Показатели эффективности лучистых систем отопления на объектах социальной сферы

Опыт эксплуатации системы лучистого отопления (СЛО) обладает высокой эффективностью, которая обеспечивается высокой энергетической, эксплуатационной, экономической эффективностью, рациональными капитальными затратами, а также высокими физиологическими свойствами и дизайнерским потенциалом.

Рассмотрим формирование показателей эффективности на примере учебных классов односменной школы.
Энергетическую эффективность данного объекта определяют суточный, недельный и годовой режимы работы школы, с одной стороны, и допустимые минимальный и максимальный уровни температуры воздуха с другой.
Суточный режим работы односменной школы: начало занятий – 8 час. 00 мин.; конец занятий – 14 час. 00 мин. Таким образом, учащиеся находятся в классе в течение 5 часов. Остальные 19 часов классы свободны от учащихся. Исходя из этого, задается температурный режим:
в присутствии учащихся + 20 ˚С;
в отсутствии учащихся + 12 ˚С.
Температура воздуха в классе в присутствии учащихся определяется санитарно-гигиеническими требованиями. Температура воздуха в отсутствии учащихся определяется минимальным уровнем температуры воздуха в классе, которой не наносит какого-либо ущерба дизайнерской отделке.
С учетом динамических свойств СЛО на рабочий день задается следующая суточная программа ее работы:
• включение системы на высокотемпературный режим в 7 час. 00 мин.;
• перевод системы в низкотемпературный режим в 13 час. 00 мин.;

Энергосберегающий эффект достигается этой системой в течение рабочего дня и имеет три составляющих (см. рис. 1):
1. пауза в потреблении электроэнергии, которая образуется в процессе охлаждения класса при переходе с высокотемпературного режима (+18 ˚С) к низкотемпературному режиму (+12 ˚С) с 13 до 6 часов следующих суток, всего 15 часов;
2. паузы в потреблении электроэнергии, которые образуются в режиме поддержания заданной температуры.
3. снижение температуры воздуха в сравнении с конвективным нагревом под влиянием физиологического воздействия мягкого инфракрасного излучения на человеческий организм.

Наибольший энергосберегающий эффект обеспечивает первая составляющая. Если теплофизические свойства здания соответствуют требованиям современных СНиП (нормальная теплоизоляция ограждающих конструкций), то при температуре воздуха на улице – 7 ˚С (средняя температура воздуха за отопительный сезон для Челябинской области) время охлаждения составит 35-40 часов. Это означает, что за 15 часов (период от начала перехода СЛО в низкотемпературный режим до начала перехода в высокотемпературный режим) расход электроэнергии на отопление при использовании СЛО будет равен нулю.

Вторая составляющая энергосберегающего эффекта формируется в режиме поддержания высокотемпературного режима за счет зоны нечувствительности регулятора (зоны возврата). Это разность между температурной установкой регулятора (температура отключения) и температурой включения регулятора на восстановление температуры: она составляет, как правило, 2˚С. Таким образом, поддержание температуры осуществляется включением СЛО для доведения температуры воздуха в классе до максимального заданного значения и отключением, при котором температура воздуха должна уменьшится на 2˚С. При нормальных условиях в течение часа время включенного состояния СЛО составляет около 10 мин., а время выключенного состояния - около 50 мин. (время включенного состояния составляет 15-16%). При установленной мощности СЛО из расчета 100 Вт/м2 средняя часовая мощность составит лишь 15-16 Вт/м2.

Третья составляющая энергосберегающего эффекта обеспечивается тем, что состояние теплового комфорта при воздействии на человека излучением наступает на 2-3˚С ранее, чем при конвективном отоплении. Это позволяет устанавливать задание регулятора, датчик которого измеряет температуру воздуха, на меньшее значение максимальной температуры соответственно на 2-3 ˚С. Например, вместо + 20 ˚С, необходимых для учебных классов по санитарно-гигиеническим нормам, + 18˚С.

Режим нормальной рабочей недели (без праздников) предусматривает один выходной день, в который программой регулятора задается низкотемпературный режим (+ 7 ˚С). В течение значительной части выходного дня продолжается дальнейший переход классов в низкотемпературный режим.
Годовой режим работы школы предполагает каникулы. В большую часть каникулярных дней ЛС создает низкотемпературный режим, чем существенно снижает теплопотери через ограждения здания, а, следовательно, потребление энергии из сети.

Таким образом, энергетическая эффективность связана со снижением потребления электроэнергии в сравнении с другими электроотопительными средствами (панели, электрокотлы) в 4-6 раз.
СЛО обладает высокими физиологическими свойствами. Низкотемпературные пленочные электронагреватели имеют максимальную температуру на поверхности + (40-45) ˚С, что обеспечивает излучение инфракрасного теплового потока мягкого длинноволнового спектра. Эти лучи не греют воздух, оставляя его влажность естественной. Они греют предметы, пол, потолок. При этом на порядок снижается скорость движения конвективных потоков. Попадая на тело человека эти лучи активизируют периферийную кровеносную систему человека, что является причиной наступления ощущения теплового комфорта на 2-3 ˚С раньше, чем при конвективном обогреве.
Лучи, испускаемые нагревателями, являются наиболее полезной частью солнечного спектра. Они компенсируют «солнечный голод», который возникает в осенне-зимний период в Урало-Сибирском регионе.Подтверждением положительных физических свойств (газета «Известия», 27 ноября 2004 года) является информация о том, что подобные устройства используются английскими врачами для лечения герпеса, удаление морщинок на лице и в других косметических целях.

Высокие эксплуатационные свойства СЛО определяются сроком службы – 50 лет более. Практически не требуются затраты на обслуживание.Простота технологии монтажа обеспечивается отсутствием металлоемких конструкций.
Высокий дизайнерский потенциал обеспечивается тем, что расположенные на потолке лучистые теплогенераторы могут быть закрыты любыми элементами потолочного дизайна. Наличие системы отопления «выдают» только расположенные на стенах программируемые регуляторы.

Инновационный процесс как в РФ, так и за рубежом в основном связан с расширением использования природного газа, установкой автономных котельных, использованием лучистых газовых систем. Использование электроэнергии ограничивается ее дороговизной, что объективно проявляется, если электроэнергия используется как топливо (электрокотлы, электрорадиаторы, электропанели).

Инновационность (новизну) рассматриваемого процесса определяют следующие составляющие:
1. Использование лучистого пленочного электронагревателя, преобразующего электроэнергию в поток мягкого инфракрасного излучения, который обладает благоприятными для человека физиологическими свойствами.
2. Применение регулятора, обеспечивающего высокотемпературный режим (20С или другую требуемую температуру) только во время нахождения людей в помещении.
3. Использование теплофизических свойств здания соответствующих современным СНиП, которые позволяют формировать паузы в потреблении электроэнергии.
По существу, это отопление нового уровня. Одним из главных преимуществ СЛО является практическое отсутствие эксплуатационных затрат и большой срок службы – до 50 лет.