Системы отопления складских помещений большого объема

Илья Войлоков, канд. техн. наук

В настоящее время проектировщики реализуют большое количество способов промышленного отопления предприятий, цехов, складов и прочих объектов с большим объемом воздуха и высокими потолками.

К наиболее распространенным способам отопления производственных объектов относятся:

общая вентиляционно-отопительная система;
инфракрасные газовые или электрические излучатели;
инфракрасные потолочные водяные панели;
отопление мобильными тепловыми пушками – газовыми, электрическими и т.п.;
конвекционная система обогрева (радиаторы или стальные регистры);
система воздушного отопления с помощью стационарных газовых воздухонагревателей;
система теплых полов;
воздушное отопление водяными тепловентиляторами или приборами воздушного отопления.

Общая вентиляционно-отопительная система

Это – классическая система воздушного отопления. Воздух из помещения забирается и по системе воздуховодов поступает в камеру, где происходит смешивание его со свежим воздухом с улицы. Затем весь воздух подается на водяной или электрический калорифер-подогреватель, где происходит его нагрев до необходимой температуры. После этого уже прогретый воздух по системе воздуховодов снова возвращается в помещение.

Преимущества: сочетание в одной системе и отопления, и вентиляции; система в целом работает эффективно, так как теплый воздух попадает из воздуховодов именно в зону комфорта; пожаробезопасность – высокотемпературные элементы системы вынесены за пределы рабочей зоны.

Недостатки: дороговизна реализации, экономически целесообразно ее применение только там, где необходимо наличие механической вентиляции; сложность монтажа наладки и обслуживания; система занимает много места; сложность в управлении, так как найти разумный баланс объема подаваемого воздуха и необходимой мощности для отопления достаточно сложно.

Системы инфракрасного обогрева (система на инфракрасных излучателях)

Основу инфракрасной системы обогрева составляют инфракрасные нагреватели. Принцип их работы основан на том, что энергия сжигаемого газа или электричества преобразуется в энергию теплового излучения.

Преимущества: возможность адресно направлять тепло в нужную зону и прогревать в большом объеме отдельные локальные зоны.

Недостатки: при необходимости прогревать весь объем воздуха в помещении эффективность аппаратов сильно снижается; нагретые до высоких температур излучающие поверхности находятся непосредственно в отапливаемом помещении, что может привести к пожару; излучатели, работающие на природном газе, требуют сложной и разветвленной системы газоснабжения, что сильно удорожает весь проект; излучатели, работающие на газе, выжигают кислород из помещения, что приводит к необходимости проветривания; излучатели, работающие на электричестве, потребляют много электроэнергии, что неэкономично; возможно ухудшение самочувствия персонала, находящегося под прямым излучением.

Излучатели эффективны только тогда, когда в большом объемном помещении нужно точечно прогреть несколько локальных рабочих зон, эффективность их применения для прогрева всего объема помещения в целом крайне невысока.

Инфракрасные потолочные водяные панели

Одним из самых популярных способов локального отопления и охлаждения в помещениях крупных и средних предприятий являются инфракрасные потолочные водяные панели. Способ получения инфракрасного излучения в них ясен из названия: по трубам, заключенным в алюминиевую оболочку (отражатель), циркулирует жидкость, разогреваемая или охлаждаемая до температуры, обеспечивающей достаточный уровень излучения. Причем для отопления и охлаждения могут быть использованы разные типы жидкостей с соответствующими физическими характеристиками.

Преимущества: высокая производительность, а также безопасность для жизнедеятельности человека и окружающей среды; нагрев воды производится централизованно, при этом тепло распространяется благодаря активной циркуляции специальной жидкости по трубам; тепловой поток можно регулировать, обогреватели работают бесшумно, потребление энергии минимально; безопасны для здоровья и экологичны, легко монтируются и демонтируются; обладают системой прямого и дистанционного управления, выключающей отопление при появлении в системе нарушения циклического движения жидкости или другой неисправности.

Недостатки: в случае использования магистрального природного газа отопление потребует сложной и разветвленной системы газоснабжения, что крайне недешево и в монтаже, и в проектировании.

Особенностью любого инфракрасного отопления и, в частности, инфракрасных потолочных водяных панелей является то, что нагревается только определенная область в помещении, на которую направлено излучение. В остальном пространстве температура может быть даже минусовая. Таким образом, инфракрасные потолочные водяные панели с успехом используются не только на промышленных предприятиях и складах, но и для обогрева открытых веранд на зимних горнолыжных курортах, в ледовых дворцах и других местах, где необходимо обеспечить соответствующие условия для комфортной работы людей.

Отопление мобильными тепловентиляторами или тепловыми пушками

Принцип действия тепловых пушек прост: воздух из помещения нагнетается вентилятором на нагревательный элемент и уже теплый поступает в помещение. В качестве нагревательного элемента используется либо электрический ТЭН, либо дизельная горелка, либо горелка на сжиженном или природном газе. Иногда используются пушки прямого нагрева, при этом вместе с нагретым воздухом в помещение попадают продукты сгорания топлива.

Преимущества: мобильность – пушки относительно легко перемещаются и не требуют монтажа; относительно невысокая цена оборудования; высокая эффективность нагрева.

Недостатки: используются самые дорогие виды энергоносителей: электричество, дизтопливо, сжиженный газ; присутствие в воздухе помещения токсичных продуктов сгорания может привести к отравлению персонала; нагретый до излишне высоких температур исходящий поток воздуха может привести к пожару; расположение воздухонагревателей внизу может привести к их случайному повреждению в ходе хозяйственной деятельности; занимают значительную часть полезной площади помещения; управление системой трудно автоматизировать, что требует постоянного контроля со стороны персонала.

Таким образом, применение мобильных воздухонагревателей оправдано только в случаях, когда требуется не постоянное или временное отопление. Применение пушек для постоянного отопления ведет к чрезмерным затратам на топливо и снижению пожарной безопасности помещений.

Конвекционная система отопления (регистры, радиаторы или конвекторы)

Отопительными приборами в такой системе служат радиаторы, конвекторы или регистры из гладких стальных труб.

Преимущества: возможность создания электронезависимой системы обогрева; относительно низкая цена оборудования и материалов.

Недостатки: крайне низкая эффективность системы за счет того, что теплый воздух от регистров сразу же поднимается вверх, а не вниз, и уходит из рабочей зоны; отопительное оборудование занимает много места на поверхностях стен и пола, таким образом, полезная площадь помещения уменьшается и используется нерационально; высокая инерционность системы (большой объем нагретой воды в трубах); расположение отопительных приборов внизу может привести к их случайному повреждению в ходе хозяйственной деятельности; при плохо проведенных пуско-наладочных работах система плохо регулируется; крайне низкая эстетичность системы из регистров, не соответствующая современным требованиям; возможности травм и ожогов при непосредственном контакте с поверхностью регистра.

Учитывая все приведенные факты, можно сделать вывод, что радиаторы или регистры целесообразно применять только для отопления невысоких помещений (с потолками высотой до 3 м). В другом случае эксплуатационные расходы будут значительными.

Система воздушного отопления с помощью стационарных газовых воздухонагревателей

Воздушное отопление с использованием газовых воздухонагревателей осуществляется посредством воздуха (рециркуляционного и/ или приточного). Он при помощи вентилятора подается внутрь агрегата, после чего нагревается и подается в помещение или напрямую, или через систему воздуховодов, проходя вокруг камеры сгорания и через теплообменник, а продукты сгорания выводятся через дымоход.

Преимущества: возможность использовать относительно недорогой природный газ; система воздуховодов позволяет обеспечить наиболее качественное перемешивание воздуха с целью снижения градиента температуры и доставлять его в нужную зону; система отопления, вентиляции и кондиционирования на основе газовых воздухонагревателей непрямого нагрева также может быть децентрализованной (от котельной); возможность объединения отопления, вентиляции и кондиционирования в одной системе, за счет чего можно добиться малой металлоемкости; большая эффективность и экономичность за счет отсутствия промежуточного теплоносителя – воды, что исключает возможности «разморозки» и протечки; малая инерционность системы (нагрев воздуха происходит за 20–40 мин.) и, как следствие, быстрое изменение температуры в течение суток; возможность размещения внутри отапливаемого объема без подготовки отдельного помещения (котельной); не сжигает кислород в помещении; в отапливаемых помещениях отсутствует какое-либо навесное оборудование; нет вредных и токсичных выбросов в помещениях; нет трубопроводов с теплоносителем и дополнительных кабельных систем.

Система «теплый пол»

Такой тип системы промышленного обогрева применяется крайне редко и практически не имеет преимуществ при использовании в помещениях большого объема. Недостатков же у больших поверхностей «теплого пола» масса, начиная от сложностей проектирования и заканчивая дороговизной материала, сложностью монтажа и высокой инерционностью системы.

Воздушное отопление на воздушно отопительных приборах

Приборы воздушного отопления также именуют водяными тепловентиляторами, отопительными вулканами (от названия компании-производителя Volcano), а также водяными калориферами с вентиляторами.

Принцип действия крайне прост: вентилятор прокачивает воздух через водяной теплообменник-радиатор. Через этот же теплообменник протекает горячий теплоноситель от системы водяного отопления. Их, как правило, вешают на стену на высоте 4–6 м от пола. Воздушный поток на выходе прогрет и обладает достаточной скоростью, чтобы не уходить к потолку, а направиться вниз, в зону комфорта. Таким образом, воздух отдает большую часть тепла не потолку, а нижней части помещения.

Достоинства	Недостатки
Система очень эффективна, за счет того, что самый теплый воздух всегда внизу в зоне комфорта	Есть необходимость в котельной или теплосетях
Малое электропотребление.	Электрозависимость, но это присуше всем системам
Относительно низкая стоимость оборудования	Импортные системы дороги из-за курса валюты
Малые эксплуатационные расходы за счет возможности использовать в котельной относительно дешевый природный газ	При работе котельной на жидком (дизельном) топливе стоимость эксплуатации растет
Надежная конструкция	Российские аналоги ненадежны
Простой и быстрый монтаж, возможность собрать систему воздушного отопления своими руками	Риск некомпетентной сборки велик, большой объем трубопроводов
Малая инерционность системы, что позволяет очень точно дозировать тепло, не перегревая помещение	Есть риск не прогрева помещения при неправильной расстановке оборудования
Расположение аппаратов наверху, т.е. вне рабочей зоны пола увеличивает полезную площадь помещения и снижает риск повреждения прибора при хозяйственной деятельности	Большое количество трубопроводов, дополнительное согласование разделов по ИС
Систему очень просто и не дорого автоматизировать, чтобы в помещении поддерживалась заданная температура воздуха	Повышенный шум от тепловентиляторов
Простота расчета системы промышленного отопления и ее проектирования	Большее количествово оборудования и сети теплоснабжения требуют дополнительного обслуживания
Малые размеры и вес оборудования
Современный и вместе с тем не броский дизайн агрегатов позволяет применять их в торговых залах и других местах большого скопления людей.
Не сжигает кислород в помещении
Отсутствуют вредные и токсичные выбросы в помещении

Выводы

На практике система воздушного отопления с помощью стационарных газовых воздухонагревателей (ГВО) наиболее эффективна. Система воздуховодов позволяет обеспечить наиболее качественное перемешивание воздуха с целью снижения градиента температуры. Например, на объектах, где применяется местное воздушное отопление (отопительно-вентиляционные агрегаты (АВО, «Вулканы» и т.п.) или гладкотрубные регистры) с учетом высоты потолков до 15 м разница температуры в рабочей зоне на высоте 2 м и под потолком может составлять 10–13 °С.

Результаты замера на складских объектах при использовании системы ГВО зимой 2018 г. (Т_нар = –15 °С) показали, что температура в нижних и верхних точках помещений была от +20–22 °С до +20–25 °С. При этом качественное перемешивание воздуха достигается при условии соблюдения расчетной кратности воздухообмена к = 0,7–1.

С целью экономии энергоресурсов на вентиляционных машинах можно применять дополнительно рециркуляцию со смешением (75% свежего воздуха и 25% рециркуляционного) и утилизацию тепла. Т.е. 75% свежего воздуха (Т_нар = –24 °С) сначала смешивается с вытяжным (температура точки смеси –2,6 °С), догревается теплом вытяжного воздуха до +10 °С в утилизаторе и далее до +26 °С нагревается в газовом калорифере непрямого нагрева. Необходимая мощность для компенсации теплопотерь через ограждающие конструкции подается в расчетном объеме воздуха с ΔТ = 10 °С (26–16 °С). Для обеспечения расчетного объема (31 000 м³/ч · 2 шт.) требуется два приточно-вентиляторных устройства с мощностью электромоторов (18,5·2)·2 = 74 кВт.

Сегодня строительные нормы (СНиП и СП текущие) для складских помещений четко рекомендуют как приоритетные только два вида систем отопления – воздушное или лучистое (инфракрасное). Конвективное отопление (радиаторами, «теплый пол») для подобных объектов – это уже анахронизм. Хотя бывает, что их еще используют.

Инфракрасные потолочные водяные панели – довольно эффективное (со своими особенностями) решение, пока не так распространенное в РФ, но уже не новинка в профессиональной среде.

Система ГВО – это правильный и экономичный вариант для заказчика строящихся складских и торговых комплексов. Практика реализации убедительно доказала их экономичность и удобство эксплуатации.

В Европе при воздушном отоплении высоких/объемных (складских) помещений применяют, как правило, два варианта построения системы воздухораспределения, размещая внутри склада потолочные вентиляторы (дестратификаторы) и используя текстильные воздуховоды со специальными отверстиями, которые создают воздушные струи с эффектом индукции.

Нам, несомненно, следует равняться на европейский опыт, так как запас наших энергоносителей не бесконечен. И, как показывает практика, правильно выбранная и построенная система отопления способна не только сэкономить денежные средства заказчика, но является и залогом долгой эксплуатации здания в целом.