CC BY
7А.Н. Сбудышев
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ГАЗОВЫМ ВОЗДУШНО - ОТОПИТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ
Сложность обеспечения температурного режима производственных помещений заключается в их большом объеме и наличии разных температурных зон. Газовые воздушно-отопительные агрегаты часто используются как локальные источники тепловой энергии в производственном цехе, поддерживают тепловой режим на рабочих местах.
Ключевые слова: отопление, воздушное отопление, газовый воздушно-отопительный агрегат, локальное отопление, приточная струя.
Основным назначением любого промышленного здания является обеспечение параметров производственного цикла. Однако, нельзя забывать и про качество воздуха в нем. В цехах трудятся люди, и от внутреннего микроклимата напрямую зависит производительность всего процесса производства.
Микроклимат обеспечивается инженерными системами отопления и вентиляции. Особенно функционирование этих систем важно в районах с длительной зимой, при низких температурах наружного воздуха. В зданиях большого объема часто совмещаются системы, организуется воздушное отопление помещений.
Раньше при строительстве больших промышленных объектов часто не предусматривались вовсе помещения гигиенического назначения (разные комнаты отдыха и бытовые помещения). Архитектура и планировка производственных зданий проектировалась с учетом исключительно технических требований производственного процесса.
Для цехов большого объема, в которых имеется неравномерно расположенные агрегаты, выделяющие теплоту, нужно сооружать системы отопления, имеющие возможность регулирования локальной теп-лоподачи.
Предпочтительна реализация систем вентиляции, создающих однонаправленный поток, характеризующийся малыми скоростями воздуха в помещении. Устройства распределения воздуха имеют большую поверхность (масштабные вентиляционные решетки, перфорированные панели и пр.). Движение воздуха в таких системах может быть вертикальным и горизонтальным. Реализуется практически равномерный поток воздуха.
В производственных помещениях большого объема чаще всего реализуется сложный многоступенчатый процесс изготовления конечного продукта, состоящий из большого числа операций, которые необходимо объединить в одном месте. При этом часть операций проводится с реализацией нагрева-охлаждения сырья или конечного продукта, что приводит к возникновению в помещении разных температурных зон.
При функционировании оборудования в особо больших помещениях возникают отличные по температуре области. Тепловыделяющее оборудование нагревает воздух непосредственно вокруг себя, тогда как в удаленных частях здания очень холодно. Разница температур может достигать до 30°С. Теплый воздух неравномерно распределяется по помещению, поскольку объем большой, а движется вверх, удаляясь через фонари или дефлекторы в кровле цеха.
Бывает, что цеха оснащаются системами дежурного отопления, что улучшает условия труда в «холодной» части цеха и усугубляет жару в «теплой».
Отопление и вентиляция промышленных помещений [6] являются сложными инженерными системами, требующими больших энергетических затрат. В помещения большого объема (а производственные здания часто характеризуются гигантскими размерами) требуется подавать большое количество нагретого воздуха, что происходит по каналам большого сечения с затратами энергии на перемещение воздуха вентиляторами и его нагрев калориферами. Отопительные системы в зданиях большого объема отличаются протяженными трубопроводами и высокими затратами на привод насосов.
© А.Н. Сбудышев, 2022.
Научный руководитель: Афонин Константин Викторович - кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем и сооружений, Тюменский индустриальный университет, Россия.
Во многих производственных зданиях реализуется частичная локальная вентиляция, когда воздух подается к конкретному рабочему месту. При чем, воздух может подаваться как свежий, с улицы, так и рециркуляционный, который забирается из помещения, обрабатывается (очищается, охлаждается или нагревается, увлажняется и пр.), и подается обратно. В отличие от общеобменной вентиляции, локальная подача воздуха имеет другие цели и назначения. Здесь нет задачи подать свежий воздух и равномерно распределить его по помещению, реализуются совсем другие задачи, связанные с организацией работы на конкретном рабочем участке цеха.
Частным случаем локальной вентиляционной системы является воздушная завеса, которая за счет локальной подачи горячего воздуха над воротами и дверями существенно снижает теплопотери помещения за счет проникающего в помещение наружного воздуха [4].
Нагрев воздуха во всех вентиляционных системах можно осуществлять с помощью жидкого промежуточного теплоносителя (воды, раствора этиленгликоля и пр.), электрической энергии или за счет прямого сжигания природного газа.
Водяной нагреватель вентиляционного воздуха функционирует как поверхностный теплообменный аппарат и состоит из трубопроводов разной конфигурации и сечения (часто оребренных), по которым течет нагретая во внешнем устройстве вода и другой жидкий теплоноситель. Энергия тепловая передается от воды к воздуху рекуперативно, через теплообменную поверхность.
Электрические воздухонагреватели являются агрегатами, где за счет электрического нагрева ТЭНа подводится теплота к воздуху.
Воздухонагреватели с непосредственным горением природного газа являются чаще всего автономными агрегатами, которые нагревают воздух в системах локальной приточной вентиляции. Выпускаются промышленные воздухонагреватели, сжигающие сжиженный углеводородный и природный газ, но и такие, которые могут работать на жидком топливе.
Все вентиляционные агрегаты должны эксплуатироваться с соблюдением правил безопасности и безаварийности [5].
Считается [6], что наиболее энергоэффективной системой является система отопления промышленного помещения, совмещенная с вентиляцией (когда для нагрева помещения подается горячий воздух).
Перспективным является система с использованием воздушно-отопительных агрегатов. Очень часто не требуется поддерживать высокую комфортную температуру во всем объеме помещения. Можно подавать теплый воздух локально, непосредственно в область расположения рабочих мест или прямо на рабочие места. С подобными задачами эффективно справляются воздушно-отопительные агрегаты различной конструкции.
Фактически, любой воздушно-отопительный агрегат представляет собой [1] тепловентилятор, однако, имеются важные особенности конструкции, да и собственно конструкции бывают разные.
Быстрый нагрев воздуха происходит путем теплоотдачи конвекцией и, преимущественно, излучением от нагретых поверхностей теплообменника, тэна или газового излучателя (в зависимости от конструкции). Такие аппараты могут обогревать существенные объемы помещений.
Воздушно-отопительные агрегаты бывают двухструйные или одноструйные [2] в зависимости от способа подачи нагретого воздуха. В двухструйном агрегате нагрева воздуха одна струя является не изотермической, а вторая изотермической, что обеспечивает более комфортную подачу воздуха на обогреваемое рабочее место.
При функционировании системы воздушного локального отопления с использованием воздушно-отопительных агрегатов реализуется наклонная (угол струи подачи порядка 30° к горизонту) и горизонтальная подача воздуха в помещение. Наклонная подача обеспечивает более широкий охват теплым воздушным потоком, горизонтальная подача является наиболее локальной схемой.
Наиболее благоприятный микроклимат создает наклонная подача теплого воздуха, она же является и наиболее затратной по теплоте и электроэнергии.
Часто в комплекте с воздушно-отопительным агрегатом устанавливается дестратификатор, который позволяет обеспечить качественное перемешивание воздушных масс разной температуры в объеме помещения.
Лучистый способ передачи теплоты от отопительного прибора [7] является наиболее эффективным и быстрым. Газовые отопительные установки, функционирующие в инфракрасном диапазоне по эффективности использования энергии являются ведущими.
Газовые инфракрасные излучатели могут быть применены как единственный и самостоятельный источник теплоты для цеха [3], а могут быть дополнительной, вспомогательной локальной системой в сумме с дежурным радиаторным или регистровым отоплением.
Газовые воздушно-отопительные агрегаты могут как создавать полностью микроклимат во всем производственном помещении, так и обеспечивать локальный подогрев воздуха на рабочих местах. могут использоваться постоянно или периодически.
Конечно, современные горелочные устройства позволяют сжигать газовое топливо максимально безопасно и эффективно. Однако, контроль и постоянный мониторинг качества воздуха в помещении при использовании воздушно-отопительных агрегатов с газовым обогревом необходим в обязательном порядке.
Сжигание газа в самом агрегате как источник тепловой энергии позволяет экономить энергию на перекачивание промежуточного теплоносителя (воды или незамерзающих смесей), на его физические утечки и потери теплоты при трансформации теплоты. Однако, при сжигании природного газа выделяется углекислый газ, являющийся вредным веществом, и при использовании газовых воздушно-отопительный агрегатов все вредности выбрасываются в воздух помещения. Это влечет за собой необходимость реализо-вывать систему безопасности по загазованности помещения при постоянном функционировании оборудования рассматриваемого типа.
Библиографический список
1. Афанасьев Е. Воздушно-отопительный агрегат: виды, технические характеристики и цены // Строительство дома. Печи и системы отопления. 2019. №8
2. Воронков Д. С. Различные варианты обеспечения микроклимата помещений большой высоты с применением воздушно-отопительных агрегатов // Вестник Псковского государственного университета. Серия: Экономика. Право. Управление. 2013. №2.
3. Максимов В.И. и др. Анализ преимуществ систем обеспечения теплового режима локальных рабочих зон на основе газовых инфракрасных излучателей по сравнению с традиционными конвективными системами отопления // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 9.
4. Мансурова Ш. П. Вопросы особенности проектирования воздушных завес // European science. 2020. №2-2
(51).
5. Суханов П.О. Промышленная безопасность устройств вентиляции // Вестник магистратуры. 2020. №2-2
(101).
6. Тиханова М.М. О преимуществах воздушного отопления производственных зданий // Вестник магистратуры. 2020. №4-2 (103).
7. Шиванов В. В. Обеспечение теплового режима производственных помещений системами газового лучистого отопления: дисс. ... канд. тех. наук: 05.23.03 Нижний Новгород, 2007
СБУДЫШЕВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ - магистрант, Тюменский индустриальный университет Россия.
