автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Совершенствование систем радиационно-конвективного отопления производственных объектов

На правах рукописи

005042766

Пятачков Виктор Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О

Пенза-2012

005042766

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном

учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Голяк Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

кафедры городского хозяйства и строительства ФАОУ ДПО «Государственная академия повышения квалификации и переподготовки кадров для строительства и жилищно-коммунального комплекса» Брюханов Олег Николаевич

кандидат технических наук, профессор

кафедры ТГВ ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный

университет архитектуры и строительства»

Прохоров Сергей Григорьевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»

Защита состоится « 22 » мая 2012 г. в «' 14.00 » часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184.02 при ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28, корпус 1, конференц-зал, тел./факс +7(8412) 48-74-76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Авторефератразослан«20» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Алексеева Т.В.

ОКЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОТЫ

Актуальность темы. Современные производственные помещения характеризуются большими объемами: высота — более 5 м, площадь - более 100 м2. Основную часть в них занимает технологическое оборудование. Местонахождение и время пребывания производственного персонала в этих помещениях носит неравномерный характер.

Конвективные системы отопления для таких помещений, по оценкам специалистов, недостаточно эффективны с точки зрения создания комфортных условий для персонала и по технико-экономическим показателям.

Эти обстоятельства требуют использования новых - более эффективных решений в области радиационно-конвективных систем отопления, на основе газовых инфракрасных излучателей.

Системы радиационно-конвективного отопления позволяют получить в производственном помещении необходимые параметры микроклимата с меньшими затратами энергоресурсов. Их преимущество состоит в передаче большей части тепловой энергии от теплогенератора в зону обогрева электромагнитным излучением.

Задача создания системы радиационно-конвективного отопления, совмещающей требования по обеспечению нормируемых параметров микроклимата в помещении и энергоэффективности, для рассматриваемого типа помещений, окончательно не решена.

Актуальным является разработка новых решений радиационно-конвективных систем отопления, обеспечивающих требуемое качество микроклимата в месте нахождения производственного персонала, технологического оборудования и снижение энергозатрат.

Цель работы - повышение технической эффективности и снижение энергозатрат систем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей.

Задачи исследования:

— провести анализ существующих систем отопления и обогрева с применением высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей для определения направлений их совершенствования;

— разработать радиационно-конвективную систему отопления с применением в качестве нагревательных приборов высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

— выполнить уточнение методики расчета систем радиационно-конвективного отопления;

— усовершенствовать конструкцию высокоинтенсивного газового инфракрасного излучателя на основе регулируемого элемента рефлектора;

— выполнить технико-экономическую оценку результатов проведенных исследований.

Объектом исследования являются системы радиационно-конвективного отопления

производственных помещений большого объема.

Предметом исследования являются газовые инфракрасные излучатели.

Научная новизна:

— теоретически обосновано и практически подтверждено влияние источников излучения на эффективность функционирования систем радиационно-конвективного отопления;

— разработана методика выбора источников излучения в системах радиационно-конвективного отопления;

— получена математическая зависимость для определения температуры воздуха в производственном помещении при установке газовых инфракрасных излучателей с отражательными пластинами.

Практическая значимость и реализация диссертации:

— предложен и апробирован способ рационального применения высокоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей в сочетании с низкоинтенсивными, что повышает

техническую эффективность системы радиационно-конвективного отопления, снижает ее стоимость на 4СН-50 % и уменьшает эксплуатационные затраты на 20-5-30 %;

- определены рациональные режимы работы низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- разработана конструкция газового инфракрасного излучателя с энергосберегающим элементом, повышающим качество обогрева и позволяющим регулировать направление инфракрасного излучения, что обеспечивает снижение энергетических затрат на одной установке до 5 %;

- разработаны рекомендации для проектирования систем радиационно-конвективного отопления с использованием высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- результаты работы внедрены на предприятии ЗАО «Магнитогорскгазстрой», г. Магнитогорск, Челябинская область с подтвержденным экономическим эффектом, который за один отопительный сезон составил более 340 тыс. рублей в ценах 2011 г.;

- научно-практические результаты работы включены в учебно-методические материалы для студентов специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция», а также используются при чтении дисциплин «Отопление», «Теплогазоснабжение и вентиляция» в Магнитогорском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на 65-й научно-технической конференции «Инновации молодых ученых» г. Магнитогорск, МГТУ, 2007 г.,

- на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» г. Пенза, ПГУАС, 2007 г.,

- на XII Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» г. Уфа, УГНТУ, 2008 г.,

- на X Уральской научно-практической конференции «Строительство и образование» г. Екатеринбург, УПИ, 2008 г.,

- на 10-й Всероссийской научно-практической конференции «Энергетики и металлурги настоящему и будущему России» г. Магнитогорск, МГТУ, 2009 г.,

- на III заключительном туре всероссийского конкурса дипломных проектов и работ, г. Волгоград, ВолгГАСУ, 2009 г.,

- International scientific conference "Modern high technologies", Egypt, 2010 г.,

- на Всероссийской научно-практической конференции «Теплогазоснабжение: состояние, проблемы, перспективы», г. Оренбург, ОГУ, 2011 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 25 научных работ, из них по теме диссертации 15, в том числе 4 статьи в журналах из перечня.ВАК и 1 патент Российской Федерации.

Методы исследований: анализ и обобщение опыта использования газовых инфракрасных излучателей в системах радиационно-конвективного отопления, экспериментальные исследования, методы математической статистики.

Достоверность полученных результатов основана на комплексном характере исследований, корректном применении известных фундаментальных законов, и подтверждается использованием сертифицированного поверенного измерительного оборудования, удовлетворительным совпадением результатов полученных расчетных и экспериментальных данных, положительными результатами опытно-промышленной эксплуатации технических разработок автора.

Личный вклад автора заключается в выборе темы диссертации, формулировке цели и основных задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, с последующим анализом полученных результатов. Самостоятельно проведена апробация усовершенствованной системы радиационно-конвективного отопления и осуществлено ее внедрение в производство и в учебный процесс.

На защиту выносятся:

— разработанная система радиационно-конвективного отопления с использованием высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- уточненные уравнения теплового баланса помещений с использованием коэффициента загруженности нагревательных приборов;

-усовершенствованная конструкция высокоинтенсивного газового инфракрасного излучателя, повышающая качество обогрева зданий и сооружений, позволяющая регулировать направление отраженного инфракрасного излучения;

—методика выбора источников излучения систем радиационно-конвективного отопления.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 111 наименований и 6 приложений. Полный объем диссертации 173 страница, включая 58 рисунков и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены научная новизна и практическая значимость работы, данные о внедрении и апробаций результатов исследования.

В первой главе выполнен анализ отечественного и зарубежного опыта по рассматриваемым вопросам.

Решениям задач совершенствования систем отопления посвящены работы таких ученых как: Богословский В.Н., Сканави А.Н., Еремкин А.И., Кувшинов Ю.Я., Гусев В.М., Ионин A.A., Староверов И Г. и др.

Вопросам исследования и разработки систем радиационно-конвективного отопления (РКО) посвятили свои работы отечественные и зарубежные ученые, такие как: Равич М.Б., Брюханов О.Н., Миссенар Ф.А., Брамсон М.А., Богомолов А.И., Вигдорчик Д.Я., Маевский М.А., Банхиди J1., Мачкаши А., Родин А.К., Фангер П.О., Прохоров С.Г. и другие авторы.

Существующие системы радиационно-конвективного отопления состоят только из высокоинтенсивных «светлых» (ВГИИ) или низкоинтенсивных «темных» газовых инфракрасных излучателей (НГИИ).

Применяющиеся методики расчета установочной мощности радиационно-конвективных систем отопления на основе ГИИ, как показывает анализ, не обеспечивают стабильность их работы. Эти методики не учитывают необходимость ограничения времени непрерывной работы низкоинтенсивных «темных» газовых инфракрасных излучателей.

Анализ научно-исследовательской, нормативной и технической литературы показал, что системы отопления, использующие в качестве источников отопления газовые инфракрасные излучатели, сравнительно недавно начали широко применяться в производственных помещениях большого объема. Следовательно, возникает необходимость уточнения методики расчета систем радиационно-конвективного отопления с учетом типов инфракрасных излучателей и возможности их совместного применения.

Проведенный анализ показал, что на производственных объектах для обеспечения условий теплового комфорта производственного персонала целесообразно применять газовые инфракрасные излучатели (ГИИ), при этом необходимо обеспечить допустимый уровень теплового излучения. Для учета варьируемых условий работы производственных объектов, размещения технологического оборудования, возможности возникновения неоднородных температурных полей необходимо учитывать конвективный теплообмен внутри помещений. Существующие радиационно-конвективные системы отопления на основе ГИИ, как показывает анализ, требуют совершенствования в отношении определения режима их работы.

Методика расчета систем радиационно-конвективного отопления с использованием ГИИ, исходя из проведенного анализа, должна включать в себя:

— разработку системы отопления производственного объекта с учетом его архитектурно-

строительных и технологических особенностей;

- разработку схемы отопления на основе двух типов ГИИ для обеспечения нормативных параметров микроклимата;

- расчет установочной мощности системы радиационно-конвективного отопления;

- определение необходимого числа инфракрасных излучателей с учетом режима их работы;

- учет времени нахождения производственного персонала в рабочей зоне.

Во второй главе исследованы теоретические основы функционирования радиационно-конвективных систем отопления с применением в качестве нагревательных приборов газовых инфракрасных излучателей, а также выявлены особенности режимов работы высокоинтенсивных и низкоинтенсивных излучателей.

Газовые инфракрасные излучатели, которые наиболее широко применяются в практических условиях, делятся на два типа:

— первый — низкоинтенсивный или «тёмный» ГИИ, температура теплоотдающей поверхности от 100 до 550 °С;

- второй тип - высокоинтенсивный ГИИ или «светлый», температура его теплоотдающей поверхности от 800 до 1200 "С.

Светлые газовые инфракрасные излучатели значительно дешевле по сравнению с темными. Эксплуатационные затраты у этого типа излучателей меньше, а теплоотдача излучением по сравнению с НГИИ более высокая. В действующих в настоящее время в России нормативных документах существуют ограничения по допустимой плотности теплового потока.

Существующие методики расчёта систем радиационно-конвективного отопления не учитывают возможность комбинирования двух типов нагревательных приборов в системах отопления производственных помещений большого объема. Результаты теоретических исследований были рассмотрены на примере действующих цехов ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), Полученные результаты являлись исходными данными для разработки новых систем радиационно-конвективного отопления.

В диссертации разработана схема радиационно-конвектнвной системы отопления с учетом времени пребывания производственного персонала на рабочих местах. Ремонтная зона (a) (F=580 м2) является местом с постоянными рабочими местами. При обогреве зоны с постоянными рабочими местами НГИИ, обеспечивается комфортная температура с соблюдением санитарных норм. Над технологическим оборудованием и в зонах кратковременного пребывания производственного персонала (общая F=4935 м2) требуемая температура обеспечивается ВГИИ.

Высота цеха у боковых ограждающих конструкций Н=16000 мм. В связи с большой высотой помещения нагревательные приборы (а) размещены на боковых и торцевых стенах, высота размещения Н=6+8 м (рис. 1). При увеличении высоты подвеса (б), как показывают исследования, возрастает установочная мощность системы отопления, а значит, увеличиваются капитальные затраты, расход газа, а вместе с ними и эксплуатационные расходы в целом.

В производственном помещении находится ремонтная зона, где рабочие во время ремонтов находятся 80+95 % рабочего времени. Анализ исследований показал, что допустимым для длительного пребывания производственного персонала в помещении, обогреваемом ВГИИ, является значение плотности потока теплового излучения от 36 до 130 Вт/м% расхождение значений в диапазоне объясняется различием В методиках физиолого-гигиенических исследований.

В связи с этим схема, с применением только ВГИИ, не может быть реализована, т.к. плотность теплового излучения в.этом случае превышает 150 Вт/м2, что возможно только в местах кратковременного пребывания производственного персонала - менее 2 часов непрерывно, или менее 50 % рабочего времени. В связи с этим предложена система отопления с применением различных типов излучателей, которая соответствует существующим нормам и является в настоящее время новым этапом оптимизации систем

радиационно-конвективного отопления, повышающим их эффективность.

Над ремонтной площадкой размещаются НГИИ, у которых более равномерно распределяется тепловое излучение и его максимальное значение не превышает 150 Вт/м:.

Как покачали выполненные нами исследования, в производственных помещениях большой высоты, наиболее эффективным является размещение нагревательных приборов на высоте 6+7 м от пола. Крепить излучатели при этом можно только к ограждающим конструкциям и под углом к полу, т.к. основная часть производственных помещений имеет кран-балки.

Анализируя характер потоков инфракрасного излучения, было установлено, что при размещении газовых инфракрасных излучателей (ГИИ) под углом к горизонтальной площадке (полу), часть отраженного от рефлектора (а) дисперсного излучения попадает на холодную кровлю и стены, что приводит к увеличению теплопотерь (рис. 1, 2).

Рис. 1. Схема потоков инфракрасного излучения в производственном помещении, обогреваемом серийными ГИИ: а — расположение ГИИ на ограждающих конструкциях; б - расположение ГИИ под кровлей

При горизонтальном размещении ГИИ (б) когда У=0°; а1=сЗ=0, часть основного и часть отраженного от рефлектора излучения попадает на холодные стены, что приводит к увеличению теплопотерь через стеньг (рис. 1, 3). Разработанный алгоритм проектирования радиационно-конвективной системы отопления на основе уточнения параметров УТБ позволяет выбрать оптимальную схему отопления.

г г

Рис. 2. Схема взаимного расположения излучателя и Рис. 3. Схема взаимного расположения излучателя и элементарной площадки облучаемой поверхности при У=0°; а[=<М)

Как показал проведенный нами анализ, в существующих на сегодняшний день методиках расчёта установочной мощности систем радиационно-конвективного отопления не учитывается режим работы НГИИ. Это, в свою очередь, при понижении температуры наружного воздуха приводит к сокращению срока эксплуатации и преждевременному выходу их из строя. Поэтому, в расчете установочной мощности системы радиационно-конвективного отопления необходимо учитывать ограничения времени непрерывной работы НГИИ и обеспечить оптимальную периодичность работы излучателей. Для этого было введено понятие «коэффициент загруженности нагревательных приборов».

Задача была решена с помощью приведенных уравнений теплового баланса (УТБ):

<2Р =2„. Вт, (1)

где: (¡)р - теплопоступления, Вт, 2я-теплопотери, Вт.

, Вт, (2)

е,=*,Ёег+а, при к, г 1 еР=Еег+а„ пРик,<\

. м

где Ку - коэффициент загруженности НГИИ; - суммарные теплопоступления от

1=0

газовых инфракрасных излучателей, Вт; ()т — общие тепловыделения в производственном помещении: от технологического оборудования, освещения, технологических процессов, производственного персонала и пр., Вт.

О, =&.„+&+&„ Вт, (3)

где £>агр- теплопотери через ограждающие конструкции, Вт; затраты теплоты на нагрев воздуха поступающего в помещение снаружи за счет инфильтрации и вентиляции, Вт; (¿и— потери теплоты на нагрев производственных изделий, оборудования, материалов, транспортных средств, поступающих в производственное помещение снаружи, Вт. Коэффициент загруженности определяется по формуле:

(4)

1 пд

где Г„д - предельно допустимое количество часов работы НГИИ в сутки (устанавливается в зависимости от класса оборудования в диапазоне от 16,8 до 21,6 часов в сутки);

7ф - фактическое количество часов работы НГИИ в сутки.

Коэффициент загруженности в уравнение теплового баланса вводится при К3> 1, если фактическое количество часов работы НГИИ превышает допустимое, т.е. 7ф> Тт . Коэффициент загруженности можно определить по графику на рис. 4.

Рис. 4. График зависимости коэффициента загруженности НГИИ от фактического количества часов работы

НГИИ

В результате проведенных исследований установлено, что для учета технологических и конструктивных особенностей при проектировании радиационно-конвективных систем отопления с использованием ВГИИ и НГИИ, а также их комбинаций, необходимо учитывать такие факторы, как взаимное расположение излучающей и нагреваемой поверхностей, время пребывания производственного персонала в помещениях, коэффициент загруженности НГИИ, а также мощность системы отопления.

Для совершенствования системы радиационно-конвективного отопления, с учетом уточнения параметров УТБ, была составлена блок-схема (рис.5).

Блок-схема разработана с учетом расчета установочной мощности систем радиационно-конвективного отопления, в которых применяются газовые инфракрасные излучатели, поэтапного уточнения параметров теплового баланса помещений, хронометрического анализа технологической схемы, а также функционального анализа комбинированной системы отопления на основе ГИИ.

Анализ теплотехнических характеристик ограждающих конструкций здания

Составление уравнений теплового баланса для здания

Расчет установочной мощности системы отопления здания

Хронометрический анализ технологической схемы в здании

Функциональный анализ возможной комбинированной системы отопления на основе ГИИ

Разработка схемы системы отопления

Только «темные» ГИИ

Сочетание «темных» и «светлых» ГИИ

Только «светлые» ГИИ

Корректировка уравнений теплового баланса с учетом коэффициента загруженности ГИИ

Корректировка схемы системы отопления здания

Проектирование радиационно-конвсктивной системы отопления

Рис. 5. Блок-схема разработки радиационно-конвективной системы отопления на основе уточнения параметров

УТБ

Разработанный алгоритм проектирования радиационно-конвективной системы отопления на основе уточнения параметров УТБ позволяет выбрать оптимальную схему отопления.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию функционирования ГИИ в радиационно-конвективных системах отопления производственных зданий большого объема.

В качестве рабочей, была выдвинута гипотеза о том, что совершенствование системы радиационно-конвективного отопления производственных объектов при помощи разработанной нами методики позволит существенно повысить техническую эффективность и снизить энергозатраты на создание требуемых условий микроклимата в производственных помещениях большого объема. Данная методика включает в себя:

— применение на практике рациональных режимов работы «темных» газовых инфракрасных излучателей;

— введение в уравнение теплового баланса коэффициента загруженности инфракрасных излучателей;

— применение алгоритма разработки радиационно-конвективной системы отопления на основе уточнения параметров УТБ;

— проверочный расчет на допустимость интенсивности теплового излучения;

— внедрение на практике запатентованной полезной модели стенового инфракрасного излучателя.

Экспериментальные исследования проводились с использованием оборудования ЗАО «Магнитогорскгазстрой», обслуживающем по договорам подряда производственные цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». В качестве основной экспериментальной площадки было выбрано здание «грязных» оборотных циклов водоснабжения сортового цеха ОАО «ММК». До проведения эксперимента и на первом этапе эксперимента в нем было установлено 30 светлых ВГ'ИИ мощностью 46 кВт каждый (рис. 6).

186950

Рис 6. Схема системы отопления цеха с использованием «светлых» газовых инфракрасных излучателей (!

этап): а - ремонтная зона, б - помещение для хранения инструментов и оборудования, в - офисы и подсобные помещения, г — «светлые» высокоинтенсивные газовые инфракрасные излучатели, д - зона установки флокуляторов, е - зона установки насосного оборудования

Для оценки эффективности предложенной методики совершенствования системы радиационно-конвективного отопления были выбраны такие параметры, как: распределение по высоте температуры внутри производственного помещения, часовой расход газа (м3/час) и расход электроэнергии (кВт-час). При измерении температуры внутри помещения на разной высоте применялся прибор Термогигрометр "ТКА-ПКМ". Для измерений температуры наружных ограждающих конструкций использовался пирометр Яау(ек ЭТ.

Для более точной проверки теоретических исследований, замеры производились в дни, когда реальные климатические условия были наиболее приближены к расчетным.

Эксперимент проводился в три этапа:

I этап - 2006-2007 г. - проведение контрольных замеров в экспериментальном здании с системой радиационно-конвективной отопления с установленными ВГИИ на уровне 10 м, разработка гипотезы исследования, теоретическое обоснование эксперимента.

II этап - 2008-2009 г. — проектирование и монтаж радиационно-конвективной системы отопления, проведение замеров в экспериментальном здании с комбинированной радиационно-конвективной системой отопления с установленными 14 ВГИИ на уровне 10 м, 8 - на высоте 6 м, и НГИИ стандартной конструкции на уровне 10 м, корректировка рабочей гипотезы, разработка полезной модели ВГИИ настенного типа, разработка методов технико-экономического обоснования проведенного исследования. На данном этапе в здании было установлено 22 ВГИИ 46 кВт в комбинации с 10 НГИИ мощностью 50 кВт (рис.7).

газовых инфракрасных излучателей (II этап): а - ремонтная зона, б - помещение для хранения инструментов и оборудования, в - офисы и подсобные помещения, г - газовые инфракрасные излучатели, д - зона установки флокуляторов, е - зона установки насосного оборудования

III этап - 2010-2011 г. - статистическая обработка и технико-экономическое обоснование результатов исследования.

На исследуемом объекте, оборудованном системой отопления на основе ГИИ, с интервалом по высоте 1м, произведены многоуровневые замеры температуры воздуха внутри помещения при различных температурах наружного воздуха и различных схемах радиационно-конвективной системы отопления, которые позволили:

-подтвердить стабильность работы спроектированной в соответствии с

разработанной методикой радиационно-конвективной системы отопления; -установить точное соответствие фактической температуры воздуха в помещении

расчетной температуре; -определить критические точки в распределении температур внутри производственного помещения (на уровне 0,3 м от пола, на уровне установки ГИИ и под кровлей цеха);

—выявить характер распределения локальных температур по высоте здания

производственного назначения (рис.8). Проведенные исследования показали, что радиационное конвективная система отопления с применением только ГИИ светлого типа, установленных под кровлей здания большой высоты (более Юм), является малоэффективной для обеспечения комфортных условий в рабочей зоне. Комбинированная радиационно-конвективная система отопления, использующая как ВГИИ, так и НГИИ, позволяет обеспечить оптимальные комфортные условия труда, но при этом имеет существенный недостаток - образование «тепловой подушки» под кровлей здания. В тоже самое время, применение ВГИИ настенного типа взамен НГИИ, позволяет существенно (на 1-^2 °С) снизить этот эффект.

Для оценки достоверности полученных результатов был применен автоматический расчет критерия Стъюдента (1эМп=32.4) для малых выборок, который подтвердил достоверность полученных результатов.

Для определения температуры ограждающих конструкций стен замеры выполнялись на 8 уровнях: 1) 0; 2) 500 мм; 3) 1000 мм; 4) 2000 мм; 5) 3000 мм; 6) 6000 мм; 7) 7000 мм; 8) 10000 мм.

Проведенные исследования показали, что радиационно-конвективная система отопления с применением только ВГИИ светлого типа, установленных под кровлей здания большой высоты (более 10 м) является малоэффективной для обеспечения комфортных условий в рабочей зоне, комбинированная радиационно-конвективная система отопления, использующая как ВГИИ, так и НГИИ, позволяет обеспечить оптимальные комфортные условия труда, но при этом имеет существенный недостаток - образование тепловой подушки под кровлей здания, в то время, как применение ВГИИ настенного типа взамен НГИИ, позволяет существенно (на 1-5-2 °С) снизить этот эффект.

Рис. 8. График изменения температуры по высоте здания производственного назначения, оборудованного системой отопления на основе газовых инфракрасных излучателей

В связи с тем, что при комбинированной радиационно-конвективной системе отопления, может быть значительно снижена температура наружных стен, а, следовательно, и теплопотери здания, и затраты на отопление, при проведении эксперимента рассмотрено изменение температуры ограждений / (°С) от высоты /г (м) здания производственного назначения. Замеры проводились на уровне пола, 0,3 м, 1 м, 2 м, 3 м, 6 м , 7 м и 10 м. Уровень установки настенных ВГИИ на высоте 6 м, уровень установки потолочных ВГИИ -Юм.

Для оценки тесноты связи между I и 4 использовался выборочный коэффициент корреляции Я, значения которого лежали в интервале от 0,98 до 0,99.

Эмпирические зависимости температуры ( от А получены по методу наименьших

-ВГИИ ~~Й5~~'ВГИМ*НГИМ

— ЭГИИ+ЗГИИ нзет-енного типа -- -уровень установки БГИИ

1 Уровень уствнов«* НГИИ

17 18 19 ДО 21 22 23 2Л 25 Температур», ®С

квадратов для линейной зависимости с использованием пакета прикладных программ Math Lab (пакет «статистика»), после стандартной подготовки экспериментальных данных. В качестве целевой функции использовался полином 4—й степени t = a0+alh + a2h,~+а3Иг+a,hA (а0, а,, а2, а3, at - коэффициенты функции, h - высота измерения) и получены оптимальные адекватные зависимости.

На рис. 9 показана развертка угла 1 здания производственного назначения и представлены значения температур на одном из угловых участков поверхностей здания.

В1 В2 ВЗ

/ О —

+5 °С

,+<L0C____< +5 +1 "С ......

+5 °С , 0°С -1 °с

-2 "Г .........

+3°С -г'с. -1 «С

о°с . ? ОГ -3 °с -З'С ......

. 3000 <-> 2000 <—>

Рис. 9. Развертка угла здания производственного назначения с усредненными экспериментальными точками замеров температур ограждающих конструкций и элементами технологического оборудования

Данные, полученные в результате этих измерений и их среднее значение (СЗ) по вертикалям (В1, В2, ВЗ) здания производственного назначения, занесены в табл. 1+3.

На рис. 10-12 представлены характерные графики изменения температуры по ребру угла (В2) и на участках примыкания слева (В!) и справа (ВЗ), из которых видно, что они имеют различный вид. А именно, по ребру угла максимальная температура, имевшая место на момент проведения экспериментов - наименьшая из трех и равная +6 "С. Слева от ребра -температура выше, чем по ребру угла (+12 °С), но ниже, чем температура на участке примыкания справа от ребра угла — +14 °С.

Таблица 1.

Изменение температуры ограждающих конструкций (В 1J____

№ h l¡ "С t, "С t, "С C3J "С

1 0 -5,07 -5,54 -4,87 -5,16

2 0,5 0,19 0,24 -0,12 0,10

3 1 3,14 3,09 2,54 2,92

4 2 3,95 3,69 4,08 3,91

5 3 5,13 5,01 4,46 4,87

6 6 5,77 6,35 6,04 6,05

7 7 5,48 4,07 4,93 5,16

8 10 12,10 11,73 12,26 12,03

X 29,50 29,88

Рис. ! 0. График экспериментальных и теоретических значений температур ограждающих конструкций (В I)

Оптимальная адекватная зависимость температуры от высоты измерения по

ребру утла (В 1) имеет вид:

Г = -4,41099 + 8,94904• /г-2,83998• й3 +0,353019-й3 -0,01421 Л4, (5)

Таблица 2.

Изменение температуры ограждающих конструкций (В2)__

№ И Г, °с 1г °С <3 "С С3,1 °С

1 0 -4.53 -5,41 -5,28 -5,07

2 0,5 -3,06 -3,17 -2,71 -2,98

3 1 -1,75 -2,34 -1,98 -2,02

4 2 -1,31 -0,92 -0,99 -1,07

5 3 0,03 0,29 -0,07 0,08

6 6 4,03 5,79 5,05 4,97

7 7 7,58 6,60 6,76 6,98

8 10 5,40 6,12 6,54 6,02

7. 29,50 6,90

Рис. ! 1. График экспериментальных и теоретических значений температур ограждающих конструкций (В2) Оптимальная адекватная зависимость 1=Г(Ь) по ребру угла (В2):

/ =-4,88369 + 3,918089-А-1,39271-й2 -1-0,2541-й3 -0,01431-й4, (6)

Таблица 3.

Изменение температуры ограждающих конструкций (ВЗ)

№ А /, "С °С

1 0 -6,53 -7,23 -7,04 -6,93

2 0,5 -3,01 -3,29 -2,92 -3,07

3 1 -1,28 -1,01 -0,71 -1,00

4 2 -2,31 -2,09 -1,48 -1,96

5 3 -1,16 -1,35 -0,62 -1,04

6 6 1,49 1,12 0,46 1,02

7 7 10,06 10,11 9,02 9,73

8 10 13,87 14,54 13,76 14,06

У. 29,50 10,80

Рис. 12. График экспериментальных и теоретических значений температур ограждающих конструкций (ВЗ) Оптимальная адекватная зависимость МЦЪ) по ребру угла (ВЗ):

I = -7,42478 +12,16081 -А - 6,40772 - И1 +1,113989 - А' - 0,05732 ■ А4, (7)

Относительно минимальных температур, которые представлены на графиках, можно отметить следующее. Самая низкая температура имела место справа от ребра угла на расстоянии 2м - - 7 "С. На самом ребре - - 5 °С, а слева от ребра угла также -5 "С.

В процессе исследований были определены радиационная и конвективная составляющие теплоотдачи ВГИИ, распределение температур по ограждающим конструкциям в зоне работы излучателя, а также снижение эффективности, из-за потерь с дисперсным излучением при установке ГИИ под углом к горизонтальной обогреваемой зоне.

Выполненные эксперименты и расчеты, позволили определить направление и способы усовершенствования конструкции излучателя. Для повышения эффективности и регулирования направления дисперсного излучения в зону обогрева излучатель оборудован дополнительным элементом, прямоугольной пластиной-отражателем, внутренняя поверхность которой изготовлена из полированного материала, хорошо отражающего излучение ИК-диапазона, наружная поверхность которой может быть теплоизолирована (рис. 13).

Рис. 13. Полезная модель № 78557 «Стеновой инфракрасный излучатель»: 1 -блок подачи горючего газа; 2 - камера распределения смеси газ-воздух; 3 - перфорированные керамические насадки; 4 - рефлектор: 5 —

пластина-отражатель

Дополнительный элемент, при установке излучателя под углом к горизонтальной площадке позволяет направить излучение в зону обогрева; путем регулировки обеспечить требуемую равномерность облучения горизонтальной площадки, что позволяет уменьшить тепловой напор на кровлю и верхний пояс стен (рис. 14).

Рис. 14. Схема потоков инфракрасного излучения в производственном помещении, обогреваемом с использованием ВГИИ с отражательными пластинами (полезная модель № 78557): а - расположение ВГИИ на ограждающих конструкциях; б - расположение ВГИИ под кровлей

Была выведена следующая зависимость для определения температуры любой ¡-ой точки помещения при обогреве с помощью «светлого» газового инфракрасного излучателя настенного типа:

1,8

( 273 + 1И [ 100

-92

Вт/м2,

(8)

где: температура ¡-ой точки внутри производственного помещения; Уу,- объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3; ЫР - расчетная разность температуры для основных помещений здания, °С; Дх— продольное расстояние от ¡-ой точки помещения до точки подсоединения горелки к излучателю, м;

Я,— расстояние от ¡-ой точки до центра излучающей панели, м; 2„ - расчетные теплопотери здания, Вт; А,.- высота от уровня пола до ¡-ой точки помещения, м; *изл ~ температура излучающей поверхности ВГИИ, °С;

/^зд- площадь поверхности излучения панели ВГИИ, в разработанной модели

ртл =''(НЛшчгаа),м1; (9)

/ - длина поверхности излучения панели ВГИИ, м; Ь - ширина поверхности излучения панели ВГИИ, м;

- высота пластины-отражателя в разработанной конструкции, м; а - угол отклонения пластины отражателя от вертикали.

Сравнение результатов вычисления температуры ¡-ой точки помещения с экспериментальными замерами в этой же точке, дало погрешность не более 5%, что свидетельствует о достоверности полученной зависимости.

В четвертой главе приведено технико-экономическое обоснование результатов исследований. Анализ проведенного экспериментального исследования подтвердил рабочую гипотезу об эффективности предложенной методики совершенствования систем радиационно-конвективного отопления в производственных помещениях большого объема.

Технико-экономическая оценка разработанной конструкции стенового инфракрасного излучателя подтвердила ее экономическую эффективность. Условно-годовой экономический эффект от внедрения полезной модели ВГИИ настенного типа составляет 61,029 тыс. руб. Затраты на внедрение полезной модели, основываясь на выполненных исследованиях, достаточно быстро окупаются.

Экономический эффект от внедрения разработанных систем радиационно-конвективного отопления на основе совместного применения высокоиитенсивных и низкоинтенсивных газовых излучателей обеспечивается снижением затрат на систему отопления на 55+60 % и эксплуатационных расходов на 28+30 %, в отличие от применения одного типа газовых инфракрасных излучателей. После внедрения разработанной системы радиационно-конвективного отопления в ЗАО «Магнитогорскгазстрой» экономический эффект за один отопительный сезон составил более 340 тыс. рублей в ценах 2011 г.

Основные выводы

На основе совершенствования систем радиационно-конвективного отопления и конструкции газовых инфракрасных излучателей в диссертации дано новое решете научно-практической задачи обогрева зданий и сооружений, имеющее существенное значение при проектировании и эксплуатации систем радиационно-конвективного отопления.

1. Установлено, что при разработке систем отопления с повышенными требованиями энергосбережения, экологичности, безопасности работы, а также надежности и долговечности, в системе отопления более целесообразно применение различных типов источников излучения: в зонах постоянного пребывания производственного персонала -НГИИ, в зонах кратковременного пребывания производственного персонала — ВГИИ потолочного и настенного типов.

2. Разработана методика определения и выбора источников излучения в системе радиационно-конвективного отопления, которая позволяет проектировать системы отопления с применением различных типов газовых инфракрасных излучателей, учитывающая особенности зданий и сооружений, времени пребывания производственного персонала.

3. Получен поправочный коэффициент загруженности, для расчета установочной мощности системы РКО с использованием а качестве нагревательных приборов НГИИ.

4. Разработана система регулирования направления инфракрасного излучения на основе новой конструкции ВГИИ которая позволяет снизить затраты на тепловую энергию

до 5 % и обеспечить необходимое распределение энергии по облучаемой поверхности. Получена адекватная математическая зависимость для определения температуры воздуха в производственном помещении при установке «светлых» газовых инфракрасных излучателей настенного типа с отражательными пластинами.

5. Выполнена оценка экономической эффективности применения ВГИИ совместно с НГТШ, что обеспечивает снижение затрат на устройство системы на 55+60 % и эксплуатационных расходов на 28+30 %, в отличие от применения одного типа газовых инфракрасных излучателей. Экономический эффект от внедрения разработанной системы радиационно-конвективного отопления в ЗАО «Магнитогорскгазстрой» за один отопительный сезон составил более 340 тыс. рублей в ценах 2011 г.

Список работ, опубликованных по теме диссертации (* - публикации в изданиях, рекомендованных ВАК)

1. Пятачков В.В. Инфракрасные излучатели рациональные схемы их комбинированного применения [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Инновации молодых ученых: сб. докладов 65-й науч.-техн. конф. - Магнитогорск: МГТУ, 2007 г. - С. 102-104.

2. Пятачков В.В. Технико-экономическое сравнение инфракрасных газовых излучателей в зависимости от их единичкой мощности [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Актуальные проблемы современного строительства:, сб. тез. докладов междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: ПГУАС, 2007 г. - С. 98-99.

3. Пятачков В.В. Исследования области применения ГИИ в промышленном производстве, строительстве и технологических процессах (установках) [Текст] / С.А. Голяк,

B.В. Пятачков // Проблемы строительного комплекса России: материалы XII междунар. науч.-техн. конф. - Уфа: УГНТУ, 2008 г. - С. 28-29.

4. Пятачков В.В. Оптимизация схем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Строительство и образование: сборник науч. трудов. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008 г. -№ 10-С. 189-190.

5. Пятачков В.В. Стеновой инфракрасный излучатель // Патент России № 78557, 07.07.2008 г. Бюл.№ 33.

6. Пятачков В.В. Изучение преимуществ ИК-систем при создании микроклимата производственных помещений [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков И Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: материалы 10-й всероссийской науч.-практ. конф. - Магнитогорск: МГТУ, 2009 г. - С. 89-91.

7. Пятачков В.В. Экспериментальное определение температур на гениальных участках поверхностей производственного здания, отапливаемого газовыми инфракрасными излучателями [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. -Волгоград: 2009 г. - Выпуск 14 (33). - С. 132-135.*

8. Пятачков В.В. Экспериментальное исследование распределения температур в зонах обслуживании технологического оборудования в зданиях производственного назначения отапливаемых газовыми инфракрасными излучателями [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - Волгоград: 2009 г. - Выпуск 14 (33). - С. 136138.*

9. Pyatachkov V.V. Features of thermal balance of premises with systems of heating on the basis of gas infra-red radiators [Text] / S.A. Golyak, V.V. Pyatachkov // Rpt. of International scientific conference "Modern high technologies". - Egypt: 2010 r. - P. 8.

10. Пятачков В.В. Способ повышения экономической эффективности систем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей [Текст] /

C.А. Голяк, В.В. Пятачков // Главный энергепж. - Мосхва: 2010 г. - №4. - С. 56-58. *

U. Пятачков В.В. Технико-экономическая эффективность систем радиационно-

конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Энергобезопасность и энергосбережение. - Москва: 2010 г. - №3. - С. 22-24. *

12. Пятачков В.В. Уточнение параметров теплового баланса зданий с системами радиационно-конвективного отопления [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 68-й межрегиональной науч. техн. конф. -Магнитогорск: МГТУ, 2010 г. - С. 41-44.

13. Пятачков В.В. Алгоритм разработки радиационно-конвективной системы отопления на основе уточнения параметров уравнения теплового баланса [Текст] / В.В. Пятачков // Молодежь. Наука. Будущее: сб. науч. трудов студентов. - Магнитогорск: МГТУ, 2010 г. - Выпуск Ю.Том 1,- С. 162-164.

14. Пятачков В.В. Повышение энергоэффеиивности радиационно-конвекгивных систем отопления промышленных предприятий [Текст] / В.В. Пятачков // Молодежь. Наука. Будущее: сб. науч. трудов студентов.-Магнитогорск: МГТУ, 2010 г.-Выпуск Ю.Том 1.-С. 164-167.

15. Пятачков В.В. Модернизация радиационно-конвективных систем отопления на основе совершенствования конструкции газовых инфракрасных излучателей [Текст] / С.А. Голяк, В.В. Пятачков // Теплогазоснабжеиие: состояние, проблемы, перспективы - Оренбург: ОГУ, 2011 г. - С. 11-12.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Пятачков Виктор Владимирович

05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Автореферат

_Подписано к печати 18.04.2011 г. Формат 60x84 1/16_

Бумага «Снегурочка» 80 г/м2. Печать - ризограф. Объем 1 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 231.

Типография «Печать и Копия» Отпечатано в цехе ризографии 454000, г. Челябинск, ул. Худякова, 15.

Введение.

Глава 1. Анализ изученности вопроса и постановка задач исследования.

1.1. Анализ условий теплового комфорта в производственных помещениях большого объема.

1.2. Анализ работы систем радиационно-конвективного отопления в производственных помещениях большого объема.

1.3. Анализ методов расчета систем отопления на основе газовых инфракрасных излучателей.

1.4. Определение направления и задач исследования.

Выводы по главе.

Глава 2. Теоретические исследования функционирования газовых инфракрасных излучателей.

2.1. Теоретические исследования разрабатываемых систем радиационно-конвективного отопления.

2.2. Теоретические исследования радиационных потоков серийно выпускаемых газовых инфракрасных излучателей в производственных помещениях большого объема.

2.3. Разработка уравнения теплового баланса помещений с системами отопления на основе газовых инфракрасных излучателей.

2.4. Алгоритм разработки радиационно-конвективной системы отопления на основе уточнения уравнений теплового баланса.

Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования функционирования газовых инфракрасных излучателей.

3.1. Экспериментальные исследования работы газовых инфракрасных излучателей в производственных помещениях большого объема.

3.2. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований

3.3. Оценка достоверности и сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований.

3.4. Разработка новой конструкции высокоинтенсивного газового инфракрасного излучателя.

Выводы по главе.

Глава 4. Технико-экономическое обоснование результатов исследований.

4.1. Технико-экономическая оценка разработанной конструкции стенового инфракрасного излучателя.

4.2. Технико-экономическое сравнение газовых инфракрасных излучателей в зависимости от их единичной мощности.

4.3. Оценка затрат на оборудование системы отопления с двумя типами газовых инфракрасных излучателей.

4.4. Экономическая оценка эксплуатационных затрат разработанной радиационно-конвективной системы отопления.

Выводы по главе.

Актуальность темы. Современные производственные помещения характеризуются большими объемами: высота - более 5 м, площадь - более 100 м . Основную часть в них занимает технологическое оборудование. Местонахождение и время пребывания производственного персонала в этих помещениях носит неравномерный характер.

Конвективные системы отопления для таких помещений, по оценкам специалистов, недостаточно эффективны с точки зрения создания комфортных условий для персонала и по технико-экономическим показателям.

Эти обстоятельства требуют использования новых - более эффективных решений в области радиационно-конвективных систем отопления, на основе газовых инфракрасных излучателей.

Системы радиационно-конвективного отопления позволяют получить в производственном помещении необходимые параметры микроклимата с меньшими затратами энергоресурсов. Их преимущество состоит в передаче большей части тепловой энергии от теплогенератора в зону обогрева электромагнитным излучением.

Задача создания системы радиационно-конвективного отопления, совмещающей требования по обеспечению нормируемых параметров микроклимата в помещении и энергоэффективности, для рассматриваемого типа помещений, окончательно не решена.

Актуальным является разработка новых решений радиационно-конвективных систем отопления, обеспечивающих требуемое качество микроклимата в месте нахождения производственного персонала, технологического оборудования и снижение энергозатрат.

Цель работы - повышение технической эффективности и снижение энергозатрат систем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей.

Задачи исследования:

- провести анализ существующих систем отопления и обогрева с применением высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей для определения направлений их совершенствования;

- разработать радиационно-конвективную систему отопления с применением в качестве нагревательных приборов высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- выполнить уточнение методики расчета систем радиационно-конвективного отопления;

- усовершенствовать конструкцию высокоинтенсивного газового инфракрасного излучателя на основе регулируемого элемента рефлектора;

- выполнить технико-экономическую оценку результатов проведенных исследований.

Объектом исследования являются системы радиационно-конвективного отопления производственных помещений большого объема.

Предметом исследования являются газовые инфракрасные излучатели.

Научная новизна:

- теоретически обосновано и практически подтверждено влияние источников излучения на эффективность функционирования систем радиационно-конвективного отопления;

- разработана методика выбора источников излучения в системах радиационно-конвективного отопления;

- получена математическая зависимость для определения температуры воздуха в производственном помещении при установке газовых инфракрасных излучателей с отражательными пластинами.

Практическая значимость и реализация диссертации:

- предложен и апробирован способ рационального применения высокоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей в сочетании с низкоинтенсивными, что повышает техническую эффективность системы радиационно-конвективного отопления, снижает ее стоимость на 40+50 % и уменьшает эксплуатационные затраты на 20-К30 %;

- определены рациональные режимы работы низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- разработана конструкция газового инфракрасного излучателя с энергосберегающим элементом, повышающим качество обогрева и позволяющим регулировать направление инфракрасного излучения, что обеспечивает снижение энергетических затрат на одной установке до 5 %;

- разработаны рекомендации для проектирования систем радиационно-конвективного отопления с использованием высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- результаты работы внедрены на предприятии ЗАО «Магнитогорскгазстрой», г. Магнитогорск, Челябинская область с подтвержденным экономическим эффектом, который за один отопительный сезон составил более 340 тыс. рублей в ценах 2011 г.;

- научно-практические результаты работы включены в учебно-методические материалы для студентов специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция», а также используются при чтении дисциплин «Отопление», «Теплогазоснабжение и вентиляция» в Магнитогорском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на 65-й научно-технической конференции «Инновации молодых ученых» г. Магнитогорск, МГТУ, 2007 г.,

- на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» г. Пенза, ПТУ АС, 2007 г.,

- на XII Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» г. Уфа, УГНТУ, 2008 г.,

- на X Уральской научно-практической конференции «Строительство и образование» г. Екатеринбург, УПИ, 2008 г.,

-на 10-й Всероссийской научно-практической конференции «Энергетики и металлурги настоящему и будущему России» г. Магнитогорск, МГТУ, 2009 г.,

- на III заключительном туре всероссийского конкурса дипломных проектов и работ, г. Волгоград, ВолгГАСУ, 2009 г.,

- International scientific conference "Modern high technologies", Egypt, 2010 г.,

- на Всероссийской научно-практической конференции «Теплогазоснабжение: состояние, проблемы, перспективы» г. Оренбург, ОГУ, 2011 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 25 научных работ, из них по теме диссертации 15, в том числе 4 статьи в журналах из перечня ВАК и патент Российской Федерации.

Методы исследований: анализ и обобщение опыта использования газовых инфракрасных излучателей в системах радиационно-конвективного отопления, экспериментальные исследования, методы математической статистики.

Достоверность полученных результатов основана на комплексном характере исследований, базирующемся на корректном применении известных фундаментальных законов, и подтверждается использованием сертифицированного поверенного измерительного оборудования, удовлетворительным совпадением результатов полученных расчетных и экспериментальных данных, положительными результатами опытно-промышленной эксплуатации технических разработок автора.

Личный вклад автора заключается в выборе темы диссертации, формулировке цели и основных задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, с последующим анализом полученных результатов. Самостоятельно проведена апробация усовершенствованной системы радиационно-конвективного отопления, осуществлено ее внедрение в производство и в учебный процесс.

На защиту выносятся:

- разработанная система радиационно-конвективного отопления с использованием высокоинтенсивных и низкоинтенсивных газовых инфракрасных излучателей;

- уточненные уравнения теплового баланса помещений с использованием коэффициента загруженности нагревательных приборов;

- усовершенствованная конструкция высокоинтенсивного газового инфракрасного излучателя, повышающая качество обогрева зданий и сооружений, позволяющая регулировать направление отраженного инфракрасного излучения;

- методика выбора источников излучения систем радиационно-конвективного отопления.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 111 наименований и 6 приложений. Полный объем диссертации 173 страницы, включая 58 рисунков и 16 таблиц.

Основные выводы и результаты

На основе совершенствования систем радиационно-конвективного отопления и конструкции газовых инфракрасных излучателей в диссертации дано новое решение научно-практической задачи обогрева зданий и сооружений, имеющее существенное значение при проектировании и эксплуатации систем радиационно-конвективного отопления.

1. Установлено, что при разработке систем отопления с повышенными требованиями энергосбережения, экологичности, безопасности работы, а также надежности и долговечности, в системе отопления более целесообразно применение различных типов источников излучения: в зонах постоянного пребывания производственного персонала - НГИИ, в зонах кратковременного пребывания производственного персонала - ВГИИ потолочного и настенного типов.

2. Разработана методика определения и выбора источников излучения в системе радиационно-конвективного отопления, которая позволяет проектировать системы отопления с применением различных типов газовых инфракрасных излучателей, учитывающая особенности зданий и сооружений, времени пребывания производственного персонала.

3. Получен поправочный коэффициент загруженности, для расчета установочной мощности системы РКО с использованием в качестве нагревательных приборов НГИИ.

4. Разработана система регулирования направления инфракрасного излучения на основе новой конструкции ВГИИ которая позволяет снизить затраты на тепловую энергию до 5 % и обеспечить необходимое распределение энергии по облучаемой поверхности. Получена и нашла практическое подтверждение математическая зависимость для определения температуры воздуха в производственном помещении при установке «светлых» газовых инфракрасных излучателей настенного типа с отражательными пластинами.

5. Выполнена оценка экономической эффективности применения ВГИИ совместно с НГИИ, что обеспечивает снижение затрат на устройство системы на 40^-50 % и эксплуатационных расходов на 20-К30 %, в отличие от применения одного типа газовых инфракрасных излучателей. Экономический эффект от внедрения разработанной системы радиационно-конвективного отопления в ЗАО «Магнитогорскгазстрой» за один отопительный сезон составил более 340 тыс. рублей в ценах 2011 г.

1. Андреевский А. К. Отопление. Минск: Выш. школа, 1982. - 364 е., ил. - с. 5-6.

2. Банхиди JI. Тепловой микроклимат помещений. М.: 1981. - 247 с.

3. Белоусов В. В. Отопление и вентиляция, ч. 1 Отопление. — М.: Издательство литературы по строительству, 1967. 280 е., - с. 5-6.

4. Блох А. Г., Журавлев Ю. А., Рыжков JI. Н. Теплообмен излучением // Справочное издание. М.: 1991. - 431 с.

5. Богомолов А. И., Вигдорчик Д. Я., Маевский М. А. Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение. М.: 1967. - 254 с.

6. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1982.

7. Богословский В. Н. Теплообмен в помещении с панельно-лучистой системой обогрева // Водоснабжение и санитарная техника. М.: 1961. - № 9 - С. 11 -19.

8. Борисов Ю. Инфракрасные излучения. М.: 1976. - 55 с.

9. Брамсон М. А. Инфракрасное излучение нагретых тел. М.: 1964. - 224 с.

10. Ю.Брохтер Р., Юбиц В. Техника инфракрасного нагрева // Перевод с немецкого.-М.: 1963.-278 с.

11. И.Брюханов О. Н. Радиационно-конвективный теплообмен при сжигании газа в перфорированных системах. Ленинград: 1977. - 238 с.

12. Брюханов О. И. Радиационный газовый нагрев. Ленинград: 1989. - 160 с.

13. Брюханов О. Н., Харюков В. Г. Газовый инфракрасный излучатель с изолированной зоной горения // Газовая промышленность. М.: 1977. - № 3 -С. 32-34.

14. Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели // Перевод с польского. Ленинград: 1978. - 407 с.

15. Газовое инфракрасное радиационное отопление: Доклад делегации ВНР в секции стройиндустрии ПКС, СЭВ, информационное сообщение, №8. -Берлин: 1961.-С. 27-49.

16. Гвозденко Л. А. Гигиеническое значение оптического излучения нагретых тел в условиях современного производства // Диссертация доктора медицинских наук. Киев: 1987. - 357 с.

17. Гвозденко Л. А. О критериях оценки повреждающего действия инфракрасного излучения // Гигиена и санитария. М.: 1987 - № 11 - С. 2024.

18. Гвозденко Л. А. Обоснование допустимых нормативов облученности инфракрасным излучением в зависимости от его спектрального состава // Медицина труда и промышленной экологии. Киев: 1999 - № 12 - С. 13-18.

19. Голяк С. А., Пятачков В. В. Оптимизация схем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей // Строительство и образование. Екатеринбург: 2008. - № 10 - С. 189-190.

20. Голяк С. А., Пятачков В. В. Особенности теплового. баланса помещений с системами отопления на основе газовых инфракрасных излучателей // Молодой ученый. Чита: 2010.-№1-2-С. 111-113.

21. Голяк С. А., Пятачков В. В. Способ повышения экономической эффективности систем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей // Главный энергетик. М.: 2010. - № 4 — С. 56-58.

22. Голяк С. А., Пятачков В. В. Стеновой инфракрасный излучатель // Патент России №78557, 07.07.2008. Бюл. № 33.

23. Голяк С. А., Пятачков В. В. Технико-экономическая эффективность систем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасныхизлучателей // Энергобезопасность и энергосбережение. М.: 2010. - № 3 - С. 22-24.

24. Голяк С. А., Пятачков В. В. Технико-экономическое сравнение инфракрасных газовых излучателей в зависимости от их единичной мощности // Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Пенза: 2007 - С. 98-99.

25. Голяк С. А., Пятачков В. В. Уточнение параметров теплового баланса зданий с системами радиационно-конвективного отопления // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Магнитогорск: 2010. - С. 41-44.

26. Голяк С. А., Пятачков В. В. Экспериментальное определение локальных температур в зданиях производственного назначения, обогреваемых ГИИ // Строительство и образование. Екатеринбург: 2008. -№ 10 - С. 191-192.

27. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны: дата введения 01.01.1989. 126 с.

28. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях: дата введения 03.01.1999. 17 с.

29. Дребенцов В. Ф. Высокотемпературные газовые излучатели беспламенного типа // Газовая промышленность. М.: 1972. - № 3 - С. 24-27.

30. ЗАО Сибшванк. Руководство по эксплуатации 2100 РЭ. Тюмень: 2010. - 23 с.

31. Зб.Золотько Е. В. Особенности выбора газовых систем лучистого отопления для создания требуемых микроклиматических условий // Безопасность жизнедеятельности. Киев: 2005 - № 7 - С. 8-12.

32. Иванов В. В. Исследование и разработка систем газового инфракрасного отопления сельскохозяйственных помещений // Автореферат диссертации кандидата технических наук. М.: 1972. - 22 с.

33. Измерение плотности тепловых потоков // ООО «Принцип». http://printsip.ru/cgi/index/Biblioteka/Stati о priborah/izm okr sredy/izmerenie plotnosti potokov

34. З 9. Инфракрасное отопление эффективное решение. //Азияресурс. http://www.teplo74.ru/relises.html

35. Иродов В.Ф., Солод J1.B., Кобыща А.В. Математическое моделирование элементарного участка системы воздушно-лучистого отопления // Вісн. Придніпров. держ. акад. буд-ва та архітектури. 2001. - №4. - С.41-46.

36. Каталог фирмы GoGaS. Германия, Гамбург. -http://www.gogas.corn/en/Horne en/Space-Heating/space-heating.html

37. Каталог фирмы Karlieuklima / Отопление и комфорт. Италия, Парденон. -http://www.carlieuklima.com/index.php

38. Каталог фирмы Roberts Gordon / США. http://www.rg-inc.com/Russian/rg-radiant-home-ru.htm

39. Каталог фирмы Solaronics / Франция. http://www.solaronics.fr/

40. Каталог фирмы Сибшванк. Газовые инфракрасные излучатели / Россия-Германия. http://www.sibschwank.ru/hardware/gas/

41. Киссин М. И. Расчет потерь тепла при лучистом отоплении // Вопросы отопления и вентиляции. М.: 1952. - С. 26-31.

42. Ковалев А. В. Расчет мощности инфракрасных облучательных установок // Водоснабжение и санитарная техника. М.: 1983. - № 2 - С. 27-28.

43. Кривоногов Б. М. Разработка, исследование и результаты внедрения газовых инфракрасных излучателей с пористой керамической насадкой // Использование газа в народном хозяйстве. Саратов: 1966. - С. 299-314.

44. Круз П., Макглоулин Л., Макквистан Р. Основы инфракрасной техники // Перевод с английского. М.: 1964. - 463 с.

45. Кутателадзе С.С. Основы моделирования теплопередачи при изменении агрегатного состояния вещества / Кутателадзе С.С. // Материалы к совещанию по моделированию тепловых устройств. -М.: 1938. С.49-54.

46. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М.: 1979. - 416 с.

47. Ландау Л. Д., Лифши Е. М. Теория поля / Издание 8-е, стереотипное. М.: Физматлит, 2006. - 534 с.

48. Левин А. М., Родин А. К. Отопление гидропескоочистного отделения литейного цеха газовыми горелками инфракрасного излучения // Водоснабжение и санитарная техника. М.: 1965. - № 5 - С. 11-12.

49. Левин А. М., Родин А. К., Кулагин Л. А. Размещение газовых инфракрасных излучателей в обогреваемом помещении // Водоснабжение и санитарная техника.-М.: 1968-№5-С. 15-17.

50. Левин А. М., Салиходжаев С. Разработка и испытание горелок с сетчатым металлическим излучателем // Газовая промышленность. М.: 1965. - № 2 -С. 14-18.

51. Левин А. М., Салиходжаев С. Температурные режимы и устойчивость горения газовых горелок инфракрасного излучения с металлическими сетками // Газовая промышленность. М.: 1964. - № 2 - С. 16-19.

52. Листов А. М. Метод расчета теплового режима вентилируемых помещений при лучистом отоплении // Индустриальные конструкции для электрификации железных дорог. -М.: 1952. С. 26-31.

53. Малявина Е. Г. Теплопотери здания // Справочное пособие. М.: изд-во «АВОК-ПРЕСС». - 2007. - http://www.stroyplan■ru/docs.php?showitem=50453

54. Мачкаши А., Банхиди Л. Лучистое отопление // Перевод с венгерского. М.: 1985.-464 с.

55. Мачкаши А. Лучистое отопление периметральными зонами потолка // Водоснабжение санитарная техника. М.: 1959. - № 8 - С. 34-38.

56. Мачкаши А. Основные принципы лучистого отопления больших помещений // Водоснабжение и санитарная техника. М.: 1964 - № 2 - С. 35-40.

57. Минчук В. И. Исследование теплового режима жилых зданий оборудованных системой радиационного охлаждения и отопления // Автореферат диссертации кандидата технических наук. М.: 1970. - 20 с.

58. Мирзоян Ж. В. Исследование особенностей газового инфракрасного отопления. Автореферат диссертации кандидата технических наук. М.: 1966.-23 с.

59. Мирзоян Ж. В., Маевский М. А. Особенности газового инфракрасного отопления // Газовая промышленность. M.: 1971. - № 4 - С. 23-25.

60. Миссенар А. Лучистое отопление и охлаждение // Перевод с французского. -М.: 1961.-299 с.

61. Михайлова Л. Ю. Разработка методики расчета радиационного отопления зданий производственного назначения // Диссертация кандидата технических наук. Тюмень: 2006. - 113 с.

62. Никитин Н. И., Крылов Е. В. Методика расчета отопления животноводческих помещений при использовании газовых горелок инфракрасного излучения // Использование газа в народном хозяйстве. М.: 1971,-№2.-С. 34-40.

63. Никифоров Г. В. Гибридные системы отопления. Магнитогорск: 2009. - 79 с.

64. Ничкова Л. А. Севриков В. В., Никитин А. А. Программа счета дозной энергии инфракрасного излучения незащищенного объекта. Вестник СевНТУ. 2008 - № 88 - С. 184-186.

65. Планк М. Теория теплового излучения / пер. с нем. M.: URSS, Изд.2, 2006. -208 с.

66. Прохоров С. Г., Кузьмин Д. И. Анализ опыта использования газовых инфракрасных излучателей в Европе, США и России // Новые проекты итехнологии в металлургии. Екатеринбург: 2010. - С. 571-573.

67. Пятачков В. В. Алгоритм разработки радиационно-конвективной ситемы отопления на основе уточнения параметров уравнения теплового баланса. -Магнитогорск: 2010. С. 162-164.

68. Пятачков В. В. Комбинированное решение для отопления производственных объектов. М.: Аква-Терм, 2010. - № 2 - С. 20-25.

69. Пятачков В. В. Совершенствование систем радиационно-конвективного отопления на основе газовых инфракрасных излучателей // Новые проекты и технологии в металлургии. Екатеринбург: 2010 - С. 574-577.

70. Родин А. К. Газовое лучистое отопление. Ленинград: 1987. - 191 с.

71. Родин А. К. Определение основных теплотехнических параметров систем лучистого отопления с газовыми излучающими горелками // Распределение и сжигание газа. Саратов: 1976. - №2 - С. 14-24.

72. Родин А. К. Применение излучающих горелок для отопления. Ленинград: 1976.- 117 с.

73. Родин А. К., Уткин Д. А. Исследование гидравлических сопротивлений излучающих насадок газовых инфракрасных горелок // Использование газа в народном хозяйстве. Саратов: 1967. - № 5 - С. 299-304.

74. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных предприятий // Утвержден постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 01.10.1996 № 21. М.: 1997.- 17 с.

75. Слесарев Д. Ю. Совершенствование сжигания газового топлива в горелках инфракрасного излучения светлого типа // Автореферат диссертации кандидата технических наук. Пенза: 2009. - 22 с.

76. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование: датавведения 01.01.2004. 17 с.

77. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология / Государственный комитет Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу. М.: ГосСторой, 2003. - http://files.stroyinf.rU/Datal/7/7001 /

78. Соколов А. К. Безопасность и экологичность технологических объектов // Учебное пособие. Иваново: 2009. - 132 с.

79. СТО НП АВОК 4.1.5-2006. Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями: дата введения 01.01.2007. 20 с.

80. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М.: АВОК-ПРЕСС, 2002.

81. Федеральный закон. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации // N 261 ■-ФЗ от 23.11.2009.

82. Хадсон Р. Инфракрасные системы // Перевод с английского. М.: 1972. -534 с.

83. Шепф X. Г. От Киргофа до Планка // Перевод с немецкого. М.: 1981.-192 с.

84. Шиванов В. В. Некоторые особенности лучистого газового отопления // Сборник материалов конференции. Волгоград: 2006. - С. 219-224.

85. Шиванов В. В. Обеспечение теплового режима производственных помещений системами газового лучистого отопления // Автореферат дисс. кандидата технических наук. Н. Новгород: 2007. - 24 с.

86. Шумилов Р. Н., Толстова Ю. И., Помер А. А. Лучистое отопление мифы и реальность // Сантехника, отопление, кондиционирование. - М.: 2006 - № 1-С. 56-58.

87. Шумилов Р. Н., Толстова Ю. И., Помер А. А- Экспериментальная проверка методики расчета интенсивности теплового облучения головы человека при лучистом отоплении // Строительство и образование. Екатеринбург: 2007. -С. 175-178.

88. DIN 3372,Tell 1 «Heizstrahler— Dunkelstrahler mit Brenner ohne Geblase» — Gluhstrahler (1988-01).

89. DIN 3372,Teil 6 «Heizstrahler— Dunkelstrahler mit Brenner mit Geblase» (1988-12).

90. Dolega U. Die wärmephysiologisch bedingte Grenze und die Berechnung enter Infrarot Raumheizung. - Gesundheits-Ingenieur, 1961, N 4, S. 17-28; N 6, S. 11-22.

91. DVGW G 638/1 «Heizungsanlagen mit Hellstrahlern» (1991-03).

92. Firemni Literatura firmy Schwank Gasgeräte GmbH, 1971, p. 11-16.

93. Franger P. Thermal comfort. N. Y., McGrow Hill, 1970. 271 p.

94. Gialanella J. Design requnirements for infrared comfort heating. Electrical Construction and Maintenance, 1963, N 1, p. 72-76.

95. GoGaS. Инструкция по монтажу, эксплуатации и обслуживанию // Dortmund: 11 с

96. Golyak S. A., Pyatachkov V. V. Features of thermal balance of premises with systems of heating on the basis of gas infra-red radiators // International journal of experimental education. Bar: 2009 № 2. - P. 8.

97. Holzbecher К. Verwendungsmöglichkeiten gasbeheizter Infrarotstrahler. -Energitechnik, 1956, N 1, p. 25+31; N 6, p. 11 -16.

98. Hypr J., Misil. Otop velkych prostorpllynovymi infrazarici. Plyn, 1978, N 8, p. 232-235.

99. Karlieuklima. Техническое руководство // Fontanafredda: 56 с.

100. Kolmar A. Wärmephysiologische Berechnungen bei Heizdeken, Strahiplätten und Infrastrahlern. Gesundheits-Ingenieur, 1960, N 3 (80), S. 65-67.

101. Roberts Gordon. Инструкция по установке, пользованию и обслуживанию1. Bilston: 22 с.

102. Srunce. Wärmetechnischer Vergleich zwischen Warmluft und Strahlungsheizung. - Gaswärme international, 1973, N 7, S. 252-255.

103. Штокман E.A., Карагодин Ю.Н. Теплогазоснабжение и вентиляция // Ассоциация строительных вузов. М.: 2011 С. 176.