CC BY
277
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИНФРАКРАСНОГО ОБОГРЕВА
Ахрамович А. П., Дмитриев Г. М., Колос В. П.
«Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси»
Аннотация. Рассмотрена автоматизированная система лучистого обеспечения технологических условий, разработанная специалистами Национальной академии наук Беларуси и наиболее эффективная для прямого электроотопления помещений. Она позволяет уменьшить расход топливно-энергетических ресурсов на обогрев, снизить подвижность воздуха, обеспечить точность поддержания температурных условий, а также интенсифицирует технологические процессы.
Ключевые слова: электрическое отопление помещений, автоматизированная система управления.
SISTEME AUTOMATIZATE ELECTRICE DE INCALZIRE INFRARO§IE Ahramovici A.P., Dmitriev G.M., Kolos V.P.
Institutul de Energetica al Academiei Nafionale a Belorusiei Rezumat. Este prezentat sistemul automatizat de asigurare lucitoare a condi tii tehnologice, elaborata de catre specialistii ai Academiei Nationale de §tiinte a Belorusie. Acest sistem este cel mai eficient pentru incalzire directe a incaperilor. Sistemul permite: mic§orarea consumului resurselor de combustibil pentru incalzire, mic§orarea mobilitatea aerului, asigurarea preciziei mentinerii conditiilor termice, intensificarea proceselor tehnologice.
Cuvinte-cheie: incalzire, infraro§ie, sistem automat.
AUTOMATED ELECTRICAL SYSTEMS OF INFRARED HEATING Ahramovich A.P.,Dmitriev G.M., Kolos V.P.
Institute of Energetics of the National Academy of Belarus Summary. It is presented automatic system of radiant securing of technological conditions. It was developed in the National Academy of Sciences of Belarus and is the most suitable for direct using for electrical heating. This system allows decreasing the quantity of fuel-energy resources for heating, decreasing air motion, providing correct temperature conditions and intensifies technological processes.
Keywords: electric space heating, automatic control system.
Прямое электрическое отопление находит все более широкое применение в развитых странах мира. Это связано с легкостью его автоматизации и гибкостью управления, небольшими капитальными затратами, строгим контролем за энергопотреблением, простотой монтажа и обслуживания, высокими гигиеническими показателями. Электричество является самой цивилизованной формой энергии.
Электрическим отоплением, прежде всего, был оборудован жилищный сектор. Так, в США доля электрического отопления составляет примерно 30 %, в Скандинавии 90 % загородных жилых домов отапливается электричеством, во Франции - 54 %, в Германии с середины 30-х годов около 30 % новых домов оборудовались электрическим отоплением. В среднем в развитых странах доля бытового потребления электроэнергии достигает 25 % от всей производимой электроэнергии и по прогнозам может достигнуть 40-60 %.
Сейчас в России и других странах СНГ существенно возрос интерес к прямому электрическому отоплению, и применяются меры по его реализации. В Беларуси же, этот процесс идет значительно медленнее из-за действующих тарифов на потребляемую электроэнергию. Так, стоимость электроэнергии, используемой для отопления, в 5 раз превышает ее стоимость, если она расходуется на технологические
нужды. В связи с этим в Беларуси наиболее остро встал вопрос рационального применения электричества для обогрева помещений, создание системы, которая могла бы составить конкуренцию традиционным системам отопления.
На сегодняшний день одним из самых эффективных способов электроотопления является инфракрасный, который совмещает преимущества электрического отопления и лучистого переноса энергии.
Генерируемое излучение практически не поглощается воздухом и переходит в тепло только при попадании на предметы, людей, нагревая их. Г радиент температуры воздуха при этом на порядок меньше, чем при отоплении водяной и воздушной системами, а комфортные условия в помещении достигаются при более низкой температуре воздуха по сравнению с нормируемой для конвективного способа отопления. Низкая подвижность воздуха, возможность локального обогрева - все это вместе ведет к значительной экономии энергии по сравнению с традиционными системами отопления.
К достоинствам следует добавить и гигиенические факторы. Человек участвует в теплообмене с окружающими его предметами за счет конвекции и излучения. При традиционных способах отопления (водяном или воздушном) интенсивность теплоотдачи тела человека конвекцией относится к интенсивности теплоотдачи излучением как 3:5 в то время как для его жизнедеятельности полезно обратное соотношение этих величин. Такие условия создаются с помощью систем лучистого (инфракрасного) обогрева. Инфракрасные излучатели устанавливаются в верхней зоне помещения. Они генерируют поток лучистой энергии, который, частично поглощаясь воздухом, падает на ограждающие поверхности и находящиеся в помещении предметы. За счет поглощения и отражения этот поток полностью распределяется между объектами, участвующими в теплообмене, и нагревает их. Таким образом, температура ограждений, в том числе и пола, становится выше температуры воздуха, а температурное поле близко к равномерному по объему.
В Национальной академии наук Беларуси к разработке инфракрасных систем приступили еще в 1997 году, в период спада производственной активности, когда простаивали цеха, и требовалось обеспечить условия для работы только на отдельных участках. В результате научно-технических исследований была создана система, получившая название «Автоматизированная система лучистого обеспечения технологических условий» и разработано физико-математическое обеспечение ее проектирования. В основу методики расчета этой системы положено решение задачи минимизации затрат на обогрев при соблюдении технологических, строительных и санитарно-гигиенических норм. Она позволяет определить параметры излучателей, их расстановку в помещении, алгоритм изменения мощности, а также характеристики вентиляции.
АСЛОТУ состоит из электрических инфракрасных излучателей, шкафов управления, сети электроснабжения. Особенностью излучателей является ТЭН с коаксиально-возвратной спиралью и оксидное покрытие пластин, обеспечивающее селективность и направленность излучения.
Шкаф цифрового управления поддерживает необходимые параметры микроклимата независимо в 3-х зонах (помещениях) с подводом мощности к каждой из них до 45 кВт. В течение суток может быть задано несколько различных температурных режимов; отдельный график работы системы можно установить для выходных и праздничных дней.
Системы АСЛОТУ были внедрены в цехах ряда ведущих предприятий Республики Беларусь: БелОМО, Бобруйский завод тракторных агрегатов и
технологической оснастки, завод «Атлант» и др. Помимо обогрева, генерируемое ими инфракрасное излучение оказывает положительное воздействие на технологические процессы. Так, в полировальном цехе БелОМО эта система позволила увеличить производительность обработки оптических изделий на 12 % , снизить брак продукции на 25 %, уменьшить расход топливно-энергетических ресурсов на единицу
выпускаемой продукции в 1,2 раза. Экономия за год составила около 400 тысяч долларов США.
На заводе «Атлант» система установлена на участке тепловых испытаний холодильников. Когда во всем цехе площадью порядка 3 000 м температура не превышала 10 0С, АСЛОТУ обеспечивала требуемые по технологии испытаний 30 0С на поверхности холодильников.
На участке штамповки Бобруйского завода тракторных деталей и агрегатов АСЛОТУ осуществляет локальный обогрев участка со станками с числовым управлением, работа которых требует определенных температурных условий. Аналогичная ситуация и на участке координатной расточки завода специальных инструментов и технологической оснастки.
Полировальный цех Участок штамповки
Внедрение АСЛОТУ на промышленных объектах позволяет:
- уменьшить расход топливно-энергетических ресурсов в 1,8 - 2,1 раза на обогрев производственных участков в холодный период года;
- снизить подвижность воздуха и перенос пыли в 2,6 - 2,9 раза;
- исключить конденсацию влаги на поверхностях обрабатываемых деталей и оборудования;
- обеспечить точность поддержания температуры в рабочих зонах больших размеров ± 0,5 0С;
- уменьшить градиент температуры воздуха по высоте помещений в 10 -12 раз, достигнув величины 0,16 0С/м и, тем самым, создать условия для размещения технологических линий, как по горизонтали, так и по вертикали цеха.
К настоящему времени разработан ряд модификаций АСЛОТУ, в частности, для медицинских учреждений, общественных и жилых помещений. В Минске сейчас такими системами оснащены: операционные, боксы для новорожденных, отделения реанимации в ряде больниц г. Минска. В этих системах используются специально разработанные блоки цифрового управления параметрами инфракрасного излучения,
которые поддерживает индивидуальную тепловую обстановку в помещениях, различную в зависимости от времени суток. Переход с одного режима на другой осуществляется автоматически по энергоэффективному алгоритму. Точность поддержания температуры ± 1 0С.
Боксы для новорожденных
Операционная экстренной хирургии
Цифровое управление дает возможность без больших усилий и материальных затрат путем корректировки компьютерной программы изменять режим работы системы в зависимости от нормативных требований и условий эксплуатации помещения. Оно может быть успешно применено и для систем электрического обогрева жилых домов (коттеджей), офисов. Возможна комплектация их устройствами беспроводного радиоуправления обогревом. Инфракрасную систему с цифровым управлением можно устанавливать в общественных зданиях (кинотеатрах, спортивных сооружениях, концертных залах), торговых киосках, открытых кафе.
Сведения об авторах
Ахрамович Александр Павлович - кандидат технических наук, ученый секретарь Института энергетики НАН Беларуси. Его научная деятельность посвящена вопросам оптимизации параметров тепло- массообменных аппаратов. С его участием разработана автоматизированная система лучистого обеспечения технологических условий, нашедшая широкое применение в народном хозяйстве. Ахрамович А.П. является автором более 100 научных трудов.
Дмитриев Геннадий Михайлович - кандидат технических наук, директор Института энергетики НАН Беларуси. Научная сфера его интересов лежит в области энергосберегающих технологий. Дмитриев Г.М. имеет большой опыт внедренческих работ. Разработанные с его участием инфракрасные системы лучистого обеспечения технологических условий установлены в Республике Беларусь более чем на 30 промышленных предприятиях и учреждениях здравоохранения.
Колос Валерий Павлович - доктор физико-математических наук, заместитель директора Института энергетики НАН Беларуси, известный ученый в области энергетики. Им выдвинута и обоснована концепция сопряженного расчета параметров энергетических установок, позволяющая оптимизировать их и сделать наиболее эффективными. На основе этой концепции разработаны тепло- массообменные аппараты для ядерной энергетики и химической промышленности, инфракрасные системы обеспечения технологических условий. Практическая значимость результатов его исследований подтверждена 69 авторскими свидетельствами на изобретение и патентами.
