21.06.2021

Преимущества систем газового лучистого отопления (ГЛО) для отопления, прежде всего, высоких промышленных помещений производственного, транспортного и складского назначения (цехов, ангаров, складов, выставочных павильонов, спортивных сооружений и др.) подробно описаны в статье [1]. Оно заключается в том, что при лучистом отоплении тепло подаётся именно в те зоны, где находятся люди и требующее поддержания специальных климатических условий оборудование. Это резко снижает затраты на отопление при одновременном повышении уровня комфортности. При этом одновременно снижаются эксплуатационные затраты на подготовку оборудования к отопительному сезону, его техническое обслуживание в процессе эксплуатации. Одновременно появляется практически не достижимая в случае применения конвекционного оборудования возможность оперативного, в том числе – по заданной программе, реагирования на график работы предприятия, изменения погоды, включая, например, снижение нагрева в нерабочее время, при дневных потеплениях и даже на время обеденных перерывов.

Кроме того, появляется возможность отопления при необходимости только локальных зон [2], исключаются сквозняки, характерные для систем воздушного отопления. Всё это в совокупности обеспечивает радикальное снижение затрат на отопление, позволяет существенно снизить себестоимость и повысить качество выпускаемой продукции. Соответственно, значительно повышается конкурентоспособность выпускаемой предприятием продукции и улучшается его финансовое положение [3,4]. За счёт этого затраты предприятий на отопление сокращаются, как правило, в 4-6, а в некоторых случаях до 8 раз, а сроки окупаемости соответствующих проектов не превышают 2-3 отопительных сезонов.

Перечисленные преимущества систем ГЛО реализуются в случае использования практически всех представленных на рынке газовых инфракрасных излучателей (ГИИ) как «светлого», так и «тёмного» типа. Однако необходимо иметь в виду, что при условии сравнимых надёжности работы и сроков службы, «светлые» и «тёмные» ГИИ в продуктовых линейках практически всех ведущих производителей существенно отличаются по своей конструкции и, соответственно, стоимости.

Данные отличия обеспечивают существенное увеличение лучистого к.п.д. (иногда ещё называемого лучистой эффективностью) ГИИ, т.е. доли тепловой энергии, получаемой при сжигании газа, которая в виде потока лучистой энергии направляется обогреваемые поверхности (пол, стены, оборудование и т.д.). При этом, естественно, необходимо понимать, что эффективность лучистого отопления также будет зависеть от степени поглощения указанными поверхностями лучистой энергии, т.е., говоря языком теплофизики, нагрев указанных поверхностей будет тем эффективнее, чем ближе они по своим свойствам к абсолютно чёрному телу, которое поглощает всю поступающую лучистую энергию и выделяет её в качестве тепла. Соответственно, в помещении с матовыми поверхностями, отапливаемом системой ГЛО, при прочих равных условиях будет теплее, чем в помещении с глянцевыми и, тем более, зеркальны-ми поверхностями, где значительная часть лучистой энергии будет отражаться и уходить во вне… Однако, это всего лишь небольшое отвлечение от темы статьи с целью помочь читателю лучше понять «физику процесса».

Конструктивные схемы «светлых» и «тёмных» ГИИ вариантов исполнения «эконом» и «премиум» представлены на Рис. 1 и Рис. 2, соответственно.

Рис. 1. «Светлые» ГИИ исполнений ecoSchwank (серия 2000) эконом-класса (лучистый к.п.д. – 52%) и supraSchwank (лучистый к.п.д. – 82,4%) производства компаний Сибшванк (Schwank).

Рис. 2. «Темные» ГИИ исполнений Helios UD (лучистый к.п.д. – 57%) и Helios UD+ (лучистый к.п.д. – 68%) производства компании Mandik

Однако следует понимать, что данные отличия в конструкции как «светлых», так и «тёмных» ГИИ, обеспечивающие существенное увеличение их энергоэффективности приводят к увеличению как веса, так и стоимости ГИИ, что, соответственно, увеличивает стоимость соответствующих проектов, иногда – весьма существенно, в том числе – и за счёт увеличения стоимости монтажа более тяжёлых ГИИ, требующих в ряде случаев более мощной грузоподъёмной техники и более сложных вариантов крепления ГИИ. Соответственно, возрастают и сроки окупаемости данных проектов.

В то же время указанное, вплоть до 1,5-кратного, увеличение лучистого к.п.д. по сути означает, что для отопления того же промышленного помещения потребуется примерно во столько же раз меньшее количество газа, а сама система ГЛО может быть реализована на базе меньшего количества ГИИ или с использованием ГИИ меньшей мощности. А это, в свою очередь, уменьшает затраты как на само оборудование, так и на его монтаж.

Кроме того, «более продвинутые» ГИИ премиум-класса в составе системы ГЛО, как правило, обладают возможностью плавного или 2-ступенчатого регулирования мощности, что обеспечивает:

• дополнительную экономию объёма потребляемого газа;
• более сбалансированный тепловой комфорт, исключающий ощущение перепада температур при включении и выключении 1-ступенчатых ГИИ;
• величенный эксплуатационный ресурс ГИИ за счёт снижения циклов включения и выключения. Перечисленные преимущества способствуют ещё большему повышению энергоэффективности данного варианта системы ГЛО.

Так какой вариант системы ГЛО выбрать: на базе ГИИ эконом-класса, имеющих минимальную стоимость, но весьма скромный лучистый к.п.д. (порядка 50%), или на базе ГИИ премиум-класса, лучистый к.п.д. которых может достигать 80%? Попыткой аргументированного ответа на данный вопрос и является данная статья.

Попробуем решить данную задачу применительно к отоплению условного цеха, для отопления которого необходима мощность лучистой энергии 500 кВт, с установкой в нём ГИИ «тёмного» типа Helios UD (Mandik, лучистый к.п.д. 57%) или Helios UD+ (Mandik, лучистый к.п.д. 68%). Для определённости будем в обоих случаях использовать ГИИ с тепловой мощностью 40 кВт, как одни из самых востребованных.

Далее предположим, что продолжительность отопительного сезона в данном регионе составляет 8 месяцев, в течение которого ГИИ работают в среднем 50% времени (перерывы в ночное время, на выходные, тёплые дни и т.д.), а стоимость газа составляет в данном регионе для промышленного предприятия 5 руб/м³.

В случае их применения для отопления выбранного нами условного цеха потребуется:
ГИИ Helios UD      500/40 х 0,57 = 21,92 ≈22 шт.,
ГИИ Helios UD+    500/40 х 0,68 = 18,4 ≈19 шт.

Стоимость 22 шт. изделий Helios 40 UD составит (в ценах начала 2021 г.) 2,213 млн. руб., а 19 шт. излуча-телей Helios 40 UD+ - 2,380 млн. руб., т.е. стоимость оборудования увеличивается всего на 167 тыс. руб. Учитывая, что потребление газа у ГИИ Helios 40 UD и Helios 40 UD+ при работе на номинальной мощности одинаковое, уменьшение газопотребления составит 4,27 х 3 = 12,8 [м³/ч]

При этом экономия за счёт применения более эффективных ГИИ за отопительный сезон составит:

5 [руб/м³] х 12,8 [м3/ч] х 24 [часа] х 0,5 [время работы ГИИ] х 365 [дней в году] х 8/12 [длительность отопитель-ного сезона] = 186,9 тыс. руб. за отопительный сезон.

В данном случае применение ГИИ с более высоким лучистым к.п.д. взамен исполнения эконом-класса окупается в течение первого же отопительного сезона. Соответственно, весь оставшийся срок службы потребитель получает дополнительную экономию.

Еще один вопрос, на который потребителю желательно получить ответ до начала проектных работ по созданию системы ГЛО: на базе каких ГИИ лучше создавать систему, «светлых» или «темных»? Конечно, есть «естественные» ограничения в виде соответствующих нормативных документов, в соответствии с которыми область применения «темных» ГИИ существенно шире. Однако, если имеется принципиальная возможность применить оба типа ГИИ, то, главным образом, надо учитывать следующее:

«Светлые» ГИИ при сравнимых тепловой мощности и лучистом к.п.д., как правило, компактнее и легче. Кроме того, для организации отвода продуктов сгорания в большинстве случаев не требуется создания дополнительной системы газоотведения: они удаляются с помощью общей системы вытяжной вентиляции. Во многих случаях такие системы уже имеются. В то же время, в случае применения «светлых» ГИИ затруднительна утилизация тепла нагретого воздуха, скапливающегося за счет конвективного теплообмена в верхней части цеха или ангара, а направление его вниз с помощью дестратификаторов (потолочных вентиляторов, направляющих теплый воздух вниз, в рабочую зону) невозможно, т.к. в этом случае вместе с ним туда будут направляться продукты сгорания, в т.ч. крайне вредные для человека угарный газ и окись азота.

«Темные» ГИИ, в отличие от светлых, имеют принципиально другую конструкцию: процесс горения, сопровождающийся выделением тепла, происходит в них внутри трубопровода, каждый «тёмный» ГИИ оснащён индивидуальной системой дымоудаления, локализирующей продукты сгорания, что выгодно отличает их от «светлых» ГИИ. Но в то же время они за счет этого существенно габаритнее, тяжелее и сложнее по конструкции. Кроме того, для их применения требуется создание трубной системы дымоудаления (индивидуальной или коллективной). Однако при этом становится принципиально возможным в дополнение к лучистой энергии использовать тепло продуктов сгорания. Для этого устанавливаются как упомянутые дестратификаторы, так и рекуператоры, обеспечивающие подогрев свежего воздуха, поступающего в помещение взамен отводимого воздуха с продуктами сгорания. Это позволяет принципиально довести суммарный тепловой к.п.д. «темных» ГИИ практически до 90%. Кроме того, «темные» ГИИ излучают более длинные волны инфракрасного спектра электромагнитного излучения, что комфортнее воспринимается организмом человека (более «мягкое» ощущение тепла). Именно поэтому их область применения шире, чем у светлых. Однако в России, ввиду относительно низкой стоимости газа, срок окупаемости таких совершенных систем пока недопустимо большой, что серьезно сдерживает их применение. Поэтому «темные» ГИИ применяются у нас несколько реже, чем в других странах Европы.

Резюмируя изложенное, можно утверждать, что в России имеются все необходимые технические и экономические предпосылки для массового применения как «светлых», так и «темных» ГИИ, с явно выраженной тенденцией применения в составе систем ГЛО на их базе исполнений с повышенным лучистым к.п.д. (Назовем их, по аналогии с автомобильной промышленностью, системами бизнес-класса). В то же время реализация всего комплекса решений систем ГЛО премиум-класса, обеспечивающего более полную утилизацию тепла, получаемого при сгорании в ГИИ природного газа в России при нынешнем соотношении цен на оборудование и природный газ пока, к сожалению, экономически нецелесообразно.

ООО «НПФ «РАСКО», являясь официальным дилером ведущих производителей ГИИ как «светлого», так и «темного» типа, может предложить своим клиентам широкий выбор такого оборудования по ценам изготовителей. В частности, это и уже отмеченные светлые ГИИ серии ТМТ производства АО «Сибшванк», дочернего предприятия компании Schwank, Германия, и «темные» ГИИ Helios исполнения UD+ производства компании Mandik, Чехия, и многие другие. Сроки поставки – минимальные, что обеспечивается наличием наиболее востребованных исполнений на нашем складе в Москве, а также условиями соответствующих договоров с изготовителями.

В случае обращения нашим клиентам обеспечивается весь комплекс услуг от предпроектного обследования и подготовки оптимизированного, с учетом индивидуальных потребностей конкретного заказчика, технико-коммерческого предложения до монтажа, ввода в эксплуатацию и последующего сервисного обслуживания.

Надеемся, что представленная в данной статье информация поможет российским предприятиям, как и организациям из других стран ЕАС, сделать правильный выбор и вывести свое производство на качественно новый уровень по энергоэффективности, конкурентоспособности выпускаемой продукции и другим определяющим финансовым показателям.

Литература:

1. Золотаревский С.А. Газовое лучистое отопление - радикальное решение для повышения энергоэффективности и конкурентоспособности промышленных предприятий. – Котельные и миниТЭЦ, 2017, №6
2. Золотаревский С.А. Современные системы промышленного газового отопления. Варианты решений и экономическая эффективность. - ТПА и оборудование, 2021, №2.
3. Золотаревский С.А., Санин А.В. Высокоэффективные технологии систем отопления как основной путь к снижению затрат на энергоресурсы и повышению энергоэффективности работы предприятий. - ТПА и оборудование, 2019, №5
4. Золотаревский С.А. Современные решения в области промышленного газового отопления как основа повышения энергоэффективности работы промышленных предприятий. – Gasworld,  2020, №74.