§ 13.5. Газовоздушное лучистое отопление

В системе газовоздушного отопления с излучателями функцию отопительных приборов выполняют теплоизлучающие трубы, проложенные в верхней зоне (не ниже 5 м от по-верхности пола) помещения (рис. 13.7). Внутри замкнутого контура теплоизлучающих труб циркулирует смесь нагретого воздуха с продуктами сгорания. Теплоотдача с поверх-ности труб в помещение происходит преимущественно излучением (до 60 %).

407

Рис. 13.7. Система газовоздушного отопления с теплоизлучающими трубами в межфер-менном пространстве цеха: 1 - теплоизлучающие трубы; 2 - теплогенератор; 3 - теплоизо-ляция; 4 - козырьки

Излучатели собирают на фланцах из тонкостенных стальных труб (толщина стенки 0,7 мм) диаметром 400 мм и длиной 6 м. Для уменьшения теплопотерь в верхнюю зону по-мещения теплоизлучающие трубы покрывают сверху теплоизоляцией, а сбоку устанавли-вают продольные вертикальные стальные экраны (козырьки).

Смесь воздуха с продуктами сгорания газа проходит через теплогенератор. Принципиаль-ная схема движения потоков в теплогенераторе показана на рис. 13.8. Охладившийся в си-стеме отопления до температуры 80...90 °С теплоноситель в теплогенераторе разделяется на два потока. Основной смешивается с новой порцией продуктов сгорания газа. Газ сго-рает в дутьевой горелке, которая может работать с переменным коэффициентом расхода воздуха. Далее нагретая смесь с температурой до 340 °С поступает в систему отопления. Другая часть теплоносителя в объеме, равном объему продуктов сгорания, проходит через теплоутилизатор (ТУ) и выбрасывается в атмосферу. В ТУ за счет теплоты теплоносителя нагревается воздух, забираемый из помещения и направляемый в горелку для сжигания газа. При этом несколько снижается расход газа и повышается КПД установки (до 96 %).

408

Рис. 13.8. Принципиальная схема движения газовоздушных потоков в теплогенераторе: 1 - газовая горелка; 2 - дутьевой радиальный вентилятор; 3 - теплоутилизатор

Преимущества газовоздушного лучистого отопления по сравнению с воздушным отопле-нием: экономия тепловой энергии за счет уменьшения градиента температуры по высоте помещения, возможность снижения температуры воздуха в рабочей зоне при сохранении условий теплового комфорта, автономность, не замерзаемость, удобство регулирования.

§ 13.6. Газовое лучистое отопление

Отопительными приборами в этой системе отопления являются горелки инфракрасного излучения. Систему лучистого отопления наиболее целесообразно применять в больших помещениях со значительными тепло-потерями. Особенно эффективна она при обогрева-нии частично или полностью открытых рабочих площадок (монтажных, сборочных, от-крытых стоянок автомобилей и т.д.). Небольшие размеры и масса инфракрасных горелок делают их удобными для размещения в отапливаемых помещениях. Их теплопередающая поверхность по площади почти в 10 раз меньше, чем площадь нагревательной поверхно-сти отопительных приборов водяного отопления. Газовое лучистое отопление применяет-ся также в различных сельскохозяйственных и складских помещениях. Существуют си-стемы газолучистого отопления крупных сборочных, прокатных и литейных цехов маши-ностроительных заводов.

На рис. 13.9 показана унифицированная газовая горелка инфракрасного излучения тепло-вой мощностью 3,7...4,4 кВт. Излучающая огнеупорная огневая насадка горелки собрана из 10 керамических плиток размером 65×45×12 мм каждая. В каждой плитке имеется большое количество (около 1000) цилиндрических каналов диаметром 1,5 мм.

Применяется горелка эжекционного типа для газа низкого давления с полным предвари-тельным смешиванием газа и воздуха. Газ, выходя из сопла, засасывает окружающий воз-дух в количестве, необходимом для полного сжигания, и перемешивается с ним в смеси-теле.

409

Газовая смесь после диффузора смесителя поступает в распределительную камеру отно-сительного большого объема. Скорость потока смеси значительно уменьшается, чем обес-печивается почти одинаковое статическое давление на внутреннюю поверхность плиток. При этом газовоздушная смесь движется с примерно равной скоростью во всех огневых цилиндрических каналах и, следовательно, создает факелы одинаковой длины.

При работе горелки керамические плитки прогреваются на некоторую глубину и подогре-вают газовоздушную смесь в огневых каналах. Газовоздушная смесь сгорает в тонком слое над наружной поверхностью плиток, которая разогревается примерно до 850 °С. Ме-таллическая сетка, расположенная над керамическим излучателем, при работе горелки нагревателя становится сама дополнительным излучателем и, кроме того, служит стаби-лизатором горения, предотвращая отрыв пламени.

Рис. 13.9. Газовая горелка инфракрасного излучения: 1 - излучатель; 2 -сетка; 3 - сопло; 4 - смеситель; 5 - кронштейн

При температуре излучающей поверхности 850 °С около 60 % теплоты, выделившейся при сгорании газа, передается излучением, в основном, в виде инфракрасных лучей с дли-ной волны 2,5...2,7 мкм.

Расчеты систем отопления с излучающими -горелками для помещений различного назна-чения могут значительно отличаться. Так, для помещений с мало- или не теплоемкими ограждающими конструкциями, а также для отопления рабочих мест на открытом воздухе или в случае зонного обогрева отопительную нагрузку можно определить по условию комфортной облученности человека. В остальных случаях нагрузку следует определять с

410

учетом теплопотерь помещения и лучисто-конвективного теплообмена системы отопле-ния с помещением.

При инфракрасном отоплении сельскохозяйственных помещений существенное значение имеет плотность облученности животных, растений, а также обслуживающего персонала, которая не должна превышать 348 Вт/м₂. При превышении этого значения влияние радиа-ционных теплоизбытков уменьшают воздушным душированием с подачей наружного воз-духа на места постоянного пребывания работающих.

Размещение горелок (число рядов, расстояние между горелками в ряду, высоту их подвес-ки над полом, угол наклона горелок) определяют исходя из норм облученности и в зави-симости от типа горелок.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1. В помещениях, где установлены газовые приборы, необходима вытяжная вентиля-ция. Из какой зоны помещения (верхней или нижней) необходимо удалять больше воздуха при использовании природного газа или паров сжиженного газа?

2. Для повышения КПД агрегатов, в которых сжигается топливо, необходимо макси-мально снижать температуру уходящих газов. Почему для газовых нагревателей температура продуктов сгорания на выходе из аппарата должна быть: при эксплуа-тации в районах с умеренным климатом - не менее 110 °С, а в районах с холодным климатом - не менее 200 °С?

3. Зачем в нижней части двери помещения, где устанавливают газовые водонагрева-тели (например, кухни), нужно предусматривать решетку или зазор между дверью и полом с определенной площадью?

4. Исходя из стехнометрического уравнения реакции горения, определите теоретиче-ски необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³ метана (V₀, м³ воздуха/м³ газа), приняв состав воздуха: 79 % азота и 21 % кислорода.

5. Для смесительного газового воздухонагревателя, пренебрегая потерями в окружа-ющую среду, можно считать, что теплота смеси нагретого наружного воздуха и продуктов сгорания газа Q_см, равна сумме химической теплоты газа Q_r и теплоты, вносимой наружным воздухом Q_в. Следовательно, уравнение теплового баланса имеет вид: Q_r + Q_в = Q_см. Из этого уравнения получите выражение для коэффици-ента разбавления К - отношения объема нагреваемого воздуха к объему воздуха, необходимого для сжигания газа в стехиометрических условиях. При выводе мож-но принять, что объемные теплоемкости воздуха и смеси примерно равны.

6. Определите значение коэффициента разбавления (см. п. 5) для газовых воздухона-гревателей, работающих в климатических условиях Москвы, Норильска, Новорос-сийска, при сжигании природного газа (Q^C_н =36000 кДж/м³, V₀=9,5 м³/м³). Темпе-ратура смеси на выходе из нагревателя t_см=+25 °C, средняя теплоемкость воздуха и смеси с=1,25 кДж/(кг·°С).

7. Сколько выделяется водяных паров и СО₂ (м³/ч) в помещение, где установлена од-на горелка инфракрасного излучения, работающая на природном газе (метане)?