CC BY
6ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 697.7
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОНОМИЧНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРЕЛОК ИНФРАКРАСНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОБОГРЕВА ПОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ СИБИРИ
Зубова1 Н.В.21
Научный руководитель А.И. Авласевич1,2 Кандидат технических наук, доцент Сибирский федеральный университет Инженерно-строительный институт
АННОТАЦИЯ
Для Сибири в зимний период года характерны продолжительные низкие температуры наружного воздуха, поэтому большое значение для поддержания комфортных условий на рабочих местах имеют системы отопления. Системы тепло-обеспечения, использующиеся в настоящее время характеризируются значительным физическим износом и большими теплопотерями в тепловых сетях. Данные системы становятся неэффективными для предприятия, в связи с тем, что требуют частое обслуживание и больших затрат на ремонт с течением времени. Из-за повышенных требований к надежности и больших площадей промышленных зданий, тепло-обеспечение таких зданий является дорогостоящим и трудоемким. Вследствие этого очень трудно подобрать обогреватель, соответствующий всем предъявляемым требованиям. В данной работе исследованы возможности применения инфракрасных излучателей для обогрева промышленных зданий в регионах Сибири на примере г. Красноярск. В процессе исследования были выявлены преимущества и недостатки систем отопления промышленных зданий. На условном примере промышленного здания для климатических условий города Красноярска, проведены численные исследования применения электрических и газовых инфракрасных обогревателей. Из полученных результатов были сделаны выводы о энергетической и экономической эффективности применения газовых инфракрасных излучателей для поддержания допустимых параметров воздуха (обогрева помещений) промышленных зданий, расположенных на территории Сибири.
Ключевые слова: системы отопления, инфракрасные обогреватели, газовый инфракрасный излучатель, энергоэффективные технологии.
Численные исследования
На примере промышленного здания, площадь которого составляет 550 м2 и высота 5 м был произведен расчет эффективности применения в системе отопления горелок инфракрасного излучения и электрических инфракрасных обогревателей. Так же были произведены сравнения по эффективности применения систем отопления с обогревателями инфракрасного излучения и систем традиционного водяного отопления.
© Зубова Н.В., 2022 В расчете примем полный обогрев помещения. Расположение (установка) приборов обогрева -потолочное. Теплопотери помещения через ограждающие конструкции, полученные в результате теплотехнического расчета для промышленного здания площадью 550 м2, составляют:
<? = 27372,45Вт = 0,027МВт = 0,031Гкал/ч,
Установленная мощность для инфракрасных обогревателей определяется по формуле (1).
W=/i' S. (1) где W - установленная мощность, Вт; k -требуемая мощность на 1 м2 в зависимости от типа и назначения здания, Вт/м2. Для зданий производственного типа принимается равным 60 Вт/м2.
S - отапливаемая площадь, м2 (550м2).
Согласно (1) установленная мощность инфракрасных обогревателей составляет
W=60x550=33000Bt =33 кВт.
По установленной мощности подберём электрические и газовые обогреватели. Для обогрева помещения выбираем электрические инфракрасные обогреватели фирмы Master модель FACT 20 в количестве 17 шт. и газовые инфракрасные обогреватели фирмы SBM модель XFR-20 (премиум) в количестве 5 шт.
Расчет расхода электрической энергии для электрического инфракрасного обогревателя определяется по формуле (2)
А = 24 xwxnxkix
1вн(вн—КритСр (2)
где А - расход электроэнергии за отопительный период, кВтч; N -продолжительность отопительного периода, дни; Ь - коэфф. Использования отопительной системы, для промышленных зданий равен 0,5; 1вн -требуемая температура воздуха в помещении равна 16°С; 1ср - средняя температура наружного воздуха за отопительный период равна -6,6°С;[1] Ъфит -минимальная температура наружного воздуха, принимаемая по расчетной температуре для проектирования систем отопления г. Красноярск равна -37°. [1]
Годовой расход электрической энергии для обогрева промышленного здания площадью 550 м2 составит 38919,80 кВтч.
Годовые эксплуатационные затраты для системы отопления с применение электрического инфракрасного обогревателя определяются как,
Згодээ
=А х Тээ
(3)
Расчет расхода газа для газового инфракрасного обогревателя определяется по формуле (4)
Вгаз =24ХПХЬгаз XNXki
(4)
где п - количество обогревателей; Ьгаз - расход газа обогревателя в час. Для
обогревателя ХРЯ-20 равна 0,703 м3/ч; Получаем годовой расход используемого топлива составит 9 870,12 м3/ч.
Годовые эксплуатационные затраты для отопления с газовым инфракрасным обогревателем рассчитываются по формуле
Згодгаз = Вгаз х Сгаз
(5)
где Тээ - тариф на электроэнергию. В расчет примем по тарифу населения 2,71 за кВтч. Годовые эксплуатационные затраты на отопление с электрическим инфракрасным обогревателем составит:
Згодээ = 2,71 х 2,71 = 105 469,94руб./год.
где Сгаз - цена 1 кг м3. В расчет примем по тарифу Сгаз=5,047 руб/кг.
Следовательно, эксплуатационные затраты на отопление с газовым инфракрасным обогревателем составит 49 814,50 руб./год.
Затраты на водяную систему отопления рассчитываются по формуле Згодот = 0,031 * 24 * 234 х 1923,37 = 334851,02 руб./год.
Результаты расчетов сведем в графическую таблицу (рис. 1), где видно, что затраты на производство водяного отопления намного выше, чем для производства отопления с инфракрасными обогревателями. Наиболее экономичным является газовый инфракрасный обогреватель.
105 469.94 49 814,50
отопления
Рис. 1 Результаты расчета экономической составляющей для разных типов систем отопления 1 - система отопления с электрическим инфракрасным обогревателем; 2 система отопления с газовым инфракрасным обогревом; 3 - водяная система отопления
Выводы
Данные исследования подтвердили тот факт, что расход теплоты сокращается при применении для системы отопления газовые инфракрасные обогреватели. Также расчетами было подтверждено, что затраты на производство тепловой энергии при использовании газовых инфракрасных обогревателей в системе отопления по сравнению с водяными системами отопления существенно сокращаются. Следует заметить, что данный эффект в большей степени зависит от тарифов на энергоресурсы для конкретного города. Если обеспечить локальный обогрев рабочей зоны
промышленного здания, то можно достичь большей экономической эффективности при применении горелок инфракрасного излучения для системы отопления.
Еще одним главным преимуществом горелок инфракрасного излучения является использование меньшей установленной мощности на единицу площади. Также у системы отопления горелками инфракрасного излучения полное КПД (92%) выше чем у традиционного водяного отопления (60-65%).
Но самое главное не стоит забывать, что для системы отопления с газовыми инфракрасными обогревателями требуется обязательное наличие
приточно-вытяжной системы вентиляции с газоанализаторами внутреннего воздуха, которая должна обеспечивать необходимый воздухообмен и снизить концентрацию вредных веществ в воздухе от попадающих в помещение продуктов сгорания газа.
Список литературы
Куриленко Н.И., Максимов В.И., Мамонтов Г.Я., Нагорнова Т.А. Тепловой режим производственных помещений с системами отопления на базе газовых инфракрасных излучателей. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013г., 101с.
УДК546.185:325.002.2
Пелипенко В.Н., Спесарев Д.Ю. Газовые горелки инфракрасного излучения: учеб. пособие Тольятти: изд-во ТГУ, 2012г., 118с
СП 131.13330.2020 Строительная климатология. -Введ. 25.06.2021Москва: Минрегион России, 2021.
Шелехов И.Ю., Шишелова Т.И., Иноземцев В.П., Пожидаев В.В. Эффективная конструкция нагревательного элемента для инфракрасного обогрева // Известия вузов. Инвестиции. Строительство.
Недвижимость. 2016. № 3 (18). С. 118-124.
ПОЛУЧЕНИЕ ЧИСТОГО а - ПОЛУГИДРАТА CYЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ В ПОЛУГИДРАТНОЙ СТАДИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ДИГИДРАТНО-ПОЛУГИДРАТНЫМ МЕТОДОМ ИЗ БЕДНЫХ ФОСФОРИТОВ
Соболева И.В., Ляшенко С.Е.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047Москва,Миусская пл., 9,
PRODUCTION OF THE PURE a - CALCIUM SEMIHYDRATE FOR CONSTRUCTION INDUSTRY AT THE SEMIHYDRATE STAGE OF EXTRACTION PHOSPHORIC ACID PRODUCTION BY THE DIHYDRATE-SEMIHYDRATE METHOD FROM POOR PHOSPHORITES
Soboleva I. V., Liashenko S.E.
Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia (MUCTR),
1250479, Miusskaya sq., Moscow, Russia, DOI: 10.31618/nas.2413-5291.2023.2.86.691
АННОТАЦИЯ
Рассмотрен процесс получения чистого а - полугидрата сульфата кальция во второй стадии получения фосфорной кислоты дигидратно-полугидратным методом из бедных фосфоритов. Проведены эксперименты по кинетике полугидратной стадии. Разработана математическая модель, основанная на кинетике процессов. Оптимизирована полугидратная стадия получения фосфорной кислоты.
SUMMARY
The process of pure calcium semihydrate obtaining at the second stage of phosphoric acid production by dihydrate-semihydrate method from poor phosphorites was examined. Experiments on the kinetics of the semihydrate stage were carried out. Mathematical model based on the processes kinetics was developed. The semihydrate stage of phosphoric acid production was optimized.
Ключевые слова: полугидрат сульфата кальция, фосфорная кислота, дигидрат сульфата кальция, математическое моделирование, оптимизация
Key words: calcium sulfate semihydrate, phosphoric acid, calcium sulfate dihydrate, , mathematical modeling, optimization.
Введение
В мировой практике широко используются в сельском хозяйстве минеральные
фосфорсодержащие удобрения [1,2]. В России основным сырьем для их получения до последнего времени были кольские апатиты, запасы которых значительно уменьшились в последнее время. Поэтому все больше начинают использоваться фосфориты, которые имеют много нежелательных примесей.
В данной работе рассматривается новый комбинированный метод получения фосфорной кислоты, при этом на выходе получается чистый а - полугидрат, который не хранится в отвалах, а
используется далее в строительстве в качестве вяжущего материала [3,4]. Применение побочного продукта производства фосфорных удобрений приводит к рациональному и экологически безопасному использованию природных ресурсов.
Для фосфоритов еще не внедрены в широкую практику комбинированные методы, так как нет достаточно фундаментальных исследований по разложению сырья, кристаллизации и перекристаллизации сульфата кальция различной гидратности при разных концентрациях и температурах. Поэтому изучение данных областей приобретает большое значение.
