Эти системы рассматриваются в качестве альтернативы традиционным системам водяного и воздушного отопления. Среди преимуществ лучистых систем указываются следующие: ❏ экономия энергии при использовании инфракрасных обогревателей; ❏ обеспечение комфортных для человека условий при более низких температурах воздуха в помещении (на 2°C ниже нормируемой температуры при проектировании систем конвективного отопления); ❏ сравнительно небольшие габариты обогревателей, быстрота и удобство монтажа; ❏ возможность обогрева рабочего места или определенных зон, а не всего помещения; ❏ достаточно равномерное распределение температуры по высоте помещения (при использовании систем воздушного отопления увеличение температуры от пола к потолку составляет 1,5–2,5°C/м, при использовании систем лучистого отопления 0,3°C). Расчет лучистого отопления включает определение тепловой нагрузки, выбор типа, конструкции и количества излучателей. Кроме того, необходимо обеспечить равномерность обогрева помещения и допустимую поверхностную плотность лучистого теплового потока (облученность).В зависимости от норм облученности должна определяться температура поверхности излучателя или расстояние до него. Область применения систем лучистого отопления и допустимые температуры излучателей установлены СНиП 41-01–2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [1].Там же приведены значения допустимой поверхностной плотности лучистого теплового потока при лучистом отоплении постоянных рабочих мест. Для систем обогрева с газовыми инфракрасными излучателями величины допустимой облученности даны в Рекомендациях [2]. Для животноводческих помещений допустимые значения облученности приведены в [3]. Фирмы-производители предлагают широкий ассортимент инфракрасных обогревателей. Чаще всего их классифицируют на две группы: приборы, работающие на газообразном топливе, и электрические приборы. В каталогах фирм, поставляющих данное оборудование, приводятся данные о мощности и габаритах инфракрасных обогревателей. Однако зачастую отсутствует информация о температуре излучающей поверхности и ожидаемой облученности в обслуживаемых зонах. Вместо этого приводятся не вполне обоснованные рекомендации по размещению обогревателей по высоте и минимальные расстояния от поверхности стен, на которых предполагается установка панелей. Таким образом, не представляется возможным прогнозировать соответствие принимаемых решений требованиям действующих норм. Контроль нормируемых параметров также затруднен ввиду дефицита необходимых приборов (актинометры, пирометры). Нами были определены основные характеристики газовых обогревателей GoGas, ГИИ, ИКГН и электрических обогревателей фирмы FRICO [4] для варианта горизонтальной установки. Исходные данные (габаритные размеры, мощность и т.д.) приняты из каталогов фирм-производителей. Результаты расчетов представлены на рис. 1 и 2. В нижней части графиков нанесены данные для электрических обогревателей, а в верхней — для газовых. Наши расчеты показали, что температуры поверхности панелей лучистого отопления весьма высоки и составляют 155–600°C (рис. 1). На рис. 2 представлена зависимость составляющей теплоотдачи излучением инфракрасных обогревателей от плотности теплового потока излучателя. Установлено, что не вся тепловая мощность передается излучением, и доля его составляет 60–85%. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы. Температура излучателей во всех рассматриваемых случаях больше 150°C, что может ограничивать возможность их применения ввиду несоответствия нормативным требованиям. При высокой температуре поверхности излучателя достаточно сложно обеспечить допустимую облученность в обслуживаемой зоне. Чем выше температура поверхности обогревателя, тем больше лучистая составляющая (рис. 2). Для излучателей, работающих на газообразном топливе, она составляет 75–85% общей мощности. Для электрических излучателей доля лучистой составляющей достигает 60–75%. При меньших значениях плотности теплового потока излучателя значения лучистой и конвективной составляющих примерно одинаковы. Таким образом, не весь тепловой поток инфракрасного обогревателя передается излучением, как зачастую указывается в каталогах фирм-производителей. При этом конвективная теплота, в основном, поступает в верхнюю зону помещений, увеличивая температуру удаляемого воздуха и теплопотери через покрытие. Очевидно, что наиболее эффективны высокотемпературные системы лучистого отопления, однако их применение ограничено требованиями норм [1]. В каталогах фирм-производителей указывается минимальная высота установки излучателя, однако решение о размещении инфракрасных обогревателей можно принимать только после выполнения расчета облученности на каждом рабочем месте и в обслуживаемой зоне. Не стоит верить утверждениям, что все тепло от инфракрасного нагревателя передается излучением. Нужно разумно сопоставлять предлагаемые характеристики с требованиями нормативных документов для данной категории помещений и только тогда, основываясь на расчете облученности на рабочем месте, определяться с выбором системы лучистого отопления, наиболее эффективной для рассматриваемого случая. Для оценки параметров систем лучистого отопления необходимо выполнить подробный расчет распределения лучистого тепла по внутренним поверхностям помещений, а также определять уровень облученности находящихся в них людей или животных с учетом закономерностей лучистого теплообмена. Наиболее полно закономерности лучистого теплообмена применительно к задачам строительной теплофизики рассмотрены В.Н. Богословским. Так, в монографии «Строительная теплофизика» [5] приведены основные зависимости и данные о распределении лучистого тепла по внутренним поверхностям ограждающих конструкций. В технической и справочной литературе, например [6],имеются формулы и графики для расчета угловых коэффициентов облучения для конкретных условий взаимного расположения поверхностей, участвующих в теплообмене. Непосредственное использование этих формул для расчетов распределения лучистого тепла по поверхностям помещений весьма трудоемкая работа даже для компьютерных расчетов. Методики расчета лучистого отопления приводятся в справочном пособии Л.Д. Богуславского [7] и в справочнике проектировщика [8]. Для упрощения расчетов предложены вспомогательные материалы (таблицы, графики).Однако эти методики весьма сложны и разработаны для определенных типов нагревательных панелей, параметров теплоносителя и т.д.Поэтому применение их для практических расчетов зачастую не представляется возможным. В своих подходах мы ориентировались на полную алгоритмизацию расчетов, что позволило в итоге разработать компьютерные программы, позволяющие рассчитывать лучистый теплообмен для решения различных задач, в том числе для проектирования лучистого отопления. Для этого были использованы приемы стереометрии, что позволило получить удобные соотношения для расчета взаимных площадей излучения через координаты центров площадок, между которыми происходит теплообмен. Кроме того, применили метод численного интегрирования, что позволяет использовать предлагаемую методику для любых случаев взаимного расположения теплоотдающих и тепловоспринимающих поверхностей. Предлагаемая авторами методика расчета лучистого отопления [9] позволяет решить следующие задачи: ❏ по заданной температуре и размерам обогревателя облученности в обслуживаемой зоне; ❏ по заданной облученности определить допустимую температуру поверхности излучателя; ❏ по заданной облученности и характеристикам обогревателя найти количество излучателей, ориентацию и высоту установки. Разработанная методика апробирована при проектировании системы инфракрасного отопления Дома спорта «Снежинка» в г.Екатеринбурге [10].С учетом нормативных требований было определено размещение и количество панелей электрического инфракрасного отопления. Выполнена оценка воздействия лучистого теплового потока на кабели систем электроснабжения, а также обоснована возможность предотвращения конденсации влаги на строительных конструкциях при заливке льда. Разработанные рекомендации нашли подтверждение при пуске объекта.
1. СНиП 41-01–2003.Отопление, вентиляция и кондиционирование.— М.: ФГУП ЦНС,2004. 2. Рекомендации по применению систем обогрева с газовыми инфракрасными излучателями.— М.:АВОК, 1996. 3. Богословский В.Н.,Пирумов А.И., Посохин В.Н. и др. Внутренние санитарно- технические устройства. В 3 ч. ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1,Изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: «Стройиздат», 1992. 4. Каталог оборудования FRICO. Гетеборг: изд.FRICO, 1998. 5. Богословский В.Н.Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Учебник для вузов. — М.: «Высшая школа», 1982. 6. Исаченко В.П.,Cипова В.А., Сукомел А.С.Теплопередача.— М.: «Энергия», 1981. 7. Богуславский Л.Д. и др. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционироваия воздуха. Справ. пособие.— М.: «Стройиздат», 1990. 8. БогословскийВ.Н., Крупнов Б.А., Сканави А.Н. и др. Внутренние санитарно- технические устройства. В 3 ч., ч 1.Отопление.Изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: «Стройиздат», 1990. 9. Шумилов Р.Н.,ТолстоваЮ.И., Поммер А.А.Совершенствование методики расчета лучистого отопления.Материалы международной научно- технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции».— М.: Изд.МГСУ, 2005. 10.Шумилов Р.Н.,ТолстоваЮ.И., Ашихмин А.А. Защита от перегрева обслуживаемых зон и строительных конструкций при инфракрасном отоплении.Предотвращение аварий зданий и сооружений: Межвуз. сб. науч. тр.— Магнитогорск: Изд.МГТУ, 2005.
