Задача теплоснабжения производственных помещений всегда считалась неординарной. И дело здесь не только в том, что, в отличие от жилых и административных зданий, производственные здания всегда создаются под определенную технологию, требующую создания в производственном помещении особых условий по температуре, влажности и запыленности внутреннего воздуха. Не назовешь исключительным и такой случай, когда в границах одного производственного помещения необходимо создать несколько рабочих зон с разными условиями климатического комфорта. И уж, само собой разумеется, что практически каждое производство связано с жестким и совершенно непререкаемым исполнением нормативных требований по промсанитарии, взрыво и пожаробезопасности. Исполнение всех этих, часто противоречащих одно другому, требований в границах одного производственного помещения способно загнать в тупик даже видавших виды специалистов. Нельзя не вспомнить «добрым» словом и конструктивное исполнение наружных ограждений производственных зданий. Площадь здания в плане редко можно обозначить трехзначным числом. Тысячи, а то и десятки тысяч квадратных метров пола под одной крышей. И часто не одно, а несколько футбольных полей можно разместить под кровлей главного корпуса среднего завода. Но, в отличие от футбольного поля, вся эта площадь заставлена оборудованием, пронизана транспортными, электросиловыми и технологическими коммуникациями. Не может не впечатлять и высота производственных помещений. Она, как правило, определяется необходимостью проноса краном самого крупногабаритного груза, характерного для данного производства, над самым высоким станком, расположенным в зоне действия крана. К этому следует добавить высоту несущих конструкций кровли, чтобы стало ясно, что минимальная высота производственного помещения составит 6-7 , а средняя – 14-18 метров. Не являются редкостью высоты в 20 и даже в 24 метра. И это при высоте рабочей зоны, которую собственно и надо обогревать, всего в 2 метра. Понятно, что отопить даже среднее по размерам производственное помещение с помощью водяной или паровой системы отопления просто невозможно.
Десятки километров распределительных трубопроводов упрутся в фундаменты технологического оборудования, перекроют проходы, займут зону действия крана, пересекутся с силовыми сетями и сетями управления, расположенными ниже отметки пола. Да и гидравлической устойчивости работы таких сетей достичь очень трудно. Добавьте к этому высокую плотность блуждающих токов, характерную для производственных помещений и вызывающих интенсивную электрохимическую коррозию водяных тепловых сетей и сетей конденсатопроводов. Слишком дорого и слишком сложно. Именно эти, описанные выше сложности, объясняют то, что до недавнего времени практически единственным способом отопления производственных помещений являлось воздушное отопление. Воздух из отапливаемого помещения забирается вентилятором, подается на водяной или паровой калорифер и по воздуховодам направляется в рабочую зону. Распределение воздуха по рабочей зоне осуществляется с помощью распределительных головок или в виде направленных струй. Это несколько разгружает рабочую зону от систем разводки тепла и позволяет достичь достаточно равномерного его распределения на больших площадях цеха. К преимуществам воздушной системы отопления можно отнести и то, что она легко совмещается с приточными системами вентиляции. Но этими, не всегда очевидными достоинствами, преимущества воздушных систем отопления исчерпываются. А вот перечень недостатков мог бы занять не один лист нашего описания. И, прежде всего к этим недостаткам нужно отнести теплофизические свойства воздуха, как теплоносителя. Воздух обладает крайне низкой теплоемкостью (в четыре раза меньшей, чем у воды). Следовательно, для переноса значительных тепловых нагрузок (а тепловая нагрузка только одного среднего цеха может сравниться с потребностью в тепле нескольких жилых многоэтажных зданий) требуется перемещать весьма внушительные массы воздуха. И если объемы, занимаемые вентиляционными камерами и воздуховодами и исключающие из полезного использования до 5% объемов производственных помещений можно отнести к малым бедам, то затраты на электроэнергию, приводящую в действие вентиляторы воздушных систем отопления, к малым бедам отнести никак не удастся. Ведь эти затраты даже в расчетном режиме работы не уступают затратам на тепловую энергию, потребляемую системами воздушного отопления. А в режимах с температурой наружного воздуха выше расчетной (а эти режимы составляют не менее 80% продолжительности отопительного периода) превосходят их. Но это еще не всё. Рабочая, обитаемая зона производственных зданий составляет всего 20-30% общего их объема. Именно эти 20-30% объема здания и требуют поддержания комфортных условий, необходимых для работы людей и оборудования. Нагрев 70-80% воздуха, находящегося над рабочей зоной, следует отнести к прямым потерям. Но ведь всем известно, что удержать теплый воздух внизу еще никому не удавалось. Он неизбежно будет стремиться вверх, под крышу здания. Поэтому рост температуры воздуха от пола к потолку у производственных зданий, оборудованных воздушными системами отопления, 2,5°С на метр высоты. Это означает, что в здании высотой 12м., при средней температуре в рабочей зоне 15°С, воздух под крышей оказывается нагретым до 40°С. Такой «убойный» перегрев внутреннего воздуха зданий приводит к резкому возрастанию тепловых потерь через наружные ограждения, верхние перекрытия, стены, световые проемы и фонари. И на этом беды системы воздушного отопления еще не кончаются. Распределение приточного воздуха в рабочей зоне осуществляется при достаточно высокой скорости воздуха. Это приводит к сквознякам и снижению комфортности помещения за счет увеличения выделения тепла телом человека. При эксплуатации системы воздушного отопления в нормальном режиме (без недотопа) вынуждает поддерживать в помещении завышенную на 1-2°С температуру и, сопровождается, как следствие, увеличением тепловых потерь через наружные ограждения здания. Но в настоящее время многие предприятия с целью снижения затрат на отопление сознательно идут на недотоп производственных помещений. В этом случае снижается температура воздуха, подаваемого в рабочую зону. И тогда повышенная скорость воздуха при пониженной его температуре приводит к прямому переохлаждению работающих.
Для поддержания хотя бы приемлемых условий труда, струйные аппараты воздухораспределения повсеместно либо разворачиваются вверх, выше рабочей зоны, либо вообще снимаются. Система отопления приходит к затратному режиму работы без какого-либо положительного эффекта, кроме сохранения этой системы от размораживания и окончательного выхода её из строя. Нельзя не сказать «доброго» слова и об управляемости систем воздушного отопления, особенно сейчас, когда предприятия, экономя на чем только возможно, пытаются снизить затраты на отопление. Если исключить из рассмотрения предприятия, работающие в непрерывном режиме в три смены, включая выходные и праздничные дни, то все остальные предприятия работают, как правило, в одну, реже в две смены пять, а иногда четыре или три дня в неделю. Это означает, что при работе предприятия в одну смену, за отопительный период, составляющий для средней полосы около 5000 часов, собственно рабочими являются не более 1100 часов или всего 23% календарного времени. Все остальные 3900 часов предприятия вынуждены отапливать цеха, в которых никто не работает. При двухсменной работе предприятий, применяющейся в настоящее время крайне редко, эта цифра озрастает до 2300 часов, что не превышает и 46% времени отопительного периода. Добавьте к этому нередкие сегодня вынужденные простои, и сразу станет понятной причина, по которой многие, даже относительно стабильно работающие предприятия, попросту отключают и консервируют до лучших времен системы теплоснабжения производственных помещений. Энергетическая составляющая себестоимости выпускаемой продукции взвинчивает цену и делает эту продукцию неконкурентоспособной на рынке. И «виноваты» в этом именно воздушные системы теплоснабжения производственных помещений. Они просто не умеют эффективно снижать собственные затраты в режимах дежурного отопления. Работа службы Главного энергетика по переводу (как правило, ручному) системы воздушного отопления в дежурный режим и сложна и малоэффективна. Всегда есть угроза размораживания системы в случае резкого снижения температуры наружного воздуха. «Зажимание» расхода воды через калориферную установку разбалансирует систему и может привести к размораживанию и калориферной установки и внутренних водопроводов. Да и расход электроэнергии на привод вентиляторов таким способом не уменьшить. Снижение расхода воздуха приведет к желанному снижению потерь энергии на электропривод, но повысит температуру обратной сетевой воды, а существенного снижения потребления тепла не даст, т.к. при этом вырастет температура воздуха на выходе из калориферов. Да и сложно всё это, без многолетнего опыта эксплуатационного персонала не обойтись. Не было бы смысла в перечислении всех этих бед наших предприятий, если бы не было возможности эффективно и полно решить их.
И такое решение есть. Это – децентрализация системы теплоснабжения по теплоносителю, воде или пару. Большинство предприятий охвачено централизованными сетями природного газа. При тарифе на природный газ свыше 1000 руб. за 1000 м3 и тарифе на тепло, отпускаемое централизованными источниками, крупными котельными и ТЭЦ, составляющем более 500 руб. за 1 Гкал. – обогрев производственных помещений выливается в копеечку. И это без затрат на электропривод систем внутреннего распределения воздуха, которые, будучи добавленными к затратам на тепло, увеличат их вдвое. А еще потери тепла во внутризаводских и внутрицеховых тепловых сетях, составляющие до 10% от полезно потребленного тепла. Всё это вместе потянет на 20-30 рублей за каждую потребленную Гкал. Это значит, что перевод систем отопления и вентиляции предприятий на местные системы газового отопления сулит громадный резерв экономии затрат на теплоснабжение. Такой резерв снижения затрат, в 5-10 раз, не оставит равнодушным ни одного, хоть сколько-нибудь здравого хозяйственника. И реализация этого резерва, невозможная еще не так давно, сегодня вполне осуществима. Системы децентрализованного теплоснабжения с использованием природного газа или жидкого топлива непосредственно в зоне, требующей обогрева, сегодня достаточно широко представлены на рынке промышленного оборудования. И к ним в первую очередь нужно отнести системы газового инфракрасного отопления (СГИО) и газовые воздухонагреватели (ГВН).
К преимуществам этих систем, кроме разницы в тарифах на тепло и природный газ, описанных в предыдущем абзаце, следует добавить то, что подводка газовых сетей к установкам обогрева осуществляется одной трубой, а не двумя, как в случае парового или водяного отопления. Кроме того, газопровод не требует дорогой теплоизоляции, имеет на порядок меньшую металлоемкость и значительно больший срок службы. Да и эксплуатационные затраты на обслуживание газопроводов ниже, чем при обслуживании теплотрасс. И главное – он не размораживается. Как правило, современные системы газового отопления работают в автоматическом режиме, не требуя пристального внимания со стороны эксплуатационного персонала. После установки и наладки о них можно просто забыть на ближайшие 10 лет, ограничившись периодическими осмотрами. Это означает, что затраты на ремонт и обслуживание, составляющие 3-5% общих затрат на системы газового отопления и вентиляции, приведут к их общему снижению, т.к. в альтернативных системах воздушного отопления при централизованной разводке теплоносителя (теплофикационной воды или пара) эти затраты составляют 20-40% от общих затрат этих систем. А они, эти затраты, как мы помним, в 5-10 раз выше, чем при децентрализованном газовом отоплении. Следовательно, экономия затрат на ремонт и обслуживание составит, при внедрении газовых систем отопления, около 99,7%, а это особенно важно сегодня, когда практически все предприятия произвели резкие сокращения штатов энергетических служб. Работая в режиме автоматического управления и имея минимальную инерционность процесса управления, системы газового отопления способны с высокой точностью выдерживать заданный температурный режим в обслуживаемом помещении. Они легко, без участия персонала, переходят в режим дежурного отопления и в считанные минуты самостоятельно возвращаются из дежурного отопления в рабочий режим.
Так предприятие, работающее в одну смену пять дней в неделю, только за счет перевода системы в режим дежурного отопления во внерабочее время, выходные и праздничные дни, сэкономит за год до 44% газа. При двухсменной работе экономия будет меньше, но всё равно составит 31%. Если представить, что тот же эффект мы вознамеримся получить за счет утепления наружных ограждений производственных корпусов, то капитальные вложения, затраченные на это, в общем-то разумное мероприятие, значительно перекроют затраты на внедрение системы местного газового отопления в тех же корпусах. Всё выше сказанное относится только к общим преимуществам местных систем газового отопления. Наиболее часто применяемые из них, системы газового инфракрасного отопления (СГИО), кроме перечисленных выше, имеют свои, характерные тольк для них преимущества и особенности.
Главной отличительной особенностью СГИО является обогрев помещения с помощью потока лучистой энергии инфракрасного (теплового) спектра. Поток лучистой энергии, направляемый расположенными непосредственно над обогреваемой зоной лучистыми обогревателями, не нагревая окружающий воздух, падает на пол, установленное в обслуживаемой зоне оборудование и находящихся в этой зоне людей. В свою очередь, пол и оборудование, нагреваясь, конвекцией отдают это тепло окружающему их воздуху. Что же касается находящихся в обогреваемой зоне людей, то их комфортное состояние, соответствующее степени интенсивности труда, поддерживается не только за счет температуры окружающего воздуха, как при воздушном отоплении, но еще и падающей на них со стороны обогревателей, нагретого пола и оборудования лучистой энергией. Это принципиальное отличие систем ГИО от традиционных систем отопления. Оно позволяет достичь наиболее полного состояния комфорта для работающих.
Но, кроме того, эти отличия приводят к двум немаловажным следствиям, позволяющим достичь еще более внушительных результатов в экономии тепла системой ГИО. Еще в самом начале нашего описания мы установили, что системы воздушного отопления, более чем все другие, перегревают верхнюю часть помещения. В выше приведенном нами случае, при средней температуре в рабочей зоне 15°С, воздух под крышей 12-и метрового здания оказывается нагретым до 40°С. В том же самом здании, но оборудованной системой ГИО, при той же температуре в рабочей зоне, температура воздуха под кровлей составит 19°С. Всего 4°С прибавки на 12 метров высоты или 0,3°С на 1 метр. Эта разница температуры воздуха под крышей (21°С) приводит к снижению расчетных тепловых потерь через кровлю производственного помещения приблизительно на 35%. Добавьте к этому 22% снижения потерь через верхний пояс стен по периметру здания. И общее снижение расчетных тепловых потерь составит 30% по сравнению с потерями такого же здания, но оборудованного воздушной системой отопления. Это, в свою очередь, приведет к снижению на 45-46% годовых затрат тепла на систему отопления помещения. И это без учета снижения тепловых потерь с воздухом, удаляемым системами обще-обменной вентиляции. Ведь вытяжные устройства этих систем располагаются, как правило, именно на кровле производственных зданий.
Вторым следствием, вытекающим из специфической особенности СГИО, является то, что заданные комфортные условия пребывания человека в рабочей зоне достигаются при меньшей температуре окружающего воздуха. Объясняется это тем, что в отличие от традиционных систем отопления, где в энергетический баланс с телом человека вступает только окружающий его воздух, в системах лучистого отопления в состояние комфорта человека вносит свою лепту и падающий на его тело лучистый поток. Чем выше интенсивность этого потока, тем ниже комфортная температура окружающего воздуха. Эта особенность хорошо известна горнолыжникам, не упускающим случая подставить свое обнаженное тело солнечным лучам среди заснеженных горных вершин, не взирая на то, что столбик термометра при этом находится значительно ниже нулевой отметки. Но цех не горный курорт, поэтому для того, чтобы, передвигаясь из теневой зоны в зону лучистого потока, человек не почувствовал даже мимолетного ощущения холода, допускается снижение поддерживаемой в помещении температуры воздуха не более, чем на 4°С. Но и этого снижения температуры воздуха в помещении вполне достаточно, чтобы расчетные тепловые потери здания упали еще на 9-10%. А это влечет за собой годовую экономию тепла на обогрев здания еще на 19-20% сверх той, что указана выше.
Предлагаем уважаемому специалисту самостоятельно просуммировать выше названные цифры достигаемого эффекта снижения затрат на отопление Вашего предприятия будучи в полной уверенности, что полученные в результате расчетов цифры приведут Вас в состояние, определяемое фразой: – «Этого не может быть!» И, тем не менее – может! И двузначная цифра кратности снижения затрат на отопление (минимум в 10-12 раз) уже не удивляет тех, кто столкнулся с системами газового лучистого отопления на практике. Но даже такими впечатляющими цифрами и фактами снижение затрат на внедрение систем ГИО еще далеко не исчерпываются.
Вспомним о системе воздушного отопления, совмещенной с системой обще- обменной вентиляции. После внедрения СГИО эта система освобождается от громадных расходов рециркулируемого воздуха, обслуживавшего собственно систему отопления. Снижаются и температура приточного воздуха. Все это вместе взятое, позволяет, не меняя существующих воздуховодов, снизить в несколько раз скорость движения приточного воздуха в распределительных каналах. В свою очередь, пропорциональная квадрату скорости, потеря напора в воздуховодах, напрямую ведет к снижению затрат электроэнергии на привод вентиляторов как минимум в два-три раза. И это еще не все. Оставшиеся вентиляционные тепловые нагрузки, по величине не только не уступающие, но, зачастую и превосходящие отопительные, также могут быть переведены на газовые воздухонагреватели. И затраты на систему вентиляции повторят путь затрат на отопление, сократившись пропорционально действующим тарифам на тепло и природный газ в 5-10 раз. А эксплуатационному персоналу предприятия останется только вспоминать свой ударный труд по постоянному ремонту размороженных калориферных установок. Ведь газовые воздухонагреватели не боятся низких температур даже при полной остановке во внерабочее время, выходные и праздничные дни, когда необходимость в вентиляции отпадает, позволяя предприятию дополнительно экономить тепловую и электрическую энергию в совершенно нескромных размерах.
Завершая этот обзор преимуществ и особенностей внедрения систем газового инфракрасного отопления и газовых воздухоподогревателей нельзя обойти стороной и сложности, сопровождающие процесс замены устаревших систем теплоснабжения на современные. Прежде всего, к таковым следует отнести недостаточную информированность потенциальных потребителей об особенностях и преимуществах систем газового инфракрасного отопления и принципа децентрализации.
Вывод из всего выше написанного очевиден: Системы газового лучистого отопления, придя на смену отопления воздушного, способны самым основательным образом снизить энергетическую составляющую себестоимости продукции, выпускаемой Российскими предприятиями, увеличив ценовую конкурентоспособность отечественных товаров.
