Лъчисто отопление в зали и открити обекти

Част II. Основни видове лъчисти нагреватели, конструкция, предимства и недостатъци

Постигането на добър топлинен комфорт при по-ниски енергийни разходи е сред основните фактори, определящи все по-широкото приложение на системи за лъчисто отопление. За да се постигне висока ефективност, обаче, е необходимо отоплителната система да е коректно проектирана, както и инфрачервените излъчватели да са подбрани съобразно изискванията. В противен случай, отоплението с инфрачервени излъчватели би могло да се окаже твърде неефективно и скъпо решение. Препоръчително е изборът на излъчватели за определено помещение да се съобрази както с техническите специфики на самия излъчвател, като топлинна мощност и вид на енергоносителя, така и със спецификите на отопляваното помещение. Сред тях са предназначение и вид на извършваните дейности, както и геометричните характеристики на частта от сградата като височина, обем и др.

Използвани инфрачервени излъчватели
В зависимост от използвания енергоносител, инфрачервените излъчватели се разделят на уреди, работещи с електроенергия, природен газ или течно гориво. Друг широко използван критерий за класификация е повърхностната температура на излъчвателя, според който те са светли и тъмни. При отопление на помещения с по-малка височина или на части от сгради, които се характеризират с повишена пожароопасност, се препоръчва използването на електрически излъчватели. По отношение на помещения с голяма височина е препоръчително приложението на инфрачервени излъчватели, работещи на газообразно или течно гориво. Тяхно предимство е възможността да се постигне много по-висока повърхностна температура на излъчвателя. Също така, използването на газ или на течно гориво при отоплението на голямогабаритни помещения се оказва по-ефективно от икономическа гледна точка.

Отопление с електрически инфрачервени излъчватели
При електрическите инфрачервени излъчватели нагряването се осъществява чрез преобразуване на електрическа енергия в топлинна. Светлите излъчватели представляват тяло с изолационни свойства, около което е навит съпротивителен проводник. Повърхностната им температура достига до 2000 °С. Тъмните излъчватели достигат повърхностна температура до 700 °С и представляват съпротивителен проводник, монтиран в тръба, запълнена с инфузорна пръст. За да се концентрира топлинният поток в определена посока, се използва рефлектор от полирани метали.
Използването на електрически инфрачервени излъчватели се характеризира с редица предимства. Те лесно се инсталират, не се налага допълнително вентилиране на помещението и работят безшумно. Електрическите излъчватели се приемат като ефективно и икономично решение при използването им в качеството на допълнителен енергиен източник. Приложението им, обаче, в повечето случаи се ограничава до помещения с по-малка височина. Поради сравнително високата цена на електроенергията, използването им в много високи помещения в повечето случаи се счита за не особено рентабилно.

Инфрачервени излъчватели на газ и течно гориво
При отоплението на помещения с много високи тавани се използват инфрачервени излъчватели, работещи с газ или течно гориво. Тъмните газови инфрачервени излъчватели имат относително ниска температура на загряване на работния елемент - обикновено до около 450 °С. Препоръчително е използването им предимно за отопление на помещения с височина от 4 до 20 м. Тъмните газови инфрачервени излъчватели се приемат като оптимално решение за отопление на помещения, в които е необходимо излъчваната топлина енергия да бъде разпределена върху максимална площ, при относително не голяма височина на самото помещение. Широко използвани са за отопление на спортни и търговски зали.
Отоплителното тяло при тъмните излъчватели, наричани още високотемпературни тръбни излъчватели, е изградено от сноп тръби, покрити с топлоизолиран ламаринен кожух. Броят на тръбите в един сноп обикновено е от 2 до 6, всяка е с диаметър от 180 до 600 mm. Дължината им се определя в зависимост от формата и размерите на помещението. Препоръчително е да са изработени от специални корозионно устойчиви сплави. Загряването е резултат от директно изгаряне на газ (пропан-бутан, метан, природен газ) или дизелово гориво. Отделената от излъчващите тръби инфрачервена топлинна енергия се насочва посредством използването на рефлектори към отопляемото пространство. По форма тръбните излъчватели обикновено имат I-образна и U-образна форма. Високотемпературните тръбни излъчватели с U-образна форма и вентилаторна горелка и с естествено отвеждане на продуктите на горене, се считат за едни от най-надеждните.

Системи с рециркулация и правотокови
За отопление на помещенията с високотемпературни тръби се използват два вида системи: с рециркулация и правотокови.
При рециркулационните системи, отоплителните тела образуват затворен контур, свързан към топловъздушен агрегат с вграден вентилатор и горелка. Горивото от горелката се подава директно в газо-въздушната смес. Циркулацията на сместа се осъществява посредством вентилатора. Системата е свързана с атмосферата и част от сместа непрекъснато се изхвърля, за да се ограничи нарастването на налягането. При отопление на пожароопасни помещения агрегатът се монтира в сутерена или върху покрива на сградата. В случай че отопляваните помещения не са пожароопасни, ограничения по отношение на монтажа на агрегата не съществуват. Възможно е монтирането му на нивото на тръбните снопове или върху пода.
Правотоковите системи се използват за местно отопление. При тях една от тръбите изпълнява функцията на горивна камера, а продължението й - на димогарна тръба.

Ефективност на системата
Първоначалната инвестиция, включваща закупуване и инсталиране на системата, зависи от обема на отопляваното пространство. Тя може да бъде значителна при отопление на голямогабаритни помещения, в които отопляваните зони са значителни като обем. Ефективността на отоплителните системи с тръбни инфрачервени излъчватели обикновено варира в зависимост от дължината на тръбите и монтажната им височина. Коефициентът на полезно действие на инсталациите би могъл да достигне до 90 - 95%. В случай че височината на монтаж на излъчващите тръби не е съобразена с препоръчаната от производителя, както и при неправилно обслужване на инсталацията или замърсяване на рефлекторите, ефективността е значително по-ниска.
Експлоатационните разходи, също така, зависят пряко от степента на замърсеност на помещението, което рефлектира върху необходимостта от често почистване на рефлекторните повърхности. Газовите инфрачервени тръбни отоплителни системи се отличават с незначителна консумация на електрическа енергия, тъй като не използват вентилатори за принудително преместване на въздуха в помещенията. Изграждането на димоотводна система нерядко поставя изисквания, свързани с подаване на свеж въздух в работните помещения. От своя страна, използването на вентилационна система, подаваща свеж атмосферен въздух в работните помещения, води до понижаване на ефективността на отоплителната инсталация. Често, в подобни приложения, за да се ограничат топлинните загуби се използват специални технически решения за предварително подгряване на подавания в помещенията свеж въздух отвън.

Отопление със светли излъчватели
Към светлите инфрачервени излъчватели се отнасят газовите излъчващи горелки, които се явяват разновидност на инжекционните горелки. Принципът им на работа се базира на изгаряне на хомогенна горивна смес, съставена от въздух и природен газ, върху излъчваща плоча. Хомогенизирането на сместа е в ежектора на горелката, а преминалата през отворите на плочата горивна смес изгаря върху повърхността й в тънък слой. В процеса на изгаряне повърхностната температура на плочата се повишава до 850 - 1200 °С. Отделената в резултат на горивния процес топлинна енергия повишава повърхностната температура на плочата. От момента, в който огнеупорната плоча се нагорещи до бяло, отоплителите започват да излъчват инфрачервени лъчи.
При този вид инфрачервени излъчватели се реализира безпламъчно изгаряне с голямо топлинно натоварване, а основната част от топлината се излъчва в околната среда с дължина на вълните от 2.5 до 6 микрометра. Излъчващата плоча често представлява керамично перфорирано тяло. Използват се също порести керамични тела, пакет от метална мрежа, каталитични плочи и др. Диаметърът на отворите се избира в зависимост от състава на горивото и специфичната повърхностна топлинна мощност. В ролята на гориво освен природен газ се използва и доменен или коксов газ. Изходната мощност на светлите инфрачервени излъчватели варира в интервала от 6 до 60 kW. Използването им в системи за отопление на помещения с голяма височина се счита за добро техническо решение. Не се препоръчва приложението им за отопление на помещения, в които се отделят органичен прах или пожароопасни аерозоли.

Структуриране на мрежата в отделни клонове
Основни елементи на една отоплителна система със светли излъчватели са газовите излъчващи горелки, разпределителната газопроводна мрежа и комплексът автоматика за запалване, контрол и обезопасяване на горивния процес. В процеса на топлотехническо оразмеряване на системата се определят мощността, броят и разположението на излъчвателите. Местата за монтаж, височината на окачване и ориентацията се избират с оглед постигане на равномерно облъчване на пода. За свързване на отделните излъчватели към разпределителната мрежа от стоманени или медни тръби се използват твърди или гъвкави връзки. Препоръчително е структуриране на разпределителната мрежа в отделни клонове, позволяващи едновременно изключване на група излъчватели. В приложения, в които съществуват технически или икономически пречки пред изграждане на система за дистанционно изключване на всеки излъчвател, се препоръчва разделянето им в няколко групи, най-малко две, с относителна мощност 30% и 70%. Тръбите се оразмеряват според максималния разход на газ.

Отличават се с икономична експлоатация
Отоплителните системи, изградени на базата на инфрачервени излъчватели, се отличават с редица предимства, сред които:
- Малка топлинна инерционност;
- Възможност за експлоатация в режим на общо или зоново отопление,
- Икономична експлоатация,
- Възможност за отопление на открити площадки или конкретни зони от неотоплявани помещения с голяма височина,
- Висока надеждност и лесна поддръжка.
Коефициентът на полезно действие на системите с инфрачервени газови излъчватели достига 90 - 95%.
Недостатъците им се свеждат до висока температура на излъчващата плоча, както и необходимост от вентилация за отвеждане на отпадните продукти от горенето. Не се допуска монтиране на инфрачервени излъчватели в помещения с повишена пожароопасност и в помещения, в които се намират материали, които под въздействието на инфрачервената радиация изменят свойствата си.

Улични газови инфрачервени излъчватели
Предназначени са основно за локално отопление на открити площадки, веранди, улични кафенета и т.н. Те са доказан в практиката уред за постигане на комфортни условия при ниски температури на външния въздух. Уличните газови излъчватели се характеризират с икономична работа, тъй като директно загряват хората и предметите, намиращи се в техния обсег, до комфортна температура.
Конструкцията на излъчвателя е сравнително елементарна. В основата му се поставя стандартна газова бутилка, която обикновено може да осигури непрекъсната работа на излъчвателя в продължение на едно денонощие. Под отражателя на излъчвателя се намира газовата горелка. Излъчвателят е снабден и с регулатор на мощността, чрез който се регулира разходът на газ и се осигурява поддържане на желаната температура. Обикновено излъчвателят се изработва от неръждаема стомана, което го прави устойчив на атмосферни влияния. Може да се премества лесно поради неголямото му тегло. При температура на въздуха от 10 °С някои от уличните инфрачервени излъчватели са способни да отопляват повърхност в радиус от 6 м в диаметър до температура 25 °С.