Обзор промышленных систем отопления: котлы, радиаторы, насосы, ИК обогреватели

Вопрос организации отопления промышленных объектов решается еще на стадии их проектирования. При этом учитываются все возможные факторы влияния – как внешние, так и внутренние. Они определяют выбор оптимальной схемы с учетом минимизации затрат и положительного влияния на процесс производства. Из каких элементов состоят промышленные системы отопления: котлы, радиаторы, насосы или другого дополнительного оборудования?

Требования к организации промышленного отопления

Общее и зональное отопление

При создании системы поддержания требуемого температурного режима в производственных помещениях в обязательном порядке соблюдаются текущие нормы. Большая часть из них описана в СП 2.2.1.1312-03. Согласно этому документу выбирают промышленные батареи отопления, котлы и другие элементы системы.

На первом этапе необходимо определить тип отопительной системы. В настоящее время различают 2 вида – зональное и общее. Первое предназначено для точечного поддержания температурного режима. Чаще всего это инфракрасные промышленные системы отопления. Они характеризуются экономной работой и возможностью оперативного регулирования степени нагрева.

Блок инфракрасного отопления

Если же необходимо поддерживать уровень температуры по всему объему помещения, то лучшим вариантом будет установка контура труб. Это может быть газовое промышленное отопление, электрическое или с котлами, работающими на твердом топливе. Помимо этого при выборе определенной схемы учитываются следующие факторы:

• Особенности производственного процесса. В частности – оптимальный уровень температуры и возможность ее быстрого регулирования,
• Тепловые потери здания. Не всегда есть возможность сделать эффективное утепление. В таком случае лучше всего установить зональное промышленное воздушное отопление,
• Стоимость энергоносителя. В большей мере это относится к запланированным производственным затратам, что в итоге отразится на себестоимости продукции,
• Стоимость оборудования, комплектующих и трудозатраты по их установке. По этому параметру наиболее эффективными являются инфракрасное и воздушное отопление промышленных помещений.

Для определения оптимального варианта необходимо выполнить массу расчетов. Но есть уже известные «плюсы» и «минусы», характерные для определенных систем.

В СП 2.2.1.1312-03 не даются рекомендации по выбору конкретной отопительной системы. В этом нормативном документе описываются обязательные требования к температурному режиму работы отопления и вентиляции.

Промышленные элементы водяного отопления

Распределительный узел водяного отопления промышленного здания

Эта системы будет лучшим вариантом, если необходимо поддерживать комфортный уровень температуры по всей или значительной площади производственного помещения. Она аналогична схеме автономного отопления за исключением некоторых нюансов. Главным из них является большая протяженность транспортной магистрали для теплоносителя и промышленные газовые котлы отопления или их аналоги, работающие на другом виде топлива.

Существует два типа водяного отопления промышленного здания – автономное и подключение к тепловой магистрали. Для последнего обязательно организовывается элеваторный узел, который уменьшает показания температуры теплоносителя и его давления до нормы.

Для автономной системы применяются промышленные котлы отопления. Они отличаются не только мощностью, но и видом используемого энергоносителя. Также особое внимание при проектировании уделяется радиаторам. Специфика состоит в том, что для производственных помещений с малой (до 200 м²) и средней (до 500 м²) площадью при высоте потолков до 3 м, необходимо обеспечить максимальную тепловую передачу. Для этого промышленные конвекторы водяного отопления должны иметь большую площадь.

Чем можно заменить дорогие промышленные радиаторы отопления? Оптимальный вариант – изготовление регистров. Они представляют собой трубы диаметром от 50 мм и более, соединенные между собой перемычками для циркуляции воды.

Регистры отопления для промышленных зданий

Эксплуатационные особенности этих элементов заключаются в следующем:

• Увеличение концентрации теплоносителя на определенном участке системы, что приводит к возрастанию тепловой отдачи,
• Возможность самостоятельного изготовления,
• Повышение гидродинамической нагрузки, что компенсируется установкой насосного оборудования большей мощности.

Определяющим отличием регистров от промышленных конвекторов водяного отопления является отсутствие теплообменных пластин. Они предназначены для лучшей передачи тепловой энергии от поверхности трубы радиатора в помещение. Сделать их самостоятельно, без применения специального оборудования, весьма проблематично. Именно поэтому промышленные электрические котлы отопления комплектуются подобными элементами.

Заводские радиаторы отопления для промышленных зданий с теплообменными пластинами обладают большей теплоотдачей. Но при этом их стоимость существенно выше, чем у регистров отопления.

Промышленные газовые котлы отопления

Газовая горелка для промышленного котла отопления

Одним из отличий промышленных моделей газовых котлов является тип горелки. Конструктивно она представляет собой матрицу, состоящую из нескольких источников тепловой энергии.

Таким образом радиаторы отопления для промышленных помещений получают горячий теплоноситель с максимально возможной температурой. В связи с этим камера сгорания в промышленных газовых котлах отопления значительно больше, чем у бытовых. Это дает возможность увеличить номинальную мощность оборудования.

Принципиальным отличием в выборе оборудования является тип используемого газа:

• На природном газе. Для этого необходимо подключиться к центральной магистрали. Оборудование выбирается с учетом ее характеристик – количества поступающего газа, его давления,
• На сжиженном газе. Актуально для создания полностью автономных систем отопления промышленных объектов. В качестве места хранения используют специальные емкости – газгольдеры. Несмотря на повышенные первоначальные затраты, отопление на сжиженном газе имеет явные финансовые преимущества перед аналогичным электрическим или на твердом топливе.

Промышленный газовый котел

Для всех типов газового оборудования можно использовать промышленные отопительные батареи. Важно, чтобы они соответствовали выбранному температурному режиму.

В большинстве случаев для организации газового промышленного отопления применяют одноконтурные модели котлов. Если же необходимо сделать дополнительно горячее водоснабжение – устанавливают баки косвенного нагрева (тепловые аккумуляторы), подключенные к магистрали.

Важным моментом при выборе газового котла является возможность замены горелки. Так можно увеличить его номинальную мощность без покупки остальных комплектующих – корпуса, теплообменника.

Наибольшим показателем КПД обладают конденсационные газовые котлы. Но их стоимость на 45-50% выше, чем классических.

Промышленные электрические котлы отопления

Электрический котел отопления

При отсутствии возможности подключения к газовой магистрали или организации системы хранения сжиженного топлива единственным вариантом остается электрическое отопление. Невзирая на самые высокие финансовые затраты по обслуживанию (стоимость энергоносителя), установка промышленных электрических котлов отопления имеет ряд преимуществ. Прежде всего, к ним можно отнести низкую инерционность работы оборудования. В отличие от газовых аналогов регулировка уровня нагрева ТЭНа осуществляется быстро. При установке дополнительного управляющего оборудования, изменение степени нагрева теплоносителя, поступаемого в промышленные конвекторы для водяного отопления, будет оперативным. Это приведет к уменьшению текущих затрат.

Кроме этого фактора следует учитывать следующие специфические моменты эксплуатации электрических котлов:

• Отсутствие дымохода. Это значит, что котел не будет привязан к дымоходной трубе, как газовые или твердотопливные аналоги,
• Более мягкие требования к обустройству котельной. Главным условием является правильно сделанный контур заземления и подобранная электропроводка,
• При установке многотарифного счетчика и теплоаккумулятора можно нагревать теплоноситель в ночное время, когда тарифы минимальны.

Во время предварительного расчета отопления промышленного здания нужно учитывать, что первоначальная стоимость электрического котла будет на 20-25% ниже, чем аналогичного газового.

Одним из определяющих факторов является наличие в комплектации насосного оборудования и расширительного бака. Для моделей, чья мощность превышает 130 кВт оно зачастую не входит в состав конструкции.

При выборе электрического котла необходимо проанализировать его ремонтопригодность. В частности – возможную замену нагревательного элемента.

Промышленное воздушное отопление

Общая схема воздушного отопления

Нередко перед инженерами ставят непростую задачу по организации микроклимата в производственном помещении – сделать оптимальную отопительную систему отопления в сочетании с эффективной вентиляцией. Это касается таких сфер промышленности как химическая, пищевая и деревообрабатывающая. В таком случае оптимальный вариант совместить две системы в одну. Для этого потребуется установка промышленного воздушного отопления.

Чаще всего его делают зональным – обогрев происходит не по всему объему помещения, а только на рабочих местах. Подобная схема дает несколько преимуществ – экономия энергоносителя, минимизация затрат на обустройство системы и использование магистралей для кондиционирования воздуха или в качестве вытяжек.

В отличие от промышленных котлов отопления, основным рабочим элементом воздушного является климатическая система, совмещающая в себе несколько функций. К ним относится подача нагретого воздуха потребителю и воздухообмен в рабочем помещении.

Для воздушного отопления промышленных помещений потребуются следующие элементы:

• Блок нагрева воздуха. Он может входить в состав климатической системы,
• Каналы для транспортировки нагретого воздуха. Изготавливаются из оцинкованной или нержавеющей (что редко) стали,
• Воздушные заслонки с направляющими жалюзи. Позволяют сконцентрировать воздушный поток на определенном участке производственного помещения,
• Воздухозаборные каналы для повторного использования воздушных масс и система их очистки. Не обязательное, но крайне эффективное дополнение. Позволяет уменьшить затраты, в особенности в зимний период.

Пример организации воздушного отопления

Примечательно, что установка промышленного отопления воздушного типа никак не сказывается на расстановке оборудования и общей организации процесса производства. В отличие от радиаторов отопления для промышленных помещений оно находится в верхней части помещения на высоте от 2 метров и выше.

При расчете стоимости воздушного отопления в промышленных зданиях большую часть затрат составляют тепловые насосы. Их главной характеристикой является объемный расход. Он же учитывается при расчете системы отопления промышленного здания. Средняя стоимость оборудования для помещения площадью до 600 м² составляет 700-750 тыс. рублей.

Для уменьшения тепловых потерь над дверными проемами можно установить тепловые воздушные завесы.

Промышленное инфракрасное отопление

Инфракрасное отопление цеха

Альтернативным способом организации отопления является установка инфракрасных обогревателей. Они генерируют тепловые волны в ИК диапазоне, нагревая не воздух, а поверхность предметов, попавших в область их работы.

Благодаря этому при расчете инфракрасных промышленных систем отопления можно не учитывать размеры помещения. Важно знать только тепловые потери здания и правильно распределить обогреватели над рабочими зонами. Во многом этот тип нагрева схож с воздушным отоплением промышленных цехов и помещений. Но в отличие от него есть одно существенное отличие – нет надобности в установке трубопроводов или воздушных каналов. Это позволяет сделать зональный обогрев помещения без монтажа элементов, аналогичных промышленным конвекторам водяного нагрева.

Существует два вида ИК отопления – электрическое (пленочное или с помощью нагревательных карбоновых спиралей ) и газовое. Так как для эффективного нагрева необходимо большое количество тепловой энергии – в цехах чаще всего устанавливают газовые модели. В таком случае достигается максимальный результат.

Для газового промышленного обогрева свойственны следующие особенности:

• Возможность регулирования мощности каждого прибора в отдельности,
• Зона распространения ИК излучения зависит от площади рефлектора. При его увеличении снижается скорость нагрева,
• Может использоваться в качестве дополнительного при наличии системы с промышленным газовым отопительным котлом.

Конструкция ИК газового обогревателя

Однако при проектировании нужно учитывать прямую зависимость высоты установки обогревателя от площади его работы. При значительном расстоянии до объекта (свыше 4-х метров) происходит рассеивание ИК излучения. Это снижает эффективность работы инфракрасного промышленного отопления.

В отличие от промышленных отопительных радиаторов, поверхность инфракрасных обогревателей нагревается только в зоне рефлектора. Это самый дешевый элемент в конструкции, который можно заменить самостоятельно.

Подавляющее большинство ИК газовых обогревателей работает только на природном газе.

Как делается расчет промышленной системы отопления

Тепловые потери в здании

От правильно выполненного расчета отопления промышленного здания будет зависеть КПД, первичные и постоянные затраты на его организацию. Важным моментом является изначальный выбор типа отопительной системы водяное, воздушное или инфракрасное. Исходя из этого, выбирается оптимальный набор оборудования и комплектующих, а также способ их установки.

Что нужно учитывать при выборе промышленного отопительного котла и остальных компонентов системы:

• Тепловые потери в здании. Именно они во многом определят планируемую мощность оборудования – котла, ИК обогревателя или тепловой завесы,
• Объем помещения и месторасположение окон и дверей. Важно для выбора места установки промышленных нагревательных батарей,
• Тип энергоносителя. Для монтажа промышленных электрических котлов в систему отопления нужно, чтобы мощность входной линии электропередач соответствовала параметру оборудования.

Это лишь основные параметры, необходимые для выполнения расчета системы отопления промышленного здания. Немаловажным является тип производства и условия труда. Поэтому отопительные системы рассчитываются с учетом эксплуатационных особенностей здания и технологии самого производства.

Нужно помнить, что все промышленные системы отопления, включающие в себя котлы, радиаторы, насосы должны соответствовать расчетным параметрам. Они же определяются только после выполнения всех расчетов.

В видеоматериале можно ознакомиться со спецификой отопления больших помещений.