Особенности расчета тепловой мощности системы отопления при использовании ИК-излучателей

Традиционный расчет системы отопления производится на основе [1] и [2], начальным этапом которого является тепотехнический расчет ограждающих конструкций с определением толщины изоляции и значений коэффициентов теплопеедачи. После этого производится собственно определение теплопотерь, которое для удобства производится в табличной форме (табл. 1) [4].
Последовательность данного расчета известна каждому инженеру, в связи с этим ее описание здесь не приводится. Однако следует обратить внимание на некоторые пункты таблицы 1, которые в слуе инфракрасного отопления имеют иное физическое обоснование.

Температуры воздуха и ограждающих конструкции
В случае конвективного отопления температура воздуха внутри помещения принимается величиной постоянной у всех ограждающих конструкций и зависит от назначения отапливаемого помещения. При расчете теплопотерь через стены, пол, перекрытие и др. конструкции их температура принимается равной темпетуре воздуха tв. В случае инфракрасного отопления имеют место следующие отя:
. При лучистом отоплении, благодаря лучистой добавке температуры, в отапваемом пространстве может поддерживаться температура воздуха на несколько градусов ниже, чем заданная температура отопления. Данное явление описывается формулой:

• Share

Где: tэф – температура теплоощущения чеовека, ⁰C;
tв – температура воздуха внутри помещения;
tл– добавка к температуре, образованная лучистым потоком, определяющаяся по формуле:

• Share

Где: Iл– интенсивность потока излучения, Вт/м2;
0,0716 – эмпирический коэффициент, (м2•0С)/Вт.
Согласно равенству (2) лучистый поток с интенсивностью 100 Вт/м2 образует ощущаемую добавку температуры от излучения в размере 7,16 °C.
Это значит, что для результирующей комфортной температуры +18°С при лучистом потоке 100 Вт/м2, достаточно температуры воздуха в +10,84°С. Из равенства (1) следует:

• Share

Следует сказать, что на практике, извлияния процесса естественной конвекции воздуха в помещении, результирующая температура комфорта несколько меньше отличается от температуры воздуха, разница между ними достигает поядка 3-50С в рабочей зоне и около 5-8 ⁰C градусов в среднем по объему помещения [3].
. Температура поверхностей, находящихся в поле видимости инфракрасных излучателей имеет температуру отличную от температуры воздуха внутри помещения. Для пола максимальное значение температуры рассчитывается по формуле:

• Share

Где
Кп – коэффициент теплопередачи пола, (Вт•м2)/0С;
К – кратность воздухообмена в отапливаемом помещении, ч-1;
Sп – площадь пола данного помещения, м²
Q – тепловой поток излучения, Вт/м2. Максимальное допустимое значение для Украины равняется 150 Вт/м2. Согласно [5] при расчете теплопотерь возможно принимать его в пределах (100...120) Вт/м2.
. Поверхность стен условно делится на две зоны – под прямым облучением (высотой 2 м от уровня пола) и вне обения (имеет место небольшая доля рассеянного облучения).
Температура зоны вне облучения принимается равной температуре воздуха внутри помещения, рассчитываемой согласно равенству (3).
Температура зоны под облучением рассчитывается по формуле (4), в которой значение Q принимается равным 0.5Qmax, т. е. (50...60) Вт/м2.
. Температура поверхности перекрытия принимается равной на (3...5) оС болье, чем температура воздуха в рабочей зоне, подсчитываемая по формуле (3).

Таблица 2. Форма расчета теплопотерь при инфракрасном способе отопления

Расчет потерь тепловой энергии на инфильтрацию наружного воздуха
Определяется по формуле (5):

• Share

Где: Fп – площадь пола отапливаемого помещения, м²;
h – высота отапливаемого помещения от пола до потолка, м, но не более 3,5 м согласно [1] и [2].
Нередко при расчетах величина теплоотерь, определенная по формуле (5), явяется величиной заниженной. Это связано с тем, что в нормах [1] и [2] в данной формуле заложена кратность воздухообмена равная 1. Зачастую в зданиях больх объемов может достигать значения 2.5 и выше. Следовательно, данная формула должна быть представлена в следующем виде:

• Share

Где К – кратность воздухообмена в помещении, ч-1.
Кратность воздухообмена, входящая в равенства (4) и (6) рассчитывается по формуле:

• Share

Где: . (ILV . L) – сумма воздухопропускных способностей окон и внешних двеей (м3•s-1•Pa-0,67);
ILV– коэффициент воздухопропускной способности (м3•s-1•м-1•Pa-0,67);
L – длина щелей, открывающихся частей окон и внешних дверей, а также щелей между стеклами и рамами;
В – число, характеризующее здание в зависимости от скорости ветра и застройки, Pa-0,67;
М – число, характеризующее помещение в зависимости от вида внутренних дверей (ворот) и его воздухопропускной способности.
Значения величин, входящих в равенство (7), приведены в таблицах в соответствующей справочной литературе.
Расчеты теплопотерь при отоплении инфракрасными излучателями сводятся в таблицу, форма которой представлена ниже.
* – в формуле (4) величина коэффициента теплопередачи пола для каждой зоны имеет различное значение, опредеяемое теплотехническим расчетом огждающих конструкций.

Выводы
1. Расчет теплопотерь при инфракрасном и конвективном способах отопления имеет некоторые отличия, связанные с различными физическими процессами в отапливаемом помещении.
2. Среднее значение температуры воздуха внутри помещения tв при в случае инфракрасного отопления необходимо принимать ниже, чем при конвективном на (3...5) ⁰C.
3. Значения температур ограждающих конструкций при инфракрасном отоплении не могут приниматься постоянными величинами в виду того, что часть их находится в зоне прямого облучения, а часть – в зоне рассеянного.
4. Определение потерь тепловой энергии на инфильтрацию наружного воздуха как при конвективном, так и при инфракрасном отоплении необходимо проводить с учетом кратности воздухообмена в отапливаемом помещении.

Литература
1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника/Госстрой России. М.: ГНП ЦПП, 1998. – 29.
2. Изменение №1 к СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника», действующее на территории Украины. Строительство Украины. 1996, №6.
3. В. Молька. «Три «Э» в отоплении промышленных помещений». Словакия, 2005.
4. А. А. Котенко «Подбор котлов». Львов – «Рынок Инсталляций» №2, 2005/
5. Проектная документация фирмы ADRIAN по объектам, отапливаемыми системами отопления на базе инфракрасных