Применение систем инфракрасного отопления — эффективное средство сбережения газа

Принцип действия и основные преимущества ИК излучателей При отоплении инфракрасными излучателями используется принцип, который существует в природе. Инфракрасное излучение, испускаемое металлической трубой-излучателем и полностью соответствующее тепловому излучению солнца, проникает через воздух и преобразуется в тепло при попадании на поверхности твердых предметов (полы и стены помещений, оборудование, рабочие места и т.п.). Теплоносителем служит смесь воздуха с продуктами сгорания газа (или жидкого топлива), циркулирующая по контуру теплоизлучающих труб. Система устанавливается на высотах от 4 до 35 м и полностью автоматизируется. Традиционные системы отопления имеют суммарный КПД в лучшем случае не выше 60–70% (для современного неизношенного оборудования). Он определяется как произведение КПД собственно котла (90–94%), теплотрассы (60–80%), тепловых приборов (95–98%). КПД систем инфракрасного отопления в целом не ниже 92%. Это является основной предпосылкой сокращения расхода газа. Важным преимуществом ИК систем отопления перед традиционными является необходимость использования вдвое меньшей установленной мощности на единицу площади помещения: 1 кВт мощности на 10 кв. м площади при традиционном отоплении и на 20 кв. м при использовании ИК излучения. Таким образом, благодаря применению ИК систем отопления достигается значительная экономия первичного энергоносителя. Сроки монтажа ИК систем отопления на 20–30% короче, чем традиционных систем отопления с водяным и, тем более, с паровым теплоносителем. Особенно необходимо отметить возможность поэтапного запуска ИК систем с учетом технологических приоритетов или финансовых возможностей заказчика. Другие важные преимущества ИК систем отопления:

• малая инерционность системы (прогрев от дежурной температуры в помещении +5°С до рабочей +18°С менее чем за один час);
• практическое отсутствие тепловой «подушки» в верхней части помещений;
• комфортная температура, на 2–5°С более низкая, чем при традиционных системах отопления;
• автоматическая оптимизация процесса горения, что приводит к минимальному расходу газа, снижению содержания вредных веществ в отработанных газах и их температуры, делает более простой и безопасной эксплуатацию отопительного оборудования;
• возможность программирования и автоматического контроля параметров обогрева;
• возможность направленного выбора для отопления отдельных участков и позонный контроль параметров отопления, что позволяет наиболее рационально использовать потребляемый энергоноситель;
• снижение запыленности в помещениях, уменьшение сквозняков благодаря отсутствию активного перемещения воздушных масс при использовании ИК систем отопления.

Критерием оптимального проектного решения по размещению излучателей служит равномерность обогрева рабочей зоны и физиологически комфортная температура в отапливаемом помещении. Разновидности ИК приборов отопления Энергоносителями для ИК систем отопления могут быть:

• электроэнергия;
• природный газ, природный сжиженный газ или пропан-бутановая смесь;
• жидкое (дизельное) топливо.

Принцип работы ИК систем независимо от вида используемого энергоносителя остается одним и тем же, а экономические показатели существенно различаются в пользу газовых излучателей. Газовые ИК излучатели могут работать на различных температурных уровнях:

• «светлые» высокотемпературные: температура излучающей поверхности I >1000°С;
• «светлые» среднетемпературные: 800°< I <1000°С;
• низкотемпературные каталитические: 600°С< I <800°С;
• «темные»: 400°С< 1; <600°С;
• «субтемные»: 200°С< I <400°С.

Светлые системы не рассчитаны на постоянное присутствие людей в зоне излучения, к тому же необходимо учитывать наличие высоких температур (практически открытого пламени) внутри помещения, поэтому в первую очередь внимание было обращено на темные и субтемные системы. Конструктивно в темных и субтемных аппаратах внутри излучателя формируется растянутый газовый факел, благодаря чему удается ликвидировать температурные максимумы вблизи зоны горения, получить более равномерное облучение помещения. По компоновке темные ИК аппараты — «короткие», от 6 до 24 м, субтемные — «длинные», до 350 м. «Короткие» излучатели могут быть прямоточные и 11-образной формы. Последние значительно эффективнее прямоточных по коэффициенту равномерности излучения, поэтому при применении «коротких» аппаратов предпочтение отдавалось 11-образным аппаратам. Мощности «коротких» аппаратов — от 10 до 60 кВт, «длинных» — до 500 кВт. Единовременные затраты на установку ИК оборудования и эксплуатационные затраты Единовременные (стартовые) затраты на монтаж систем инфракрасного отопления существенно отличаются от затрат на обычные конвективные системы по удельным стоимостным показателям, в частности по зависимости от суммарной мощности установленного оборудования (рис. 1). При сравнении предполагалось, что в традиционной котельной на отечественных котлах используются импортные горелки (это наиболее дешевый вариант оборудования); в этот расчет не были включены затраты на строительство теплотрассы, зависящие от удаленности котельной от объектов отопления и дополнительно увеличивающие стартовые затраты. Что касается аппаратов ИК отопления, то в оценку были включены наиболее дорогие аппараты зарубежного производства. (В России существует ряд предприятий, изготавливающих подобное оборудование, но это или копии устаревших моделей западных компаний, или опытные разработки, еще не запущенные в серию, или аппараты, уступающие по техническим характеристикам и качеству лучшим импортным образцам. Из зарубежных производителей ГЭС-СПб сотрудничает с компаниями из Англии, Германии, Италии, Словении, оборудование которых имеет все необходимые сертификаты и разрешения для применения на территории Российской Федерации. Сегодня при разработке проектов с применением ИК отопления рассматривается целый спектр ИК систем более десятка производителей.) Приведенная диаграмма наглядно показывает, что стартовые затраты на единицу установленной мощности в диапазоне мощностей до 10 МВт при ИК отоплении существенно ниже, чем для котельных. Причем данный диапазон мощностей наиболее актуален для промышленных предприятий и востребован заказчиками. Обращает на себя внимание более чем двукратная разница в стартовых затратах при малых мощностях. Затраты на эксплуатацию ИК систем ввиду отсутствия промежуточного теплоносителя принципиально меньше, чем в случае конвективного обогрева. При традиционном отоплении расходы на ремонты и эксплуатацию теплотрасс, приборов отопления, котельных, а также затраты на электроэнергию, воду и водоподготовку многократно превышают стоимость потребляемого природного газа. Объемы потребления собственно природного газа многократно больше для тех же производственных помещений за счет наличия «перетопа», большей суммарной мощности оборудования, менее рационального использования тепла. Примеры внедрения ИК систем отопления В мае 2001 г. первая система ИК отопления с «длинными» субтемными аппаратами была сдана в эксплуатацию в цехе №52 ОАО «Балтийский завод». Площадь цеха 1000 м2, высота 8,2 м. Для отопления подобного помещения традиционным способом необходима котельная мощностью 1 МВт, мощность оборудования ИК отопления — всего 350 кВт. На рис. 2 показаны нарастающим итогом затраты на отопление в случаях традиционной системы (котельная, теплотрасса, внутренняя разводка) и ИК системы для цеха №52 ОАО «Балтийский завод». Результаты расчета экономического эффекта внедрения ИК отопления в данном цехе приведены в таблице. Данные фактического расхода газа взяты на основании показателей счетчика в период с 4.10.01 по 10.01.02, данные по котельной — на основании нормативов. Стоимость внедрения ИК отопления в цехе — 1140 тыс. рублей (оборудование, проектирование, монтаж, пуско-наладочные работы). Экономия составила 434,5 тыс. рублей. Срок окупаемости — 2,6 года. Такой результат при всех возможных корректировках делает инвестиции в ИК отопление суперпривлекательными, причем он был получен при существующей, параллельно используемой системе отопления. При строительстве систем теплоснабжения «с нуля» экономические преимущества ИК систем еще выше. На реальных предприятиях с помощью только ИК систем отопления не удается решить всех проблем с теплоэнергосбережением. Во многих случаях предпочтительным оказывается децентрализованное теплоснабжение, позволяющее избежать основных потерь при передаче тепловой энергии. Следующему заказчику, ОАО «Новая Сила», было предложено комплексное решение на основе децентрализованного отопления с применением ИК систем. Для данного предприятия по согласованию с заказчиком мы применили «короткие» темные ИК аппараты. Так был получен новый опыт и новый результат. На предприятии ОАО «Новая Сила» (сейчас оно называется «Ленинградский электромеханический завод») были установлены системы ИК отопления в цехах № 5, 11, 78 суммарной площадью 52000 м2, с высотами от 8,5 до 28 м. Всего смонтировано 217 аппаратов единичной мощностью от 38 до 60 кВт, суммарной мощностью 12456 кВт. Для отопления административно-бытового корпуса была реконструирована котельная мощностью 3000 кВт на импортных котлах. Фактические данные о расходах газа на введенных объектах позволяют говорить о том, что суммарное потребление природного газа благодаря применению инфракрасных систем отопления сокращается в 5 и более раз.