Проблемы отопления промышленных объектов и их решение

Задача теплоснабжения производственных помещений (цехов) — всегда считалась неординарной. И дело здесь не только в том, что, в отличие от жилых и административных зданий, производственные здания всегда создаются под определенную и часто уникальную технологию, требующую создания в производственном помещении особых условий по температуре, комфортности, влажности и запыленности внутреннего воздуха.
Не назовешь исключительным и такой случай, когда в границах одного производственного помещения необходимо создать несколько рабочих зон с разными условиями климатического комфорта. И, само собой разумеется, что практически каждое производство связано с жёстким исполнением нормативных требований по промышленной санитарии, взрыво- и пожароопасности.
Площадь здания на плане редко можно обозначить трёхзначным числом. Тысячи, а то и десятки тысяч квадратных метров пола под одной крышей. Вся эта площадь заставлена оборудованием, пронизана транспортными, электросиловыми и технологическими коммуникациями. Не может не впечатлять и высота производственных помещений. Она, как правило, составляет, как минимум, 6-7, а средняя — 14-18 метров. Не являются редкостью высоты в 20 и даже 24 метра. И это при высоте рабочей зоны всего в 2 метра, которую и надо обогревать.

Отопить даже среднее по размерам производственное помещение с помощью водяной или паровой системы отопления практически невозможно. Десятки километров распределительных трубопроводов упрутся в фундаменты технологического оборудования, перекроют проходы, пересекутся с силовыми сетями и сетями управления, расположенными ниже отметки пола. Да и гидравлической устойчивости работы таких сетей достичь очень трудно. Добавьте к этому высокую плотность блуждающих токов, характерную для производственных помещений, вызывающую интенсивную электрохимическую коррозию водяных тепловых сетей и сетей конденсатопроводов. Слишком дорого и слишком сложно.
Именно эти, описанные выше сложности, объясняют то, что до недавнего времени практически единственным способом отопления производственных помещений являлось воздушное отопление. Воздух из отапливаемого помещения забирается вентилятором, подается на водяной или паровой калорифер и по воздуховодам направляется в рабочую зону. Распределение воздуха в рабочей зоне осуществляется с помощью распределительных головок или в виде направленных струй. Это несколько разгружает рабочую зону от систем разводки тепла и позволяет достичь достаточно равномерного его распределения на больших площадях цеха. К преимуществам воздушной системы можно отнести и то, что она легко совмещается с приточными системами вентиляции.
Но этими, не всегда очевидными достоинствами, преимущества воздушных систем отопления исчерпываются. А вот перечень недостатков мог бы занять не один лист нашего описания. И, прежде всего, к этим недостаткам следует отнести теплофизические свойства воздуха, как теплоносителя. Воздух обладает крайне низкой теплоемкостью (в четыре раза меньшей, чем у воды). Следовательно, для переноса значительных тепловых нагрузок (а тепловая нагрузка только одного среднего цеха может сравниться с потребностью в тепле нескольких жилых многоэтажных зданий) требуется перемещать весьма внушительные массы воздуха. И, если объемы, занимаемые вентиляционными камерами и воздуховодами, исключающие из полезного использования до 5% объемов производственных помещений, можно отнести к малым бедам, то затраты на электроэнергию, приводящую в действие вентиляторы воздушных систем отопления к малым бедам отнести никак не удается. Ведь эти затраты даже в расчетном режиме работы не уступают затратам на тепловую энергию, потребляемую системами воздушного отопления. А в режимах с температурой наружного воздуха выше расчетной (а эти режимы составляют не менее 80% продолжительности отопительного периода) превосходят их.
Но и это еще не все. Рабочая, обитаемая зона производственных зданий и требует всего 20-30% их общего объема. Именно эти 20-30% объема здания и требуют поддержания комфортных условий, необходимых для работы персонала. Нагрев 70-80% воздуха, находящегося над рабочей зоной, следует отнести к прямым потерям. Но ведь всем известно, что удержать теплый воздух внизу еще никому не удавалось. Он неизбежно будет стремиться вверх, под крышу здания. Поэтому рост температуры воздуха от пола к потолку в производственных зданиях, оборудованных воздушными системами отопления составляет 2,5°С на метр высоты. Это означает, что в здании высотой 12 м при средней температуре в рабочей зоне 15°С воздух под крышей оказывается нагретым до 40° С. Такой «убойный» перегрев внутреннего воздуха зданий приводит к резкому возрастанию тепловых потерь через наружные ограждения, верхние перекрытия, стены, световые проёмы и фонари.
И на этом беды системы воздушного отопления не кончаются.
Распределение приточного воздуха в рабочей зоне осуществляется при достаточно высокой скорости воздуха. Это приводит к сквознякам и снижению комфортности за счет увеличения выделения тепла телом человека. Эксплуатация системы воздушного отопления в нормальном режиме (без недотопа) вынуждает поддерживать в помещении завышенную на 1-2°С температуру и сопровождается, как следствие, увеличением тепловых потерь через наружные ограждения здания. Но, в настоящее время, многие предприятия с целью снижения затрат на отопление сознательно идут на «недотоп» производственных помещений. В этом случае снижается температура воздуха, подаваемого в рабочую зону, и повышенная скорость воздуха при пониженной его температуре приводит к прямому переохлаждению работников. Для поддержания хотя бы приемлемых условии труда, струйные аппараты воздухораспределения, повсеместно, либо разворачиваются вверх, выше рабочей зоны, либо вообще снимаются.
Таким образом, система переходит к затратному режиму работы без какого-либо положительного эффекта, кроме сохранения этой системы от размораживания и окончательного выхода её из строя.
Нельзя сказать «доброго слова» и об управляемости систем воздушного отопления особенно сейчас, когда предприятия, экономя на чём только возможно, пытаются снизить затраты на отопление. Если исключить из рассмотрения предприятия, работающие в непрерывном режиме в три смены, включая выходные и праздничные дни, то все остальные предприятия работают, как правило, в одну, реже в две смены, пять, а иногда четыре или три дня в неделю. Это означает, что при работе предприятия в одну смену, за отопительный период, составляющий для средней полосы России около 5000 часов, собственно рабочими являются не более 1100 часов или 23% календарного времени. Все остальные 3900 часов предприятия вынуждены отапливать цеха, в которых никто не работает. При двухсменном режиме работы предприятий, применяемом в настоящее время крайне редко, эта цифра возрастает до 2300 часов, что не превышает и 46% времени отопительного периода. Добавьте к этому нередкие сегодня вынужденные простои, и сразу станет понятной причина, по которой многие, даже относительно стабильно работающие предприятия, попросту отключают и консервируют до лучших времен системы теплоснабжения производственных помещений.
Энергетическая составляющая себестоимости выпускаемой продукции взвинчивает цену и делает эту продукцию неконкурентоспособной на рынке. И «виноваты» в этом именно воздушные системы теплоснабжения производственных помещений. Они просто не в состоянии эффективно снижать собственные затраты в режимах дежурного отопления.
Работа службы Главного энергетика по переводу (как правило, ручному) системы воздушного отопления в дежурный режим и сложна, и малоэффективна. Всегда есть угроза размораживания системы в случае резкого снижения температуры наружного воздуха. Ведь суточные колебания наружной температуры в 10-12°С для центральной полосы России вполне обычны. «Зажимание» расхода воды через калориферную установку разбалансирует систему и может привести к размораживанию и калориферной установки и внутренних водопроводов. Да и расход электроэнергии на привод вентиляторов таким образом не уменьшить. Снижение расхода воздуха приведет к желанному снижению потерь энергии на электропривод, но повысит температуру обратной сетевой воды, а существенного снижения потребления тепла не даст, т.к. при этом вырастет температура воздуха на выходе из калориферов. Да и сложно всё это, без многолетнего опыта эксплуатационного персонала не обойтись. Не было бы смысла в перечислении всех этих бед наших предприятий, если бы не было возможности эффективно и полно их решить. И такое решение есть.

Основные преимущества систем электрического инфракрасного (лучистого) отопления (ЭИО)

Главной отличительной особенностью электрического инфракрасного отопления является обогрев помещения с помощью потока лучистой энергии теплового спектра. Поток лучистой энергии, направляемый расположенными непосредственно над обогреваемой зоной лучистыми обогревателями, не нагревая окружающий воздух, нагревает поверхности пола, установленного в обслуживаемой зоне оборудования и находящихся в этой зоне людей. В свою очередь, пол и оборудование, нагреваясь, конвекцией отдают аккумулированное тепло окружающему воздуху. Что же касается находящихся в обогреваемой зоне людей, то их комфортное состояние, соответствующее степени интенсивности труда, поддерживается не только за счет температуры окружающего воздуха, как при воздушном отоплении, но еще и отраженной на них со стороны обогревателей, нагретого пола и оборудования лучистой энергии. Это принципиальное отличие систем электрического инфракрасного отопления от традиционных систем отопления позволяет достигать наиболее полного для работников состояния комфорта.

Кроме этого, эти отличия приводят к ряду важных экономических следствий:

Не вызывает сомнения факт, что системы воздушного отопления перегревают верхнюю часть помещения. Вернемся к зданию с высотой перекрытий 12 м, где при средней температуре в рабочей зоне 15°С, воздух под крышей оказывается нагретым до 40° С. В том же самом здании, но оборудованном системой электрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн», при той же температуре в рабочей зоне, температура под кровлей составит 19 С. Таким образом прирост температуры по высоте 0,3 С/м. Эта разница температуры воздуха под крышей (21°С) приводит к снижению расчетных тепловых потерь через кровлю производственного помещения приблизительно на 35%. Если к этому добавить 22% снижения потерь через верхний пояс стен по периметру здания, то общее снижение расчетных тепловых потерь составит 30% по сравнению с потерями такого же здания, но оборудованного воздушной системой отопления. Это, в свою очередь, приведет к снижению годовых затрат тепла на систему отопления помещения на 45%. И это без учета снижения тепловых потерь с воздухом, удаляемым системами общеобменной вентиляции, ведь вытяжные устройства этих систем располагаются, как правило, именно на кровле производственных зданий. Трудно переоценить работу систем электрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн»» в многоярусных складских помещениях, где хранение продукции подвержено строгим температурным допускам.
Другим следствием, вытекающим из специфики электрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн», является то, что заданные комфортные условия пребывания человека в рабочей зоне достигаются при меньшей температуре окружающего воздуха. Объясняется это тем, что в отличие от традиционных систем отопления, где в энергетический баланс с телом человека вступает только окружающий его воздух, в системах лучистого отопления состояние комфорта складывается из поверхности тела человека и падающего на него лучистого потока. Чем выше интенсивность лучистого потока, тем ниже комфортная температура окружающего воздуха. Эта особенность хорошо известна горнолыжникам, не упускающим случая позагорать под солнечными лучами среди заснеженных горных вершин, не взирая на то, что температура окружающего воздуха значительно ниже нулевой отметки. Поэтому для того, чтобы передвигаясь из теневой зоны цеха в зону лучистого потока, человек не почувствовал даже мимолетного ощущения холода, допускается снижение поддерживаемой в помещении температуры воздуха не более чем на 4°С. Но и этого снижения температуры вполне достаточно, чтобы расчетные тепловые потери здания снизились на 10%. А это влечет за собой годовую экономию тепла на обогрев здания еще на 20% сверх той, что указана выше.
После внедрения электрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн»» система общеобменной вентиляции, совмещенная с системой воздушного отопления, освобождается от громадных расходов рециркулируемого воздуха, обслуживающего собственно систему отопления. Снижается и температура приточного воздуха. Все это вместе взятое позволяет, не меняя существующих воздуховодов, снизить в несколько раз скорость движения приточного воздуха в распределительных каналах. В свою очередь, пропорциональная квадрату скорости потеря напора в воздуховодах, напрямую ведет к снижению затрат на привод вентиляторов как минимум в два-три раза.
Тариф на тепло, отпускаемое централизованными источниками, крупными котельными, ТЭЦ, колеблется от 89 до 200, а то и более рублей за 1Гкал. И это без затрат на электропривод систем внутреннего распределения воздуха, которые будучи добавленными к затратам на тепло, увеличат их вдвое. А еще потери тепла во внутризаводских и внутрицеховых тепловых сетях, составляющие до 10% от полезнопотребленного тепла. Все это вместе потянет на 200-400 рублей за каждую потребленную Гкал. Цена же за 1 кВт/час электроэнергии составляет 40-50 коп., что делает электроэнергию для электрическое инфракрасное отопление в худшем случае в 2 раза дороже, в лучшем — сопоставимой. В силу изложенных выше и ниже причин использование более дорогой электроэнергии в электрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн» приводит к несравнимой экономии при эксплуатации последних. Работая в режиме автоматического управления и имея минимальную инерционность процесса управления электрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн» способны с высокой точностью выдержать заданный температурный режим в отапливаемом помещении. Они легко, без участия персонала, переходят в режим дежурного отопления и, в считанные минуты, самостоятельно возвращаются из дежурного отопления в рабочий режим. Так предприятие, работающее 5 дней в неделю, только за счет перевода системы в режим дежурного отопления во внерабочее время, выходные и праздничные дни, сэкономит за год 44% электроэнергии. При двусменной работе экономия будет меньше, но все равно составит 31%. Если представить, что тот же эффект мы вознамеримся получить за счет утепления наружных ограждений производственных корпусов, то капитальные вложения, затраченные на это разумное мероприятие, значительно перекроют затраты на внедрение системы местного электрического инфракрасное отопления «ИкоЛайн». Использование дешевого ночного тарифа за электроэнергию с использованием днем аккумулированного тепла и работойэлектрических инфракрасных обогревателей «ИкоЛайн» в режиме поддержания заданной температуры дает от 30 до 60 % дополнительной экономии расходов на отопление.
С точки зрения затрат на внедрение электрического инфракрасного отопления «ИкоЛайн» выгодно отличается отсутствием необходимости в прокладке дорогостоящих теплотрасс или газопроводов. Так как в промышленных цехах, как правило, подведены избыточные электрические мощности, то пересмотреть электрическую разводку не представляет затруднений. Монтаж системы выполняется без нарушения производственного цикла, впрочем как и демонтаж, наращивание или уменьшение ее мощности. Система быстро входит в режим, может быть сколько угодно долго отключена, главное — ей не грозит размораживание. Что же касается затрат на ремонт и обслуживание, то по сравнению с воздушными системами отопления при централизованной разводке теплоносителя, чьи затраты составляют 20-40% от общих затрат, электрическое инфракрасное отопление требуют только периодических осмотров контактных групп.

Обогрев помещений

Традиционное (конвективное) отопление. В первую очередь прогревается воздух, который поднимается вверх; т. е. тепловая энергия тратится на очевидно бесполезный для человека нагрев воздуха под потолком.
Инфракрасные обогреватели «ИкоЛайн»Температура ТЭНа подобрана так, что поверхность пластины, обращенная к полу, нагревается до 250С. При такой температуре 90% энергии преобразуется в поток тепловых лучей, а 10% уходит на прямой нагрев воздуха, соприкасающегося с пластиной. Тепловые лучи беспрепятственно проходят сквозь воздух, не нагревая его, и нагревают непосредственно пол и предметы, от которых в свою очередь нагревается воздух. Поднимаясь к потолку, он немного остывает, при этом на уровне головы стоящего человека температура воздуха оказывается на 1-2С ниже, чем у пола.

Источник Проблемы отопления промышленных объектов и их решение