Системы отопления производственных помещений

Введение

В России промышленная индустрия представлена большим количеством отраслей, таких как:

• Машиностроение;
• Металлургия;
• Химическая промышленность;
• Добыча и переработка углеводородов;
• Аграрный сектор.

Эти отрасли включают большие комплексы производственных предприятий.

В свою очередь предприятие состоит из нескольких взаимосвязанных зданий и сооружений.

Рис. 1. Усольский калийный комбинат АО «ЕвроХим»

Практически каждое здание нуждается в отоплении во время холодного периода года.

Отопление комплекса промышленных зданий и сооружений – сложная задача.

Чтобы оценить каким способом отапливать здания, необходимо разработать технико-экономическое обоснование (ТЭО) различных технических решений с учетом нормативной документации.

Например, если построить одну общую котельную на территории завода, то в каждое здание теплоноситель будет поступать по трубопроводам. Но тогда появятся затраты на строительство тепловых сетей, и оборудование в котельной будет значительной мощности. Напротив, если организовать автономное отопление отдельно для каждого здания, тогда не будет затрат на магистральные тепловые сети, но появится большое количество котельных. Какой вариант будет дешевле вряд ли возможно оценить «навскидку» – нужно учитывать все экономические и технические аспекты в каждом конкретном случае. Кроме того, необходимо знать какое топливо для котлов возможно использовать. В любом случае, проектирование котельных и систем отопления необходимо вести в строгом соответствии с нормативной документацией.

В данной статье рассмотрим виды систем отопления, которые применяются в производственных цехах.

Какой вид отопления производственного цеха выбрать

Температура внутреннего воздуха и способы организации системы отопления в производственном цехе будет зависеть от следующих моментов:

1. Наличие постоянных рабочих мест.

Постоянное рабочее место – это место, на котором рабочий находится большую часть своего времени (более 50 % или более 2 часов непрерывно). Подобное определение регламентируется ГОСТом 12.1.005-88.

Если рабочие места отсутствуют, то нет необходимости отапливать цех до 18-20 °С, как правило, можно предусмотреть «дежурное отопление» на 5°С.

2. Технологические требования к производственному процессу, либо продукту.

Например, если в цехе происходят процессы с большим выделением тепла, обязательно нужно учесть этот фактор в расчете мощности системы отопления. Иначе может произойти ситуация, когда расчет выполнен на внутреннюю температуру воздуха +20°С, а по факту в цехе температура воздуха составит 40°С и более.

3. Габаритные размеры цеха.

Часто производственные здания имеют большую высоту, и, как правило, нет необходимости отапливать весь объем цеха.

Отопление помещений принято классифицировать по способу передачи тепла на две группы:

• Конвективное;
• Лучистое.

При конвективном отоплении происходит нагрев внутреннего воздуха помещения, а затем воздух нагревает предметы внутри помещения. Передают тепло воздуху регистры, отопительно-вентиляционные агрегаты, тепловые пушки, тепловые завесы.

Рис. 2. Принцип работы конвективного отопления

При лучистом отоплении в первую очередь нагреваются предметы, а уже от них воздух.

Рис. 3. Принцип работы лучистого отопления

Источником для всех видов отопления служит различное топливо:

• Газ;
• Электричество;
• Дизельное топливо.

Водяное отопление

В производственных цехах также, как и других зданиях, применяются системы отопления, теплоносителем в которых является вода. Но в качестве отопительных приборов используются не радиаторы, а регистры из гладких труб. Как правило, регистры изготавливаются из труб стальных электросварных по ГОСТ 10704-91. Но в случае, когда внутренняя среда помещения относится к агрессивной, то регистры и трубы необходимо применять из нержавеющей стали. Данный вид системы отопления относится к конвективному.

Рис. 4. Отопление цеха регистрами

Очистить поверхность регистра от пыли, масла и прочих производственных веществ гораздо легче, чем поверхность радиатора. Кроме того, в цехе существует возможность повреждения отопительного прибора, но если установлены регистры, то на предприятии всегда есть сварщик, который без труда сможет заварить участок поврежденного регистра.

Плюсы использования регистров:

1. Легкость изготовления и монтажа.
2. Невысокая стоимость.
3. Малочувствительны к перепадам давления.
4. Выдерживают давление до 1 МПа.

Данный вид отопления подойдет для цехов в следующих случаях:

• Свободна зона наружных ограждений, где обычно устанавливают отопительные приборы;
• На предприятии есть котельная, где подготавливается теплоноситель.

Воздушное отопление

Воздушным отоплением называют системы с применением горячего воздуха. Такие системы также относятся к конвективному отоплению.

Различают местные и центральные системы воздушного отопления.

Местные системы воздушного отопления

Такие системы представлены различными отопительно-вентиляционными агрегатами, тепловыми пушками, воздушными завесами.

Рис. 5. Отопление цеха отопительно-вентиляционными агрегатами

Принцип работы отопительно-вентиляционных агрегатов

Рис. 6. Работа отопительно-вентиляционного агрегата

Внутренний воздух из цеха поступает в агрегат с помощью вентилятора, далее нагревается в калорифере (теплообменнике), затем снова подается в пространство цеха. Таким образом, данные агрегаты работают по принципу рециркуляции. Калориферы, как правило, водяные.

Плюсы применения отопительно-вентиляционных агрегатов:

1. Освобождается полезная площадь для размещения технологического оборудования, агрегаты могут монтироваться под потолком, либо в верхней зоне помещения.
2. Тепло распределяется равномерно по помещению.
3. Поток теплого воздуха можно направить в нужную точку цеха, жалюзи меняют свое направление.

Недостатки применения отопительно-вентиляционных агрегатов:

1. Необходим теплоноситель для нагрева воздуха в калорифере.
2. Для монтажа необходим грамотный персонал, так как смонтировать систему нужно в строгом соответствии с рекомендациями производителей, предусмотреть установку воздушников, спускников в нужных местах системы, иначе данная система отопления просто не будет работать.

Тепловые пушки

Тепловые пушки также работают по принципу рециркуляции воздуха. Нагревательным элементом в данном случае служат ТЭНы. Также на рынке представлены тепловые пушки работающие на дизельном топливе или газе.

Рис. 7. Тепловентилятор электрический

Плюсы применения тепловых пушек:

1. Не требуют монтажа и легко перемещаются по цеху.
2. Быстрый прогрев внутреннего воздуха до требуемой температуры.

Недостатки применения тепловых пушек:

1. Полезная площадь помещения уменьшается, так как необходимо пространство для установки тепловых пушек.
2. Потребляются дорогие виды топлива (электроэнергия, дизель).
3. Необходим постоянный контроль персонала, так как работу таких агрегатов невозможно автоматизировать.
4. Есть риск перегрева данного агрегата и, как следствие, возникновение пожара.
5. В случае использования дизельных тепловых пушек возможно попадание в воздух помещения продуктов горения, как следствие отравление персонала.

Центральная система воздушного отопления

Данная система отопления применяется в цехе, где предусматривается приточная вентиляция.

Рис. 8. Сеть воздуховодов в помещении цеха

Различают три режима воздушного отопления:

• Полная рециркуляция, когда весь отработанный воздух снова поступает в помещение, предварительно нагреваясь в калорифере;
• Частичная рециркуляция, когда смешиваются часть отработанного воздуха и наружного, далее воздушная смесь проходит через калорифер и, нагреваясь до нужной температуры, поступает в цех;
• Прямоточная схема, когда в цех подается полностью наружный воздух, нагретый до нужной температуры.

Плюсы применения центрального воздушного отопления:

1. Отсутствуют отопительные приборы, следовательно увеличивается полезная площадь помещения.
2. Более комфортна для восприятия человеком.
3. Гибкая в регулировании, способна быстро менять количество теплоты, подаваемой в помещение.

Минусы применения центрального воздушного отопления:

1. Применение рециркуляции строго регламентируется СП 60.13330.2016, повсеместно применять рециркуляцию нельзя. А в режиме прямотока данная система будет весьма дорогостоящей, так как увеличивается мощность приточной установки.
2. Если нет необходимости в принудительной вентиляции производственного помещения или склада, то применение центральной системы воздушного отопления не имеет смысла, в связи с высокими затратами на монтаж сети воздуховодов и оборудования.
3. Пожар, возникший в одном из помещений, может очень быстро распространиться в смежные помещения по сети воздуховодов. Поэтому применение данного вида отопления имеет жесткие ограничения по противопожарным нормам.

Газовое отопление

На самом деле, не существует такой классификации систем отопления как «газовое». С профессиональной точки зрения правильно говорить о газе, как источнике тепла для котельных. В котельных подготавливается теплоноситель для стандартного водяного отопления (радиаторами, регистрами), либо для воздушного отопления (отопительно-вентиляционные агрегаты, воздушно-тепловые завесы).

Кроме того, на рынке существуют тепловые пушки, работающие на газе и газовые инфракрасные обогреватели.

Электрическое отопление

Аналогично газовому, нет смысла выделять отдельно «электрическое отопление», поскольку электричество является источником тепла для котлов, на электричестве работают тепловые пушки, конвекторы и завесы, а также инфракрасные обогреватели.

То есть, электричество – это источник, на котором работают системы отопления.

Инфракрасное отопление

Данный вид отопления относится к лучистому.

Обогрев цеха происходит с помощью лучистого теплообмена между инфракрасными обогревателями и ограждениями, предметами.

Нагретые инфракрасные обогреватели излучают тепло, которое попадает на поверхность предметов, либо ограждений. Часть тепла поглощается поверхностями ограждений и предметов, а часть отражается. При этом появляется вторичное излучение, и это излучение снова поглощается предметами и ограждениями.

Лучистый теплообмен обеспечивает более высокую температуру внутренних поверхностей ограждений по сравнению с конвективным отоплением, а значит, комфорт для человека может быть достигнут при меньшей температуре внутреннего воздуха.

Рис. 9. Отопление цеха инфракрасными обогревателями

Инфракрасное отопление представлено множеством вариантов приборов. По типу установки различают:

• Потолочные;
• Напольные;
• Настенные.

По типу излучаемых волн классифицируют:

• Коротковолновые (длина волны составляет 0.74 — 2.5 мкм);
• Средневолновые (длина волны составляет 2,5 — 50 мкм);
• Длинноволновые (длина волны составляет 50 — 200 мкм).

Инфракрасные обогреватели могут работать как на электричестве, так и на газовом топливе.

Плюсы применения инфракрасных обогревателей:

1. Высокий КПД.
2. Температура воздуха в рабочей зоне достигает требуемых параметров при более низкой температуре окружающего воздуха.
3. Бесшумная работа.
4. Не создают конвекционных потоков, а значит, не поднимают пыль.
5. Экономичное потребление энергии.
6. Увеличение полезной площади помещения, так как размещаются обогреватели в верхней зоне помещения.

Минусы применения инфракрасных обогревателей:

1. Наличие открытого очага пламени, в связи с этим ограниченное применение в пожаро-взрывоопасных цехах.
2. Сжигается кислород в процессе горения и выделяются продукты горения газа, что ухудшает качество воздуха в помещении.
3. Повышенное электропотребление (для электрических инфракрасных обогревателей).
4. Возможно ухудшение самочувствия персонала, находящегося под прямым излучением.

Требования нормативно-технической документации

При выборе систем отопления цеха необходимо учитывать требования СП60.13330.2016, а также ГОСТ 12.1.005-88.

Согласно ГОСТ 12.1.005-88, необходимо обеспечить нужные параметры микроклимата в рабочей зоне в зависимости от категории работ.

В случае применения инфракрасных обогревателей необходимо руководствоваться пунктом 1.8 ГОСТ 12.1.005-88, который регламентирует интенсивность теплового облучения рабочего персонала.

Также данным нормативным документом регламентируется предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе – раздел 3 ГОСТ 12.1.005-88.

Эта информация очень важна в случае применения газовых, дизельных обогревателей, так как при сгорании этого вида топлива в воздух выделяются вредные продукты горения.

Таблица Д.1 СП60.13330.2016 регламентирует применение видов систем отопления в различных зданиях и сооружениях.

Согласно СП60.13330.2016, применение инфракрасных обогревателей имеет жесткие рамки. Необходимо внимательно ознакомиться с пунктами 6.2.9 и 6.2.10.

Газовые и электрические инфракрасные излучатели не допускается размещать:

• Во взрывоопасных помещениях и зонах;
• В подвальных и цокольных этажах;
• В зданиях, которые относятся к V степени огнестойкости;
• В зданиях любой степени огнестойкости, классов конструктивной пожарной опасности C1, С2 и С3

Согласно п.6.4.1, в помещениях, где возможно выделение пыли горючих материалов, необходимо применение отопительных приборов, имеющих гладкую поверхность.

Согласно п.6.4.14, при применении электрических отопительных приборов необходимо, чтобы уровень защиты от поражения током был класса 0.

Система индивидуального отопления возможна только для производственных зданий высотой до трех этажей без учета цокольного этажа.

Стоит отметить, что для каждого производства имеются свои нормативные требования, связанные со спецификой технологии конкретного предприятия. В данной статье они не рассматриваются.

Затраты на устройство и эксплуатацию систем отопления

В сравнительной таблице ниже можно увидеть основные затраты на ту или иную систему.

Выводы

Отопление производственных цехов – задача, которая требует комплексного подхода на всех этапах. Еще до начала проектирования заказчик совместно с проектной организацией должен оценить нормативные требования, взвесить все «за и против», просчитать экономические аспекты.

Нет хорошей или плохой системы отопления, есть нормативные требования к помещениям, и технико-экономическое обоснование. Только при грамотном подходе удастся запроектировать и смонтировать безопасную (для работников предприятия) и экономичную (с точки зрения финансовых вложений) систему отопления.