ИНФРАКРАСНЫЕ  ИЗЛУЧАТЕЛИ  НА  ВОДЕ

Ширяев  Александр  Сергеевич

E -mail:  Alex2793@bk.ru

Коваленко  Дмитрий  Валерьевич

E-mail:  

Шульга  Кирилл  Сергеевич

E -mail: 

" target="_blank">Koldun_anubis@mail.ru

студенты  5  курса,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

Калимуллин  Алик  Талгатович

аспирант,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail: 

Бубенчиков  Антон  Анатольевич

научный  руководитель,  канд.  техн  наук,  ст.  преподаватель  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  privetomsk@mail.ru

В  мире  происходит  гигантское  потребление  энергии,  которое  постоянно  возрастает.  Ежедневно  сжигается  то,  что  Земля  накапливала  за  тысячу  лет.  По  оценкам  международных  организаций,  потребление  энергоресурсов  к  концу  XX  века  возрастает  в  2,5  раза  по  сравнению  с  1975  годом  и  составит  18—21  млрд.  т  условного  топлива  (тут).  При  этом  будет  потребляться  80  %  органического  топлива  (уголь  —  30  %,  нефть  —  32  %,  и  газ  —  18  %),  запасы  которого  ограничены,  7  %  —  гидроэнергии  и  13  %  атомной  энергии  [1].  В  связи  с  этим  за  последние  два  столетия  и  по  сегодняшний  день  человечество  вынуждено  решать  задачу  рационального  использования  энергоресурсов.  Поэтому  неслучайно  в  настоящее  время  приходится  наблюдать  внедрение  различных  технологий  направленных  как  на  экономию  энергоресурсов,  так  и  на  их  рациональное  применение.

Действительно,  если  задуматься,  то  наша  планета  получает  свою  энергию  от  Солнца  не  путём  теплопроводности  или  конвекции,  а  путём  излучения  [6].То  есть  можно  согласиться,  что  наиболее  грамотным  подходом  будет  являться  выявление  природных  закономерностей  и,  применяя  их  в  необходимых  для  себя  условиях,  человечество  будет  идти  наиболее  рациональным  путем.  Именно  так  на  актуальность  данного  вопроса  тонко  указал  ещё  в  1986  году  изобретатель  Edwin  J.  Covan  —  человек,  которого  принято  считать  одним  из  основателей  инфракрасных  излучателей  на  воде.

Принцип  действия  этих  систем  заключается  в  следующем:  при  подаче  к  ним  теплоносителя  (горячей  воды  или  пара)  металлические  корпуса  нагреваются,  затем  они  в  виде  электромагнитных  волн  начинают  излучать  тепло.  Из-за  того,  что  тепловое  излучение  не  поглощается  чистым  воздухом,  большая  часть  тепловой  энергии  от  термопанелей  лучистым  путем  поступает  в  рабочую  зону  отапливаемого  помещения,  нагревая  при  этом  находящиеся  в  ней  различные  предметы  и  людей.

Естественно,  что  лучевой  тепловой  поток  при  этом  более  интенсивен  в  точках,  находящихся  ближе  к  термопанелям.  Этот  поток  присутствует  только  в  зоне  прямого  действия  лучей,  исходящих  от  термопанелей.  Лучистый  поток,  проходящий  через  единицу  площади,  называют  обычно  плотностью  или  интенсивностью  излучения  (облучения)  [q,  Вт/м²].  Интенсивность  теплового  излучения  q  при  температуре  воды  (60  °С—120  °С)  может  лежать  в  диапазоне  значений  (600  Вт/м²—1200  Вт/м²)  [2].

Наиболее  общую  и  детальную  схему  инфракрасного  излучателя  на  воде  можно  представить  на  примере  принципиальной  схемы  изобретение  фирмы  Sunztrip,  конструкция  которого  представлена  на  рисунке  1

Рисунок  1  Конструктивная  схема  инфракрасных  лучистых  панелей  фирмы  Sunztrip  (1  —  соединительный  патрубок;  2  —  штуцер  3/8  под  дренажный  клапан;  3  —  штуцер  3/8  под  воздушный  клапан;  4  —  оголовник;  5  —  трубка  1/2;  6  —  излучающая  панель;  7  —  конструкции  продольного  усиления  и  элементы  крепления;  8  —  теплоизоляция;  9  —  верхний  кожух;  10  —  фиксирующая  скоба;  11  —  боковой  экран;  12  —  фиксатор  бокового  экрана;  13  —  стыковочные  элементы  под  пайку;  14  —  декоративная  вставка)

В  добавление  к  выше  сказанному  следует  отметить,  что  инфракрасные  излучатели  на  воде  в  отличие  от  традиционных  видов  отопления  обладают  рядом  значительных  преимуществ: 

·     равномерное  комфортное  распределение  тепла;

·     непосредственная  передача  тепла  твёрдым  телам  без  нагрева  промежуточного  теплоносителя  (воздуха);

·     потенциал  сбережения  энергии  —  свыше  40  %  по  сравнению  с  другими  системами  [3];

·     достаточно  продолжительный  срок  службы;

·     единственный  вид  инфракрасных  термопанелей,  применение  которого  безопасно  в  помещениях  с  повышенной  пожароопасностью;

·     практически  полное  отсутствие  затрат  на  техническое  обслуживание;

·     отсутствие  сквозняков  и  перемещения  пыли  благодаря  сведению  конвекционных  процессов  к  минимуму;

·     совершенно  бесшумная  работа  системы;

·     возможность  применения  альтернативных  источников  энергии  на  примере  тепловых  насосов  и  техники  максимального  использования  теплоты  сгорания  топлива  (рекуператоров  тепла);

·     нет  неэффективного  расхода  тепла  из-за  перепадов  температуры  (теплая  крыша  и  холодный  пол),  вертикальный  градиент  температуры  менее  0,3  К  на  метр  высоты  помещения;

·     возможность  использования  в  качестве  системы  охлаждения  в  тёплое  время  суток;

·     простое  и  эффективное  регулирование  системы,  короткое  время  реагирования  за  счет  небольшого  объёма  воды;

·     специальные  исполнения,  дополнительные  функции  освещения  и  шумопоглощения  [5].

Однако  в  данной  системе  есть  ряд  недостатков:

·     высокая  инерционность  излучения; 

·     малый  эффект  при  применении  в  открытых  помещениях;

·     высокая  цена  систем  подвода  теплоносителей,  которая  зачастую  превышает  стоимость  самих  панелей;

·     не  обеспечивают  требуемую  быстроту  нагрева  воздуха  в  помещениях.

Так  же  необходимо  отметить  ещё  некоторые  важные  особенности  инфракрасных  панелей:

При  работе  панели  имеют  такую  же  температуру  как  и  рабочее  тело.  В  рабочем  нагретом  состоянии  они  увеличивают  свои  линейные  размеры.  Величина  расширения  зависит  от  разности  температур  и  общей  длины  установки.  Чтобы  не  допустить  возникновения  температурных  напряжений  и  деформаций  элементы  подвески  и  расширения  должны  обеспечивать  возможность  свободного  расширения.  На  диаграмме  приводятся  температурные  расширения  в  зависимости  от  ширины  сборки  и  разности  рабочей  температуры  панелей  и  из  температуры  при  сборке. 

Рисунок  2.  температурные  расширения

Панели  Sunztrip  передают  тепло  преимущественно  излучением,  однако  присутствует  и  конвективная  составляющая.  Тепловой  поток  от  панелей  направлен  вниз,  в  то  время,  как  воздух,  нагретый  конвективно  поднимается  вверх.  Чтобы  увеличить  долю  тепла,  отводимого  излучением,  необходимо  подавить  конвективную  составляющую.  Для  этого  панели  могут  оборудоваться  боковыми  экранами,  которые  могут  снизить  конвективную  составляющую  на  25  %.  В  результате  общий  отвод  тепла  снижается  на  8  %  при  увеличении  излучения  до  80  %  [4].

Рисунок  3.  Конструкция  панели  с  боковыми  отражающими  экранами

В  заключение  хочется  отметить,  что  рост  энергопотребления  будет  только  нарастать,  и  это  будет  требовать  колоссальных  затрат  энергоресурсов.  Но  на  современном  этапе  развития  науки  и  техники  будет  присутствовать  большая  величина  потерь,  которую  условно  можно  считать  соизмеримой  с  самим  энергопотреблением.  Одним  из  выходов  в  данной  ситуации  является  разработка  и  внедрение  технологий  связанных  с  рациональным  использованием  энергоресурсов.  На  актуальность  данной  проблемы  и  была  направлена  настоящая  работа,  как  на  один  из  частных  аспектов  энергосбережения.  Именно  сочетание  технологий  и  принципов  рационального  использования  ресурсов  при  широкомасштабном  внедрении,  в  определённых  условиях  помогут  воздействовать  на  величину  потерь  и  сводить  её  к  оправданному  минимуму.

Список  литературы:

1.Богословский  В.Н.  Строительная  теплофизика  (теплофизические  основы  отопления,  вентиляции  и  кондиционирования  воздуха)  Учебник  для  вузов.  М.:  «Высшая  школа»,  1982.  —  415  с.

2.Болотских  Н.Н.  Инфракрасное  отопление  помещений  больших  объёмов  с  использованием  термопанелей  /  Н.Н.  Болотских  //  «Энергосбережение.  Энергетика.  Энергоаудит.».  2011.  №  6  (88).

3.Зиганшин  Ш.Г.;  Ваньков  Ю.В.;  Саляхова  Р.Р.;  Нуриева  Л.К.  Повышение  энергоэффективности  системы  теплоснабжения  завода  /  Ш.Г  Зиганшин  //  «Энергосовет».  2013.  №  3  (28).

4.Инфракрасные  панели  Sunztrip.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  /  http://www.climate-company.ru/upload/iblock/a26/SZcatalogue.pdf  (дата  обращения  01.10.2014).

5.Чередник  А.Д.;  Редько  А.А.  Экспериментальное  исследование  плотности  теплового  потока  инфракрасных  водяных  отопительных  панелей  /  А.Д.  Чередник.  А.А.  Редько  //  «Вісник  Київського  національного  університету  технологій  та  дизайну».  2013.  №  6. 

6.Cowan  J.E.  Everything  you  wanted  to  know  about  infrared,  but  were  afraid  to  ask  /  Edwin  J.  Covan  //.  A.S.G.E.  Speech  National  Conference.  1986.