4.4. Управление температурным режимом с помощью

Описание и работа теплового излучателя.
Назначение теплового излучателя.
Тепловые (инфракрасные) излучатели модели ИК предназначены для
основного и дополнительного (местного) обогрева помещения для создания
комфортной температура в зоне пребывания человека.
Вид климатического исполнения УХЛ 3.1 по ГОСТ 15150-69.
Тепловой поток, который излучает нагретая от 150ºС до 250ºС в
зависимости от конструкции поверхность ИК, беспрепятственно проходят
сквозь воздух, и нагревают непосредственно пол, стены и предметы, которые
в свою очередь нагревают воздух. При такой форме обогрева уменьшается
разница температур у пола и потолка, и нет необходимости прогревать
напрямую объем помещения выше зоны пребывания человека, что
существенно снижает расходы электроэнергии на отопления.
Теоретические особенности длинноволнового обогрева
Все вещества непрерывно излучают электромагнитные волны.
Тепловое излучение (инфракрасное) испускают тела в определенном
промежутке температур.
Тепловое
излучение
(или
лучистое тепло) является одной
форм
электромагнитного
излучения.
из
Р
Рисунок показывает место нахождения теплового излучения в
электромагнитном спектре
Характер теплового (инфракрасного) излучения зависит от длины
волны в определенном диапазоне.
Длина волны ( i ) соответствующая максимальной испускаемой энергии,
определяется соотношением:
i  b / T - Закон Вина
где b – независимая, от материала постоянная, равная 0,2884*10-2 (К*м);
Т =t+273 – температура (в пересчете на кельвины К)
t - температура тела (градусы С)
Длина волны 5-6 мкм относится к правой (так называемой мягкой или
длинноволновой) части инфракрасного излучения. Именно такая длина
волны теплового излучения экологически безопасна и наиболее комфортна
для человека.
Из формулы следует, что для получения i =5,5мкм, необходимо
нагреть тело до 250С. Вернемся к этим расчетам несколько позже.
Характерной
особенностью
передачи
тепловой
энергии
электромагнитным излучением является то, что в отличие, от конвективных
способов передачи тепла здесь нет необходимости в промежуточном
теплоносителе – воздухе, более того, воздух для электромагнитных волн
прозрачен
(вспомним
как
солнце
обогревает
землю),
волны
беспрепятственно проникают на большие расстояния и вызывают
поверхностный нагрев предметов, находящихся на их пути. В свою очередь
предметы нагревают воздух над собой.
Физика процесса передачи тепловой энергии длинноволновой частью
спектра электромагнитного излучения реализована в приборе, получившем
название электрический длинноволновый обогреватель.
3. Электрический длинноволновый ИК обогреватель.
3.1.
Устройство и работа.
3.1.1.Тепловой излучатель ИК состоит из металлического корпуса (1) с
элементами крепления к потолку (2). Низкотемпературный U-образный ТЭН
(3) прижат кожухом (4) к теплоизлучающей пластине, выполненной из
анодированного алюминиевого профиля (5). Между кожухом и
теплоизлучающей пластиной находится теплоизолятор (6).
3.1.2.При работе наружная поверхность теплоизлучающей пластины
нагревается до температуры от 120ºС до 250ºС в зависимости от
конструкции.
3.1.3.Тепловые лучи практически беспрепятственно проходят через воздух и
нагревают пол и предметы, от которых нагревается воздух в помещении.
Температура ТЭНа подобрана так, что поверхность пластины, обращенная
к полу, нагревается от 145 до 250оС (чтобы получить длину волны от3 до 5,5
мкм), в зависимости от мощности ИК. Например, у ИК-0.5 температура на
поверхности излучения –150С; ИК-1 - 200С, и т.д..
Отопительные приборы располагаются на потолке и передают
тепло напрямую элементам конструкции и предметам , находящимся в
поле их действия, от которых в свою очередь, за счет вторичной передачи
тепла нагревается воздух. При таком расположении обогревателя 90%
электроэнергии преобразуется в поток длинноволнового излучения, и лишь
10% уходит на прямой нагрев воздуха, соприкасающегося с пластиной.
Тепловые лучи расходятся перпендикулярно длинной оси тепло
излучающей пластины под углом 90о.
Температура на тыльной стороне обогревателя около 80оС.
Кроме основных элементов конструкции существуют конструктивные
элементы и решения, обеспечивающие механическую развязку термических
деформаций элементов из разных металлов, скручивание корпуса. Возможно
исполнение со световой индикацией работы прибора, и с отличной от белой
цветовой гаммой.
Все элементы конструкции проходят полный технологический
контроль.
Работа над совершенствованием конструкции, материалов и
технологии производства обогревателей продолжается.
Чтобы обогреть объекты с высотой потолков 2 – 20 м разработан
следующий модельный ряд обогревателей.
Модельный ряд и технические характеристики
Параметры
ИК-0,5
ИК-1
ИК-2
ИК-3
ИК-4
Потребляемая
мощность, кВт
Напряжение, В
0,5
1
2
3
4
220
220
220
220
220
Ток, А
2,3
4,6
9
4,6
9
1150х180х60
1150х180х60
1185х380х117
1700х360х120
1975х380х120
Габаритные
размеры, мм
19
Масса, кг
Мин. высота
Подвеса (м.)
5
7
7,5
10
15
2.1
2.3
3
3.6
4.5
4. Энергосбережение при длинноволновом способе обогрева.
4.1. Не требуется бесполезный прогрев объема воздуха выше зоны
пребывания людей.
При использовании традиционных
конвективных систем обогрева
теплый воздух поднимается вверх,
заполняя весь объем под потолком, и
продолжает нагреваться до тех пор,
пока температура в зоне нахождения
людей не достигнет нужного
значения.
Таким
образом
температура воздуха изменяется по
высоте, т. е. система имеет высокий
температурный
градиент.
В
помещениях
с
высокими
потолками разница температур
между зоной пребывания людей и потолком зачастую значительная.
Например при t=18°C в зоне пребывания людей (0 - 2м от пола) температура на
уровне 10м будет около 30°С. При работе длинноволновых обогревателей
температурный градиент очень низок, что позволяют избежать подобного
нерационального распределения температуры, происходит выравнивание
температуры между полом и потолком, тем самым обеспечивается 15-40%
энергосбережения, и длинноволновый обогрев становится экономически
выгодным, особенно на объектах с высокими потолками.
4.2. Снижение температуры воздуха в помещении
Любителям горных лыж хорошо известно ощущение тепла на
покрытых снегом вершинах, когда в мороз можно даже загорать. А виной
всему поверхностный нагрев длинноволновыми солнечными лучами,
многократно отраженными от снежных склонов.
При длинноволновом способе отопления, температура ограждающих
поверхностей (пол, стены) превышает температуру воздуха: tповерхн. > tвоздуха.
При конвективном способе отопления это неравенство выглядит так,
потому что от поверхности конвектора (радиатор, батарея) сначала
нагревается воздух, а только потом объекты (в том числе человек): tповерхн.  <
tвоздуха.
Таким образом, действительная температура, т. е. та температура, которую
ощущает человек, в помещении определяется:
t действ. 
 t
пов ерхн
 t в оздуха 
2
Наглядно это достоинство длинноволнового (лучистого) отопления можно
продемонстрировать следующим образом:
При длинноволновом отоплении
+18 tвоздуха
t действ.
 t

поверхн
 t воздуха 
2
20   18 

 19  C
2
+20 tповерхн
При конвективном отоплении
+18 tвоздуха
t действ. 
 t
пов ерхн
2
 t в оздуха 

16   18 
 17  C
2
+16 tповерхн
Следовательно, при одинаковой средней температуре воздуха +18С
при длинноволновом отоплении действительная температура будет выше
на 2-3С. Поэтому при использовании длинноволнового отопления можно
позволить снижение температуры, однако при этом обеспечивается
наиболее комфортный тепловой режим.
Поскольку требующие компенсации тепло потери пропорциональны
разности температур наружного воздуха и воздуха в помещении, одним из
способов энергосбережения как раз и является снижение температуры
внутри помещения.
Уменьшение температуры на 1С соответствует 5% экономии энергии.
4.3. Зональный или локальный обогрев:
С точки зрения комфортности, в различных
рабочих зонах требуется различный
температурный режим.
Например, когда рабочие места находятся в
значительном удалении друг от друга,
помещение в целом не должно иметь
одинаковую температуру.
Локальный обогрев может быть рассмотрен
так же, как и точечное освещение: больше
тепла (света) требуется в непосредственной
близости от рабочего места.
С помощью длинноволновых обогревателей
помещение легко
разделяется на температурные зоны или локально обогреваемые рабочие
места, что также позволяет экономить энергию.
4.4.
Управление
терморегуляторов
температурным
режимом
с
помощью
Устройства терморегулирования позволяют с высокой точностью
управлять работой длинноволновых обогревателей для поддержания в
помещении заданной температуры. Автоматика сама решает, когда
необходимо включиться, а когда выключиться. При этом обогреватели
работают в максимально экономичном режиме.
При этом в не требующих прогрева помещениях (например ночью)
достаточно установить дежурную температуру для дополнительной
экономии.
В простом случае, если требуется обогреть небольшое количество
независимых по температурному режиму помещений, с задачей управления
обогревателями надежно справляются настенные терморегуляторы,
технические характеристики которых приведены в таблице.
Обогреватели подключаются к регулирующему оборудованию
(терморегуляторам), которое поддерживает заданную потребителем
температуру в помещении независимо от погодных условий.
Модель
EBERLE
RTR 3521
EBERLE
RTR 3563
Ток
(А)
16
10
Регул.темп. Примечание
от 0о до
+30оС
от 0о до
+30оС
4.5.Аккумулирование тепла
За счет непосредственного прогрева
тепло аккумулируется или
другими словами накапливается конструкциями здания и предметами, что
позволяет дольше сохраняться комфортной температуре.
Более низкая стоимость электроэнергии в ночные часы может быть
использована для аккумулирования тепла конструкциями здания и
оборудованием.
В случае отключения электричества тепло сохраняется длительный
период времени.
5.Преимущества применения длинноволновых обогревателей
Высокий
коэффициент полезного действия 90% - прямое
преобразование электроэнергии в тепловую энергию предметов, требующих
отопления.
o
Установка на потолке позволяет сохранить стены и пол
свободными, увеличивая “рабочую зону” помещения.
o
Быстрый нагрев помещения по сравнению с общепринятыми
системами обогрева. В ночное время в помещении может
поддерживаться более низкая температура, что экономит энергию.
o
Дополнительное тепло. Использование длинноволновых
обогревателей часто является простым и недорогим решением в
дополнение к другим системам обогрева. В случае, например,
традиционного отопления, дополнительный обогрев автоматически
выравнивает негативную динамику теплоснабжения в отопительный
сезон, выручает при межсезонных отключениях, спасает при
разморозке.
o
Выравнивание
температурной
линейки
по
высоте
помещения позволяет применять длинноволновый обогрев в
многоярусных складах.
o
Экологичность. Отсутствие образования продуктов сгорания
или водяного пара устраняет потребность в дополнительных системах
вытяжной вентиляции. Поскольку нет необходимости перемещать
воздух для повышения эффективности теплопередачи, то и пыль, и
другие атмосферные загрязнения не циркулируют в обогреваемых
помещениях. В ряде случаев, особенно при аллергических и
астматических заболеваниях установка длинноволновых обогревателей
положительно сказывается на здоровье. Длинноволновые обогреватели
не уменьшают содержание кислорода в помещении. Не выделяют
запахов.
o
Простота обслуживания. Отсутствуют движущиеся части; нет
воздушных фильтров; отсутствует смазка. Большой срок службы
нагревательных элементов.
o
Обогреватели мобильны - легко устанавливаются и
демонтируются.
o
Пожаробезопасны.
6. Обогрев помещений. Области применения
Длинноволновые обогреватели
предназначены для быстрого и
комфортного обогрева помещений с высотой потолков от 2 до 20 м.
Наибольший экономический эффект дает использование длинноволновых
обогревателей как основной системы отопления взамен традиционных
конвективных систем в помещениях с высокими потолками (Например, на
промышленных предприятиях, в аэропортах и ж/д вокзалах, объектах
социально-культурной сферы, таких как спорткомплексы, дворцы культуры)
экономия эксплуатационных затрат составляет
до 60%. Напротив, в
административных,
служебных,
социально-значимых
зданиях
и
сооружениях, на объектах ЖКХ системы длинноволнового обогрева
используются, как правило, как дополнительная система обогрева, для
компенсации негативной динамики работы центрального отопления с целью
достижения комфортных условий в помещениях. Наконец, ряд
специфических особенностей таких систем обогрева, как: экологичность,
отсутствие переноса пыли, равномерный поверхностный нагрев,
возможность работы в среде с высокой влажностью, потолочное крепление,
простой монтаж-демонтаж, равномерное распределение температуры в
помещении по вертикали и т.д. - значительно расширили сферы их
применения.
7. Перспективы внедрения технологии длинноволнового обогрева.
Применение данной технологии позволяет:
-
-
отказаться от затрат на прокладку, эксплуатацию, ремонт и
реконструкцию традиционных теплосетей (особенно в случае
строительства отдаленных от теплосетей объектов);
снизить потребление тепловой энергии объектами в среднем на 2550%;
-
-
с наименьшими затратами решать задачи обогрева быстро- и
временно- возводимых объектов;
стабилизировать
отрицательную
динамику
теплоснабжения
социальнозначимых объектов : медицинских учреждений, домов
престарелых и инвалидов, детских интернатов;
мобильно бороться с кризисными ситуациями в теплоснабжении в
отопительный сезон, вплоть до создания мобильного резерва
обогревателей и передвижных автономных электростанций.
8.Перспективы внедрения технологии:
-
-
-
-
высвобождение средств за счет сокращения планируемых на
традиционное отопление капитальных затрат в случае прокладки
теплосетей, реконструкции существующих, ремонте;
высвобождение средств и энергоресурсов за счет экономии
энергозатрат;
существенное сокращение затрат на отопление производственных
предприятий
позволяет
снизить
себестоимость
продукции,
увеличивая ее конкурентоспособность, что в свою очередь дает
дополнительную возможность развития производственной базы и
создания рабочих мест; соответственно растут отчисления в местный
бюджет, развивается социальная инфраструктура предприятий без
поддержки регионального бюджета;
привлечение средств Федерального бюджета за счет вхождения в
Федеральные
программы
и
мероприятия,
связанные
с
энергосбережением, экологией и т.д.;
привлечение средств заинтересованных министерств и ведомств,
имеющих свои объекты на территории региона;
перераспределение высвобождаемых и привлекаемых средств и
ресурсов и облегчение решения социальных задач в регионе.