стран ЕС критерии потребления тепла будут нормативно зафиксированы. Потребление энергии для отопления загородного дома оценивают на основе тепловой характеристики объекта qo.
Если действительно соотношение qo < = qo N, объекты удовлетворяют требованиям, в обратном случае они не соответствуют критериям.
Нормативная тепловая характеристика qoN для производственных промышленных объектов определяет объекты:
1) с очень легкой и легкой работой (табл. 4, строка А);
2) со средне тяжелой и тяжелой работой (табл. 4, строка Б).
Тепловая характеристика qoN для производственных промышленных объектов
При расчете потребления тепла и тепловой характеристики зданий исходят из: .
— тепловых потерь, данных стандартом для температуры воздуха внешней среды;
— характеристик смежных строений объекта.
— энергетическими требованиями;
— экономической эффективностью;
— экологической обстановкой.
Отопительные системы по источнику тепла разделяются на:
— центральные (котельная на твердом, жидком, газовом топливе);
— децентрализованные (прямообогревающие устройства).
По дистрибьюции тепла отопительные системы делятся на:
— водяные (с горячей, теплой водой, низкотеп-лотные);
— паровые (среднего и низкого давления).
— тепловоздушные.
По способу передачи тепла отопительные системы бывают:
— конвекционными (отопительные элементы, тепловоздушные, проветривающие и климатизационные устройства);
—- лучистыми.
Лучистые системы, в свою очередь, разделяются на следующие группы:
— светлые излучатели;
— темные;
— супертемные (излучатели, излучающие панели).
Выбор отопительной системы в значительной мере зависит от следующих факторов:
— выбор источника тепла и типа топлива;
— способ дистрибьюции тепла;
— характер отапливаемого помещения;
— способ передачи тепла в помещении.
Исходя из вышеприведенных требований, решение по использованию того или иного типа отопительных систем следует принимать, опираясь на потребност пользователя, что гарантирует высокое эксплуатационное качество в отапливаемом помещении.
Из всего сказанного выше можно сделать вывод, что вопреки необходимости решать эти проблемы комплексно доминирующим остается способ передачи тепла от отапливающего элемента или панели в отапливаемое пространство помещения с использованием конвекционной или лучистой системы; Различный физический принцип передачи тепла и вещества, в случае конвекционного и лучистого отопления, предполагает, что при расчете потребности в тепле для отопления необходимо учитывать все физические законы, которые характеризуют передачу тепла конвекцией и излучением.
Конвекция
При использовании систем конвекционного отопления температура стен (tu) ниже температуры воздуха (tv). tu тем ниже tv, чем хуже теплоизоляционные свойства строительных материалов, использовавшихся при возведении дома, а также, чем ниже внешняя температура (te).
Общие тепловые потери объекта (Qc) равняются сумме тепловых потерь конструкцией (Qp) и тепловых потерь, связанных с вентиляцией (Qv):
Qc = Qp +. Qv Тепловые потери через стены определяются из основной тепловой потери (Qo) суммированием с коэффициентами по следующему соотношению: QP = Qo.(l + pl +Р2), где pi — коэффициент на компенсацию влияния холодных стен; р2 — коэффициент на ускорение нагрева.
Потребность в тепле для отопления с помощью центральной системы отопления выше на 5—15%, чем потребность в тепле при децентрализованном отоплении. Приведенная процентная разница представляет коррекцию на потери в системе доставки тепла.
Лучистая отопительная система
При лучистом отоплении температура воздуха (tv) * ниже температуры окружающих плоскостей (tu). При Я этом tv тем ниже tu, чем хуже теплоизоляционные И свойства строительных конструкций и чем ниже вне-Ш щняя температура (te).
Расчет потребности в тепле для определения тепловой мощности излучателей производится из системы трех линейных уравнений теплового равновесия помещения.
Электромагнитное излучение
Излучение — это передача электромагнитной энергии в виде поперечных волн. Источником энергии являются возбужденные частицы, появляющиеся при возвращении возбужденной частицы на основной энергетический уровень. Данное возвращение сопровождается эмиссией фотонов излучения.
Процесс перехода на уровни может отличаться, и его проявления могут быть различными. Если процесс перехода инициируется столкновениями молекул, которые характеризуют температуру тела, то излучение обозначается как тепловое. Излучение в таком случае может иметь как корпускулярный, так и волновой характер. Квантовые корпускулярные свойства характерны для кратковолнового излучения, а волновые — для длинноволновых излучений. Электромагнитные излучения различных видов похожи друг на друга, но отличаются длиной волны и действием.
Тепловое излучение определяется как та часть спектра, которая характеризируется волновой длиной от 10~7 м до 10~4 м. В этой области находится и диапазон света с длиной волны 3,9.10Г7 до 7,8.10~7 м. Большинство твердых и жидких веществ излучает на всех длинах волн от 0 и до бесконечности и имеет полный спектр излучения. Твердые вещества имеют непрерывный спектр излучения. Излучение зависит от вида вещества, из которого состоит тело, его температуры и поверхности.
Излучение тел с растущей температурой резко возрастает, при этом изменяется и спектр излучаемых волн. Вместе с ростом плотности потока излучения максимум спектральной плотности передвигается в область более коротких волн (приводимая зависимость известна как закон Вена). Таким образом повышается величина излучаемой энергии при коротких волнах. По этой причине при высоких температурах излучение доминирует над конвекцией и проводимостью.
При низких температурах наблюдается обратное явление. В самом излучении участвуют только тончайшие слои на поверхности тела. Тепло, распространяемое излучением, в отличие от тепла, распространяемого конвекцией и кондукциеи, по своим параметрам и тепловому действию приближается к свойствам природного солнечного излучения.
Солнечные лучи, попадающие на поверхность Земли, имеют спектральный диапазон от 260.10“9 до 3000.10-9 м. Это значит, что спектр содержит видимое ультрафиолетовое и невидимое инфракрасное излучение. Излучение инфракрасных излучателей может находиться как в видимой (светлые инфракрасные излучатели), так и в невидимой (инфракрасной) части спектра (темные и супертемные излучатели).
Таким образом, становится ясно, что различный физический принцип передачи тепла требует различных способов расчета и проектирования отопительной системы. Так же и воздействие отопительной системы на тепловой комфорт человека будет отличаться от энергетических требований.
Сравним температурные условия, образованные центральной паро- и тепловоздушной отопительными системами и лучистой системой отопления
(рис. 1).
Рис. 1. Пример температурных условий в помещении при использовании различных систем отопления:
а — при лучистом отоплении;
б — при конвективном отоплении
При конвективном отоплении тепловая энергия поступает в помещение с помощью конвективных устройств и тепловоздушных обменников. Источником тепла является энергия пара, поставляемая с помощью трубопроводов от центрального источника — котельной.
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 тепло-воздушном отоплении в зависимости от высоты представлены на рисунке 2.
Рис. 2. 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, дистрибыоции и обмена тепла (рис. 3).
Рис. 3. 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.
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 лучистый поток образует добавку тепла к температуре воздуха, ощущаемого человеком.
Данный расчет в таком виде является только показательным и предназначен для понимания физического 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 лучистом отоплении может достигать 70% относительно сравнительной паро- и тепловоздушной отопительных систем.
Использование лучистых отопительных систем как прогрессивных и эффективных систем отопления
предоставляет определеннее 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 безопасным.
6. Не требует применения воды.
7. Лучистая система, по сравнению с тепловоздуш-ной, работает практически бесшумно.
8. Лучистая отопительная система не может замерзнуть.
9. Обогрев помещения достигается за 10-25 минут.
10. Легкий монтаж и ремонт.
г. Москва +7 (925) 510-96-92
E-mail: 
7207192@gmail.com Сайт: www.7192.ru
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 41; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!