SPIS

TREŚCI stronaCel pracy. 4

1. Wiadomości wstępne. 5

1.1. Energooszczędność ogrzewania promiennikowego. 6

1.2. Zalety ogrzewania przez promieniowanie. 8

2. Zjawisko promieniowania podczerwonego. 10

2.1. Wiadomości wstępne. 10

2.2. Zjawisko fizyczne występujące przy ogrzewaniu

promiennikami podczerwieni. 17

1

2.2.1. Przewodzenie ciepła. 17

2.2.2. Konwekcja (unoszenie). 18

2.3. Współczynnik absorpcji. 22

2.4. Współczynnik przyjmowania ciepła. 35

2.5. Kątowy współczynnik promieniowania. 38

3. Gradient termiczny i komfort cieplny. 40

3.1. Gradient termiczny. 40

3.2. Komfort cieplny. 42

3.3. Wartości izolacyjne odzieży. 50

3.4. Skala oceny komfortu cieplnego. 51

3.5. Celowość stwarzania optymalnych warunków pracy. 54

4. Gaz ziemny jako źródło energii dla promienników ciepła. 57

4.1.Wiadomości ogólne. 57

4.2. Obciążenie i wydajność cieplna. 58

4.3. Ilość powietrza do spalania oraz spaliny. 60

4.4. Prędkość spalania gazu, granice zapłonu gazu w % objętości

ciśnienia gaśnięcia i temperatura płomienia. 63

4.5. Sposoby obliczania zużycia palie płynnych. 65

4.6. Dopuszczalne stężenie CO i NOX w pomieszczeniach ze spalaniem

gazu. 67

4.7. Wytyczne montażowe instalacji gazowej. 69

4.7.1. Ogólne zasady sytuowania wewnętrznych instalacji gazowych

w obiektach. 69

4.7.2. Materiały instalacyjne. 71

4.7.3. Zasady montażu gazomierzy. 71

4.7.4. Systemy szybkiego odcięcia gazu. 72

5. Wentylacja w pomieszczeniach ogrzewanych promiennikami

gazowymi. 73

5.1. Wymiana powietrza . 77

2

6. Rodzaje i budowa promienników. 80

6.1. Promienniki ceramiczne jasne. 80

6.2. Reflektory promienników podczerwieni. 82

6.3. Promienniki rurowe ciemne. 83

7. Koszty ogrzewania promiennikami. 84

7.1. Program oszczędności energetycznych. 85

7.2. Koszty ogrzewania hal promiennikami. 87

7.3. Przykładowe koszty ogrzewania hal. 88

7.3.1. Koszty ogrzewania dobrze izolowanej hali. 88

7.3.2. Koszty ogrzewania hali słabo izolowanej. 89

8. Kryteria doboru promienników i zasady rozmieszczenia ich

w pomieszczeniu. 91

8.1. Ograniczenie w zastosowaniu promienników podczerwieni. 94

9. Obliczanie zapotrzebowania ciepła. 95

9.1. Podstawowe informacje. 95

9.2. Obliczenia zapotrzebowania ciepła w budynkach

wielkokubaturowych. 96

9.3. Hale nowe, budowane ze znanymi współczynnikami przenikania

ścian. 98

9.4. Przybliżona metoda obliczania zapotrzebowania ciepła. 99

Podsumowanie 101

Spis tabel 102

Spis rysunków 103

Literatura 104

3

CEL PRACY.

Celem pracy jest wybranie systemu ogrzewania dla wielkokubatorowych,

wysokich hal przemysłowych oraz dla tak wybranego systemu, wykonanie

projektu ogrzewania zaproponowanego obiektu.

4

1. WIADOMOŚCI WSTĘPNE

Przyjmując za kryterium podziału sposób, który przeważa przy

oddawaniu (przekazywaniu) ciepła od powierzchni grzejnej (płaszczyzny)

do otoczenia rozróżniamy

- ogrzewanie konwekcyjne

- ogrzewanie przez promieniowanie

5

Przy ogrzewaniu konwekcyjnym grzejniki są umieszczone wewnątrz

pomieszczenia gdzie najpierw ogrzewają powietrze, które z kolei oddaje

ciepło przegrodom i innym przedmiotom w pomieszczeniu. Temperatura

powietrza jest wiec przy ogrzewaniu konwekcyjnym wyższa niż

temperatura powierzchni przegród.

Przy ogrzewaniu przez promieniowanie tylko niewielka część zostaje

zużyta na ogrzanie przez konwekcję powietrza w pomieszczeniu, natomiast

w większości wykorzystywane jest promieniowanie źródeł ciepła, które

bezpośrednio (tzn. bez pośrednictwa powietrza) ogrzewają otaczające

przegrody. Dlatego też temperatura powierzchni przegród przy ogrzewaniu

przez promieniowanie jest większa niż temperatura powietrza w

ogrzewanym pomieszczeniu.

Zgodnie z powyższą definicją pierwszymi sztucznie stworzonymi

urządzeniami ogrzewania przez promieniowanie były ogniska w szałasach

ludzi pierwotnych, jak również dotychczas spotykane kominki. W zasadzie

nowoczesne promienniki podczerwieni podobne są do starych sposobów

ogrzewania. Bardziej udoskonalonym sposobem ogrzewania przez

promieniowanie było znane w starożytnym Rzymie ogrzewanie ścienne w

łaźniach (w kanałach ściennych przepływało ciepłe powietrze) oraz

stosowane od paru stuleci piece kaflowe, które zaliczyć można do urządzeń

ogrzewania przez promieniowania z umiarkowaną temperaturą

powierzchni. Można więc powiedzieć, ogrzewanie przez promieniowanie

ma już długą historię. Zwykle jednak uważa się, że rozwój nowoczesnego

ogrzewania przez promieniowanie datuje się od roku 1906, w którym to

Anglik A.H. Barker zastosował do ogrzewania płaskie płyty ścienne z

rurkami grzejnymi umieszczonymi w gipsowym tynku. W krótkim czasie

powstało z nich ogrzewanie sufitowe a następnie podłogowe. W latach 30-

tych naszego stulecia opracowano metalowe płyty promieniujące, które

nadają się szczególnie do ogrzewania wysokich pomieszczeń. Dopiero w

6

1950 roku zaczęto stosować na większą skalę promienniki podczerwieni

(gazowe i elektryczne).[7]

1.1. ENERGOOSZCZĘDNOŚĆ OGRZEWANIA

PROMIENNIKOWEGO.

Obliczenia wskazują, ze Polska zużywa 2-3 razy więcej energii niż

porównywalne kraje Europy zachodniej. Porównując ekonomiczność

gospodarek krajów wysoko rozwiniętych z polską gospodarką widzimy, że

po naszej stronie występuje ogromna energochłonność tak po stronie

produkcji jak i wykorzystania energii do celów ogrzewczych.

Jednym ze sposobów ograniczenia zużycia energii jest zastosowanie

ogrzewnictwa promiennikowego jako najskuteczniejszego sposobu

ogrzewania dużych obiektów (hal produkcyjnych, sportowych, szklarni,

magazynów) zapewniającego obok zmniejszenia nakładów na eksploatację

obiektów, również poprawienia warunków ochrony środowiska poprzez

wykorzystanie gazów naturalnych, biogazów oraz gazów technicznych.

Obiekty o dużej kubaturze, których wysokość jest większa niż 5 m,

są trudne do ogrzania przy stosowaniu tradycyjnych sposobów. Straty

ciepła z tytułu ogrzewania konwekcyjnego są bardzo duże a ogrzewane są

najczęściej górne partie pomieszczeń. Ogrzewanie promiennikowe posiada

tę przewagę, że osoby i przedmioty są ogrzewane bezpośrednio z

jednoczesną możliwością sterowania strefowego i czasowego, co pozwala

na znaczne obniżenie kosztów eksploatacyjnych.

W systemie ogrzewania promiennikowego obowiązuje zasada, że im

wyższe pomieszczenie do ogrzania tym relatywnie mniejszy koszt ogrzania

1 m2 powierzchni hali. Koszt ogrzania 1 m2 takiej hali kształtował się

będzie w granicach 1,5-3,5 zł, przy czym istnieje możliwość obniżenia

kosztów po przez termorenowację obiektu, zainstalowanie automatycznego

7

sterowania strefami, zastosowanie zróżnicowanego poziomu komfortu

cieplnego dla wybranych stref, oraz wyeliminowanie pustych stref obiektu

nie wymagających ogrzewania.[3]

1.2. ZALETY OGRZEWANIA PRZEZ PROMIENIOWANIE.

Największą zaletą ogrzewania przez promieniowanie jest możliwość

skierowania strumienia ciepła tylko na te miejsca, które chcemy ogrzewać

oraz to, ze nie zachodzi potrzeba ogrzewania powietrza w pomieszczeniu.

Dzięki wykorzystaniu tych właściwości ogrzewania przez promieniowanie

8

obniża się znacznie zużycie ciepła oraz istnieje możliwość stosowania

ogrzewania na wolnej przestrzeni, której nie można ogrzać w inny sposób.

Bardzo cenną zaletą jest mała bezwładność cieplna układów

ogrzewania przez promieniowanie, szczególnie promienników

podczerwieni oraz w mniejszym stopniu płyt promieniujących. Mała

bezwładność cieplna promienników pozwala na zastosowanie ich przy

ogrzewaniu dorywczym; promienniki podobnie jak oświetlenie dają żądany

efekt natychmiast po włączeniu.

Ogrzewanie przez promieniowanie jest również bardzo ważne ze

względów higienicznych i fizjologicznych. Jest rzeczą ogólnie znaną, że

lepiej czujemy się w chłodnym powietrzu i gorących ścianach niż w

odwrotnych warunkach cieplnych. Przyjemniej jest bowiem wdychać

chłodne powietrze, a przy tym w takich warunkach wydajność pracy

wzrasta, o ile oczywiście zachowana jest równowaga cieplna organizmu

ludzkiego. Niższa temperatura powietrza ogranicza również rozwój

bakterii.

Dalszą zaletą ogrzewania przez promieniowanie jest to, że w

odróżnieniu od ogrzewania konwekcyjnego nie powoduje ono cyrkulacji

powietrza a tym samym unoszenia się pyłu i kurzu. Wiszące płyty

promieniujące oraz promienniki podczerwieni nadają się więc do

pomieszczeń przemysłowych, charakteryzujących się dużym zapyleniem.

Bardzo ciekawą zaletą ogrzewania przez promieniowanie jest tzw.

samoregulacja. Ta właściwość jest wynikiem tego, że przy wzroście

temperatury powierzchni otaczających zmniejsza się oddawanie ciepła

przez promieniowanie, a jednocześnie obniżenie temperatury powietrza

zwiększa oddawanie ciepła przez konwekcje. Na przykład dla spełnienia

warunków komfortu cieplnego w przypadku wykonywania przez człowieka

lżejszej pracy fizycznej (człowiek wydziela wtedy ok. 180 W) otrzymamy

przy ogrzewaniu wiszącymi płytami promieniującymi następujące warunki

9

- temperatura powietrza 10º C

- średnia temperatura płaszczyzn otaczających 18º C

- temperatura wynikowa wynosi więc 14º C

- temperatura powierzchni odzieży wynosi 21º C

Jeżeli człowiek wykonuje chwilowo cięższą pracę fizyczną, wówczas

wzrośnie wydzielanie ciepła, ale jednocześnie wzrośnie szybkość

wykonywanych ruchów.

Przy stosunkowo dużej różnicy między temperaturą powierzchni odzieży,

a temperaturą powietrza (21-10=11º C) zwiększona prędkość ruchu

powietrza na powierzchni odzieży spowoduje zwiększenie ochładzania

przez konwekcję,

w wyniku czego ciało pomimo zwiększonego wysiłku jest dostatecznie

chłodzone. Ogrzewanie konwekcyjne nie ma właściwości samoregulacji.

Przy małej różnicy między temperaturą powierzchni odzieży, a temperaturą

powietrza (np. 21-18=3º C) nie przejawi się wpływ zwiększonej szybkości

ruchów i człowiek przy większym wysiłku odczuwa przegrzanie

organizmu.

2. ZJAWISKO PROMIENIOWANIA PODCZERWONEGO.

2.1. WIADOMOŚCI WSTĘPNE.

Promieniowanie świetlne ma charakter elektromagnetyczny, jest

pewnym wycinkiem widma fal elektromagnetycznych. Fala taka powstaje

w wyniku rozchodzenia się zmiennego pola elektromagnetycznego,

10

wytwarzanego na skutek ruchu ładunków elektrycznych. Rozpatrując to z

punktu widzenia fizyki klasycznej fale elektromagnetyczne wytwarzane są

przez elementarne oscylatory, jakimi są elektrony drgające w atomach.

Dopiero jednak mechanika kwantowa daje w miarę właściwy obraz

promieniowania zgodnie, z którą emisja fal elektromagnetycznych

zachodzi w wyniku przejścia elektronów ze stanów o wyższej energii do

stanów o niższej energii. Długość fali elektromagnetycznej wysyłanego

promieniowania zależy więc od różnicy energii w obu stanach i może

zmieniać się w szerokich granicach. Wszystkie fale elektromagnetyczne są

falami poprzecznymi. Wektory natężania pola elektrycznego E i

magnetycznego M są wzajemnie prostopadłe i leżą w płaszczyźnie

prostopadłej do wektora prędkości rozchodzenia się fali v.Rysunek 2.1. Obraz fali elektromagnetycznej.

Źródło: M. Kowalczyk: Promiennikami podczerwieni ogrzewanie XXI wieku, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 2000, s.11.

Światło rozchodzi się w postaci fali elektromagnetycznej z określoną

prędkością

C = ( 2,99792458 ± 1,2 · 10-8 ) · 108 [m/s]

C – prędkość światła [m/s]

11

Jest to metoda bezpośrednia pomiaru prędkości światła, można też

wyznaczyć prędkość metodami pośrednimi. Znając długość fali λ i

częstotliwość v mikrofal oblicza się prędkość światła ze wzoru:

C = λּv [m/s]

λ – długość fali [m]

υ – częstotliwość [Hz]

Światło podlega odbiciu załamaniu. Przy obliczaniu tych wielkości

korzysta się tu z zasady Fermata, która tłumaczy prostolinijny bieg światła

w ośrodku jednorodnym.

Prędkość rozchodzenia się fali świetlnej przechodzącej przez

ośrodek materialny, zależy od współczynnika załamania tego ośrodka oraz

od częstotliwości drgań przechodzącej fali. Zjawisko to nazwane zostało

dyspersją.

Ze wzrostem częstotliwości fali świetlnej rośnie współczynnik załamania

ośrodka. Ze wzrostem częstotliwości fali maleje jej prędkość, a rośnie

współczynnik załamania.[1]

Pryzmat był pierwszym przyrządem za pomocą którego badano skład

promieniowania świetlnego. Oświetlając szczelinę światłem słonecznym,

otrzymujemy wąski strumień światła, który po przejściu przez pryzmat

oświetli ekran o kolorach tęczy, nazwany widmem. Przyczyną powstania

widma jest to, że współczynnik załamania pryzmatu jest różny dla różnych

długości fal promieniowania świetlnego. Najmniejszemu załamaniu

podlega światło o barwie czerwone, stąd wzięło się interesujące nas

określenie promieniowania podczerwonego, bowiem leży ono w bliskim

sąsiedztwie światła czerwonego.

12

Największemu załamaniu z kolei podlega światło o barwie fioletowej.

Pomiędzy tymi dwoma barwami leży całe widmo wszystkich możliwych

barw. Odkrycie i pierwsze badania promieniowania podczerwonego,

zawdzięczamy F.W. Herschelowi. Obserwował on działanie cieplne

promieniowania przypadającego na poszczególne zakresy widma

promieniowania słonecznego.

RYSUNEK 2.2. Rozkład temperatury wzdłuż widma promieniowania słonecznego

(wg Herschela)

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 1999, s.23.

Zdziwienie Herschela budził fakt, że termometry umieszczone (poza

pryzmatem) za czerwoną granicą widma widzialnego, wskazywały większy

przyrost temperatury, niż termometry umieszczone w poszczególnych

widzialnych zakresach widma. Granica widma promieniowania

słonecznego nie pokrywa się z granicami widzialnymi. Z obszarem widma

czerwonego bezpośrednio łączy się obszar promieniowania niewidzialnego

gołym okiem,

13

TE

MPE

RAT

UR

A

FIO

LETO

WE

NIE

BIE

SKIE

ZIEL

ON

E

ŻÓŁT

E

POM

AR

AŃ

CZO

WE

CZE

RWO

NE

DŁUGOŚĆ FALIPROM. WIDZIALNE

PROM. PODCZERWONE

które to widmo ulega mniejszemu załamaniu w pryzmacie. Początkowo,

dla określenia odkrytego promieniowania, Herschel używał nazwy „światło

niewidzialne”, a nieco później nazwano to zjawisko „promieniowaniem

podczerwonym” z uwagi na to, że widmo leżało poza czerwoną granicą

widma promieniowania widzialnego. Promieniowanie podczerwone,

podobnie jak promieniowanie widzialne (słoneczne) podlega tym samym

prawom fizycznym (odbiciu, załamaniu i pochłanianiu).

Do tej chwili, nie można jednoznacznie stwierdzić czymże jest

promieniowanie, czy falą elektromagnetyczną, czy rojem fotonów?

Przy interferencji i dyfrakcji można stwierdzić, że natura promieniowania

ma postać falową, natomiast zjawisko fotoelektryczne pokazuje, że

promieniowanie ma postać strumienia kwantów energii – fotonów.

Każdy rodzaj promieniowania można opisać za pomocą parametrów

Falowych lub kwantowych.[10]

Do parametrów falowych należą:

- częstotliwość – υ [Hz]

- okres drgań – T [1/Hz,s]

- długość fali – λ [m]

- prędkość rozchodzenia się fali – c [m/s]

Parametry te powiązane są ze sobą zależnością matematyczną:

Parametrem kwantowym promieniowania jest wielkość kwantu energii,

która można określić przy pomocy wzoru:

14

[J]

E – energia kwantu [J]

h – stała Plancka 6,6260755 ּ10-34 Jּs

υ – częstotliwość [Hz]

Wymienione wyżej parametry odnoszące się do fal i kwantów, związane są

zależnością, z której wynika, że energia kwantu promieniowania jest

wprost proporcjonalna do częstotliwości fali elektromagnetycznej.

Uporządkowanie wszystkich znanych promieniowań

elektromagnetycznych wg. długości fali (promieniowanie kosmiczne,

gamma, rentgenowskie, nadfioletowe, widzialne, podczerwone i fale

radiowe) pozwoli otrzymać widma promieniowania elektromagnetycznego,

obejmującego obszar o długości fal

1·10-10 cm do 1· 108 cm, co ilustruje rysunek:

Rysunek 2.3. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

15

16

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS, Gdańsk

1999, s.17.

TABELA 2.1. Długości rozchodzenia się fal elektromagnetycznych.

radio kilometry 16001601,6

TV, UKF, radar metry 300303

0,3Podczerwień Centymetry 1

0,30,030,003

Promieniowanie widzialne 0,00030,00003

Ultrafiolet 0,0000031/milion

Promieniowanie X 1/10 milionów1/100 milionów

1/bilionPromieniowanie gamma 1/10 bilionówReakcje jądrowe 1/100 bilionów

Źródło: M. Kowalczyk: Promiennikami podczerwieni ogrzewanie XXI wieku wyd. SOLAREN – BIS, Gdańsk

2000, s.16.

Energię promieniowania oraz wszystkie z tym związane wielkości mierzy

się w jednostkach energetycznych albo w jednostkach świetlnych. Przy

mierzeniu jednostek w podczerwieni najczęściej stosuje się jednostki

energetyczne.[7]

Energia promieniowania –W – jest miarą ilości promieniowania

wysyłanego lub odbieranego i określona jest w jednostkach energii tj. w

dżulach [J].

Strumień promieniowania – Φ – jest to moc promieniowania czyli ilość

energii przenoszonej przez strumień fotonów w ciągu jednostki czasu.

Miarą jego są jednostki mocy w watach [W].

Natężenie promieniowania – I - określa się jako strumień energii

promieniowania Φ przypadający na jednostkowy kąt bryłowy ω wyrażony

w steradianach. Pełny kąt bryłowy wynosi 4 steradianów = srd.

Oświetlenie energetyczne (napromieniowanie) – to strumień

promieniowania przypadający na jednostkę powierzchni.

2.2. ZJAWISKA FIZYCZNE WYSTĘPUJĄCE PRZY

17

OGRZEWANIU PROMIENNIKAMI PODCZERWIENI.

Generalnie rzecz biorąc przy ogrzewaniu promiennikami podczerwieni

obiektów oraz ludzi zachodzą trzy równoległe zjawiska fizyczne:

- przewodzenie

- konwekcja

- promieniowanie.

Przewodzenie ciepła zachodzi wewnątrz ciała, gdzie każda cząstka

będących w spoczynku przekazuje ciepło sąsiedniej cząsteczce ciała.

Konwekcja występuje wtedy, gdy następuje wymiana ciepła pomiędzy

cząsteczkami będącymi w ruchu np. pomiędzy dwoma ośrodkami

gazowymi, płynnymi lub pomiędzy ciałem stałym a ośrodkiem gazowym

(powietrze i ściana).

Promieniowanie podczerwone występuje, gdy ciepło w postaci

promieniowania przechodzi z jednego ciała na drugie, a ilość tego ciepła

zależy od różnicy temperatur emitera odbiorcy. Przy promieniowaniu nie

uczestniczą w wymianie żadne ciała pośrednie np. powietrze.

2.2.1. PRZEWODZENIE CIEPŁA.

Ilość ciepła uzyskanego w drodze przewodzenia można obliczyć ze wzoru;

Qp – ilość ciepła przewodzenia [W]

18

P – pole powierzchni wymiany [m2]

λ - współczynnik przewodności cieplnej [W/m·K]

s – grubość ściany [m]

t1 – temperatura powierzchni cieplejszej [˚C]

t2 - temperatura powierzchni zimniejszej [˚C]

R λ – opór przewodzenia ciepła [m2·K/W]

Wartości λ czyli współczynnika przewodności cieplnej są różne dla

różnych materiałów i tak np. dla materiałów budowlanych wynoszą

od 0,2 do 3,5 W/m·K, dla metali czystych od 7 do 420 W/m·K, dla gazów

od 0,,1 do 0,23 W/m·K. Na wartości te duży wpływ mają: temperatura i

wilgotność.[1]

2.2.2. KONWEKCJA (UNOSZENIE)

Ilość ciepła otrzymanego w drodze konwekcji (unoszenia) można obliczyć

empirycznie na podstawie wzoru:

Qk – ilość ciepła konwekcyjnego [W]

α - współczynnik przejmowania ciepła [W/m2 ּK]

1/ α - opór przejmowania ciepła [m2 ּK/W]

t1 – temperatura powierzchni ciała stałego [˚C]

t2 – temperatura cieczy lub gazu (powietrza) [˚C]

P- pole powierzchni wymiany ciepła [m2]

19

Wszystkie promienniki podczerwieni są tak konstruowane, aby

promieniowanie żarnika emitowane było w żądanym kierunku. Elementem

tym jest zarówno sam żarnik jak i osobna część promiennika jakim jest

odbłyśnik (reflektor).

O jakości promiennika świadczy stosunek mocy promiennika, którą to

sprawność określamy sprawnością kierunkową promiennika ηk

ηk – sprawność kierunkowa promiennika [%]

Qk – moc radiacyjna wysyłana w żądanym kierunku [W]

Qc – moc całkowita promiennika [W]

Ponieważ trudno wyznaczyć wielkość mocy radiacyjnej bez stosowania

metod kalorymetrycznych dostosowanych każdorazowo do badanego

promiennika, dlatego też łatwiej zastosować metodę pośrednią, polegającą

na wyznaczeniu mocy strat konwekcyjnych i radiacyjnych z powierzchni

elementów konstrukcyjnych promiennika i określenie sprawności

kierunkowej na podstawie zależności:

Qsk – moc strat konwekcyjnych do otoczenia z powierzchni elementów

konstrukcyjnych [W].

Qsr – moc strat radiacyjnych oddawana z powierzchni elementów

konstrukcyjnych promiennika w niepożądanym kierunku [W] .

20

Promieniowanie podczerwone jest to energia oddawana przez ciało

emitujące promieniowanie

elektromagnetyczne w zakresie widma od 0,76 do 1000 m. A zatem w

spektrum promieniowania występują fale elektromagnetyczne widzialne

jak i niewidzialne, co najlepiej zaobserwować przy promiennikach

ceramicznych, gdzie fale elektromagnetyczne widoczne są w postaci

żarzenia koloru pomarańczowo-czerwonego.

Promieniowanie pomiędzy dwoma ciałami o różnych temperaturach

jest to przejście ciepła w postaci fal elektromagnetycznych z ciała wyższej

temperaturze do ciała niższej temperaturze. Ilość wymienionej energii

zależy od właściwości ciał rozgrzanych, od ich ewentualnej absorpcji

ośrodka, w którym się znajdują (powietrza).Ośrodkiem najlepiej

przekazującym promieniowanie termiczne jest próżnia. Możliwość

wymiany ciepła pomiędzy dwoma przedmiotami o różnej temperaturze,

znajduje się w ośrodku powietrznym Najbardziej oczywisty przykład

przekazywania ciepła pomiędzy dwoma ciałami o różnej temperaturze to

przykład Słońca i Ziemi. Ciepło ze Słońca dociera do Ziemi właśnie

poprzez promieniowanie, przebiegając przez próżnię i powietrze.

Wszystkie ciała o danej temperaturze emitują energię w postaci

promieniowania elektromagnetycznego, przy czym ilość emitowanej

energii zależy nie tylko od temperatury, ale także od właściwości

powierzchni emitującej.

Ilość zatem energii wypromieniowanej jest proporcjonalna do czwartej

potęgi jego temperatury bezwzględnej.[14]

Trzeba także pamiętać, że wraz ze wzrostem temperatury ciała

promieniującego wzrasta gęstość strumienia ciepła na jednostkę długości

fali lub inaczej mówiąc wzrasta natężenie promieniowania. Wartości te

jako maksymalne występują zawsze w obszarze fal krótkich.

21

W przypadku urządzeń działających na zasadzie konwekcji, powietrze

ogrzewane jest za pośrednictwem cieplejszych „fluidów”(ogrzewacze

powietrza , generatory) i przy pomocy wentylatorów lub na skutek różnicy

gęstości powietrza jest ono przedmuchiwane lub przemieszcza się

samoistnie po całym obszarze objętym ogrzewaniem. Gorące powietrze o

mniejszym ciężarze właściwym unosi się do wyższych partii

pomieszczenia, nie przynosząc tym samym istotnych korzyści

zatrudnionym pracownikom (niski komfort ciepła). Przyczynia się to także

do zwiększenia kosztów ogrzewania, gdyż powoduje to większe

rozproszenie termiczne. Pyły lub ewentualnie inne szkodliwe cząstki są

stale zawieszone w powietrzu, co nie jest bez znaczenia dla zdrowia

pracowników. Rozkład ciepła nigdy nie jest jednolity – występują strefy

cieplejsze i bardziej wietrzne. Promienniki reakcyjne działają inaczej niż

urządzenia konwencjonalne, stosowane w grzejnictwie. Działają one na

zasadzie promieniowania elektromagnetycznego, które jest szczególną

formą przekazu energii.

Oddawanie ciepła w większej części następuje przez promieniowanie

mocno rozgrzanych płyt ceramicznych lub rur metalowych. Mieszaninę

powietrzno-gazową doprowadza się (na zasadzie palnika Bunsena), do

masy ceramicznej, gdzie pod wpływem katalizatorów następuje całkowite

spalanie i powstaje na powierzchni płyt ceramicznych temperatura od 800

do 1000C lub 300 – 400C na powierzchni promienników rurowych.

Wszystkie stosowane w Polsce promienniki gazowe (ceramiczne i rurowe)

posiadają dobrowolne homologacje dokonane przez Instytut Górnictwa

Naftowego i Gazu w Krakowie oraz certyfikaty na znak bezpieczeństwa

„B” Kilkaset istniejących już w Polsce obiektów posiadających systemy

ogrzewania potwierdza fakt, że jest to stabilny, bezpieczny i ekonomiczny

sposób ogrzewania.

22

2.3. WSPÓŁCZYNNIK ABSORPCJI.

Wiadomo, że dowolne ciało ogrzane do temperatury dostatecznie wysokiej

zaczyna wysyłać promieniowanie wydzielane i im wyższa jest ta

temperatura tym intensywniejsze jest to promieniowanie. Wskazuje na to

ścisły związek pomiędzy natężeniem promieniowania ciała a jego

temperaturą. Proces taki nazywa się promieniowaniem cieplnym i zachodzi

w temperaturze powyżej zera bezwzględnego.

Ciało o wyższej temperaturze, np. żarówka wysyła fale

elektromagnetyczne leżące w widzialnym paśmie fal, ultrafioletowym i

rentgenowskim.

Ciało o niższej temperaturze np. promienniki podczerwieni wysyła

promieniowanie z zakresu podczerwieni.

Ciało o jeszcze niższych temperaturach - z zakresu fal radiowych.

Promieniowanie elektromagnetyczne ma naturę falową oraz cząstkową

(korpuskularną) – jest to tzw. dualizm korpuskularno - falowy. Wg

hipotezy Maxwella (1865), światło ma postać fali elektromagnetycznej.

Wyjaśnienie z kolei zjawiska fotoelektrycznego na podstawie

korpuskularnej natury światła podał w roku 1905 Einstein. Przyjął on, że

światło jest wiązką

cząstek – fotonów, a energia tych fotonów jest proporcjonalna do częstości

fal, co można zapisać wzorem: [1]

EF – energia [J]

k – współczynnik proporcjonalności

υ – częstość fal [Hz]

23

Przy omawianiu tych zjawisk należy przypomnieć jeszcze jedno z

podstawowych praw odnoszących się do promieniowania ,a mianowicie

prawo Kirchhoffa.

Na przykład, jeżeli jakieś ciało emituje promieniowanie

elektromagnetyczne o jakiejś częstości oznacza to, że znajdują się w nim

oscylatory, które z tą częstością drgają .Jeżeli na te oscylatory padnie fala

elektromagnetyczna

o częstości równej częstości własnej, zajdzie zjawisko rezonansu i energia

fal zostanie przekazana oscylatorom. Mówimy wtedy, że nastąpiła

absorpcja promieniowania.

Podobne zjawisko występuje w przyrodzie w przypadku promieniowania

wysyłanego przez Słońce. Światło białe z powierzchni Słońca, przechodzi

przez warstwy atmosfery złożonej z rozrzedzonych gazów. Gazy te

pochłaniają te częstości, które w zasadzie same wysyłają.

W ten sposób na ciągłym widmie Słońca pojawiają się czarne „prążki”

tzw. linie Fraunhoffera.

Pozwoliło to ustalić, że w atmosferze Słońca znajduje się sód. Sód wysyła

charakterystyczne promieniowanie żółte. Rozrzedzone gazy wysyłają

zawsze promieniowanie o widmie liniowym. Jeżeli więc na promień

palnika sodowego padnie wiązka światła białego, sód pochłonie z niego

promieniowanie, które sam wysłał.

Bardzo ważną konsekwencją wspomnianego wyżej prawa Kirchhoffa dla

promieniowania jest powstanie zjawiska promieniowania

zrównoważonego. W określonej temperaturze natężenie promieniowania

zależy od częstości fal elektromagnetycznych.

Wiemy, że jedne ciała silniej pochłaniają promieniowanie a inne słabiej.

Na przykład sadza i biała kartka papieru.

Zdolność absorpcyjna ciała to stosunek mocy promieniowania Q1 które

zostało pochłonięte do mocy promieniowania Q2 ,które na ciało padło .

24

A(V) – zdolność absorpcyjna

Q1 - moc promieniowania ciała Q1 [W]

Q2 - moc promieniowania ciała Q2 [W]

W określonej temperaturze (T) i dla określonej częstotliwości (υ), zdolność

absorpcyjna (A) i emisyjna (E) ciał są do siebie proporcjonalne.

E(c,T)=C(υ,T)ּA(υ,T)

E - zdolność emisyjna

C – współczynnik proporcjonalności

Współczynnik proporcjonalności C(υ,T) między zdolnością emisyjną ciała a

jego zdolnością absorpcyjną, zależy od częstości i temperatury ciała i taki

sam dla wszystkich ciał. Jest to tzw. Prawo Kirchhoffa dla promieniowania.

Jeżeli A(υ,T) jest równa jedności, to E(c,T)=C(υ,T) i o takim ciele mówimy, że

jest to ciało doskonale czarne. Z prawem Kirchhoffa związane jest

zjawisko promieniowania zrównoważonego.[10]

Rysunek 2.4. Zależność natężenia promieniowania zrównoważonego od energii

fotonów hv (czyli od częstości v) dla różnych temperatur. Zaznaczony

obszar widzialny.

25

1 2 3 4

5

I (v

, T)

2 3obszar widzialny

4ooo K

35oo K

25oo K

25oo K2ooo K

0

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 1999, s.46.

Widać z tych wykresów, że dla ustalonej temperatury zależność natężenia

promieniowania, ma swoje charakterystyczne maximum.

Dla częstości małych i dużych natężenie tego promieniowania dąży do

zera. Natomiast wzrost temperatury powoduje wzrost natężenia

promieniowania dla wszystkich częstości. Maximum krzywej przesuwa się

w stronę częstości wyższych.

Zjawisko to można omówić na przykładzie:

Mamy więc powierzchnia S oddzielającą dwa ośrodki i E1 – energię

padającą na daną powierzchnię. Część energii zostaje odbita, podczas gdy

część

energii – Ea=E1-Er zostaje wchłonięta.

Rysunek 2.5. Promieniowanie zrównoważone

I˚

26

E1

Er

S

II˚ Ea

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 1999, s.37.

E – energia [J]

r – współczynnik odbicia

a – współczynnik absorpcji

Możemy wyróżnić dwa ekstremalne przypadki:

a) Cała padająca energia zostaje odbita.

Er=0; Ea=1; a=0

Powierzchnia i w konsekwencji ciało zachowujące się w ten sposób

nazywa się „idealnie czarnym”.

b) Cała podająca energia zostaje wchłonięta.

Er=0; Ea=1; a=1

Ciało takie nazywamy „idealnie absorbującym”

27

W naturze nie istnieje ciało idealnie absorbujące ani idealnie odbijające.

Idealne ciało określane współczynnikiem absorpcji równym jeden nazywa

się ciałem absolutnie czarnym.

Przypadek często spotykany w technice, to przypadek dwóch równoległych

płaszczyzn A i B wymieniających ciepło przez promieniowanie.

Płaszczyzny A i B opisane współczynnikami absorpcji a1 i a2 i

temperaturami T1 i T2 w stopniach Kelvina, temperatury te są ponadto

niezmienne w czasie (stałe warunki eksploatacji) i występuje przejrzysty

ośrodek promieniowania cieplnego. W takich warunkach przepływ ciepła

na jednostkę powierzchni i jednostkę czasu wynosi:[10]

Φ – przepływ ciepła [W/sm2]

T1 i T2 – temperatury płaszczyzn [K]

a1 – a2 – współczynniki absorpcyjne

Dla częstości małych i dużych natężenie tego promieniowania dąży do

zera.

Natomiast wzrost temperatury powoduje wzrost natężenia promieniowania

dla wszystkich częstości.

Pierwszemu, któremu udało się rozwiązać poprawnie zagadnienie

promieniowania ciała doskonale czarnego był Max Planck. Według jego

teorii promieniowanie nie ma charakteru ciągłego, lecz ma charakter

zmienny – energia promieniowania jest wysyłana porcjami. Energia

promieniowania ciała doskonale czarnego nie może zatem przyjmować

dowolnych wartości, lecz musi być wielokrotnością kwantu energii.

28

Kwanty energii promieniowania elektromagnetycznego nazywamy

fotonami.

W roku 1900 Planck powyższe zjawisko opisał funkcją:

I – natężenie promieniowania [W/m2]

k – stała Boltzmana = 1,38 ּ10-23 J ּK-1 = 0,86 ּ10-4ev

T – temperatura [K]

maksimum Vmax występuje przy zależności:

hּυmax ≈ 2,822 ּkּT

Oznacza to, że położenie maksimum częstości przesuwa się w stronę

większych częstości fal, liniowo wraz ze wzrostem temperatury.

Całkowita moc promieniowania wysyłanego przez ciało o

wszystkich możliwych częstościach może być obliczona dla ustalonej

temperatury, jako pole pod krzywą przedstawiającą zależność I(υ,T) dla

ustalonego T. Z widać, że pole to rośnie ze wzrostem temperatury.[14]

Wzór Plancka:

Icałkowite = δ ּT4 [W/m2]

δ – stała Stefana - Boltzmana

δ = (5,67051±0,00019) ּ10-8 [W ּm-2ּK-4]

T – temperatura bezwzględna ciała [K]

Prawo Stefana – Boltzmana które mówi, że całkowita energia

promieniowania wysyłanego przez ciało jest proporcjonalna do czwartej

potęgi jego temperatury, liczonej w skali bezwzględnej.

29

Widmowa wartość emisyjna ma wartość maksymalną dla pewnej długości

fali, co po przekształceniach wyrazić można wzorem:

λ- dł. fali [m]

b = 2898, 10-6 [m ּK]

T - temperatura bezwzględna ciała [K]

Wzór ten nosi nazwę przesunięć Wiena i mówi, że:

ze wzrostem temperatury maksimum promieniowania ciała przesuwa się w

stronę fali krótszych.

Zaobserwować to możemy praktycznie w czasie ogrzewania ciała w coraz

wyższych temperaturach.

Przyjmuje się, że energia padająca na powierzchnię ciała zostaje przez to

ciało wchłonięta. Takiej absorpcji jednak w rzeczywistości nie ma, gdyż

część energii zawsze pozostaje odbita. W naturze nie istnieje ciało idealnie

absorbujące, ani idealnie odbijające. Idealnie absorbujące ciało określone

jest współczynnikiem absorpcji równym „jeden”, nazywa się ciałem

absolutnie czarnym. Czynnik absorpcji dla danej temperatury, zależy od

długości fali promieni padających. Na polu techniki wszystkie ciała uważa

się za „szare”, przyjmując dla czynnika absorpcji wartości średnie i tak np.

współczynnik absorpcji dla aluminium polerowanego ([błyszczącego)

wynosi - 0,02, dla stali bezpośrednio po obróbce mechanicznej - 0,40, dla

żeliwa - 0,85, dla ściany ceglanej - 0,94, dla miedzi czystej - 0,75, dla

cementu - 0,90,dla szkła - 0,90.[1]

30

TABELA 2.2. Przykładowe wartości współczynnika absorpcji.

31

Współczynnik absorpcji a

- aluminium polerowane [błyszczące ]

- aluminium błyszczące zanieczyszczone pyłami ciężkimi

- aluminium zwykłe

- aluminium kute

- srebro czyste

- żelazo toczone [ bezpośrednio po ]

- żelazo utlenione

- stal inox polerowana

- stal inox zwykła

- żeliwo

- gips

- tynk

- drewno błyszczące

- ściana ceglana

- sadza

- nikiel czysty

- nikiel matowy

- mosiądz błyszczący

- mosiądz matowy

- miedź jasna

- miedz czysta

- miedz utleniona

- piasek

- szkło

- cynk , cynkowanie

0,02

0,03

0,05

0,40

0,03

0,40

0,80

0,40

0,48

0,80

0,85

0,90

0,80

0,92

0,94

0,045

0,11

0,042

0,20

0,10

0,30

0,75

0,90

0,25

0,90Źródło: M. Kowalczyk: Promienniki podczerwieni ogrzewanie XXI wieku, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 2000, s.40.

32

Strumień promieniowania w stałych warunkach eksploatacyjnych na

jednostkę powierzchni i jednostkę czasu przez ciało doskonale czarne o

temperaturze

[T] K wynosi:

Φ - strumień promieniowania [W/m2]

σ - to stała emanacji ciała doskonale czarnego

„σ” - jest stała uniwersalną, to znaczy zależy tylko od jednostki miary

obranej

do Φ i T.

T – temperatura [K]

mierząc moc promieniowania w watach i temperaturę w stopniach

Kelvina, otrzymujemy:

σ=5,76 ּ10-8 [W ּm-2ּh-1 ּK-4]

33

TABELA 2.3. Stała promieniowania C=εCs różnych powierzchni w temperaturze 0˚ do

200˚C w W/m2ּK4

Materiał lub powierzchnia W/m2 ּK4

Ciało doskonale czarne

metale szlachetne polerowane na wysoki połysk

metale nieszlachetne polerowane na wysoki połysk

aluminium surowe

aluminium polerowane

żelazo ,stal surowa z naskórkiem walcowniczym lub odlewniczym

miedź, skrobana

miedź oksydowana na czarno

mosiądz polerowany

brąz aluminiowy (brązal)

lakier emaliowany, śnieżnobiały

lakier do grzejników, kolor dowolny

farby olejne, kolory dowolne, również biały

szamoty, krzemiany [1000˚C]

węgiel (rozżarzony), ludzka skóra, świecący płomień, sadza

kafle (białe)

papa dachowa, drewno, papier, porcelana

gips, marmur, zaprawa murarska, tynk, cegła

lód, szkło, szron, woda

beton

5,67

0,1-0,3

0,15-0,40

0,40-0,50

0,29

4,3-4,7

0,5

4,5

0,3

2,0-2,5

5,2

5,2

5,1-5,6

3,5-4,1

4,7

5,0

5,2-5,4

5,2-5,4

5,44-5,5

5,3-5,4Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 1999, s.41

Wartość energii czyli Φ =σ ּT4 , otrzymana eksperymentalnie przez Stefana

i teoretycznie udowodniona przez Boltzmana jest prawdziwa tylko dla

ciała doskonale czarnego. W przypadku ciał szarych wyżej wymieniony

współczynnik absorpcji dołącza się do wzoru na obliczanie energii

promienistej i wzór ten przyjmuje postać:

34

a – współczynnik absorpcji zależny od koloru materiału

Na stałą promieniowania C nie ma wpływu kolor materiału

promieniującego, natomiast istotny wpływ ma tzw. współczynnik

absorpcji. Tak więc zdolność emisyjna jakiegoś ciała „E” ma się tak do

zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego „E” jak dwa współczynniki

absorpcji: α i αs, gdzie αs oznacza współczynnik absorpcji ciała doskonale

czarnego.

Jest to tzw. Prawo Kirchhoffa:

E – zdolność emisyjna ciała

Es - zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego

α i αs - współczynniki absorpcji

ponieważ αs =1 to ε=α.

Silnie promieniują ciała o wysokim współczynniku absorpcji w

przeciwieństwie do ciał polerowanych, gdzie ten współczynnik absorpcji

jest niski. Oczywiście zależności te odnoszą się do określonych długości fal

np. przy różnych zakresach fal, zmieniają się także współczynniki

absorpcji, ale przekazana idea promieniowania jest ta sama.

Gazy szlachetne, powietrze i gazy elementarne (CO2, NO2 i H2),

przepuszczają promieniowanie, a poza tym mają one niezależne

promieniowanie własne.

35

2.4. WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA.

Ilość ciepła wypromieniowanego przez ciało obliczamy ze wzoru:

E - ilość ciepła promieniowania [W]

C – stałą promieniowania [ W / m2 ּK 4]

T - temperatura absolutna [ K ]

Jeżeli to wzór Stefana – Boltzmana na emisję, czyli ilość ciepła

wypromieniowanego przez dane ciało. Aby natomiast ustalić ilość ciepła

otrzymanego w drodze promieniowania, należy wziąć pod uwagę różnicę

temperatur emitera i odbiorcy.

Poprzez wprowadzenie współczynnika przejmowania ciepła przez

promieniowanie s można określić ilość ciepła promieniowania, wzorem

podobnym do stosowanego przy przepływie ciepła:

Q = S ּ P ּ t = S ּ P ּ ( t1 - t2 ) , [ W ]

36

Q – ciepło promieniowania [W]

αs - współczynnik przejmowania ciepłaβ – wypadkowy współczynnik przejmowania ciepła przez promieniowanie

stanowiący wielkość w przybliżeniu:

nazywany jest również współczynnikiem temperaturowym.

Jeżeli różnice temperatur dla promieniowania i konwekcji są jednakowe, to

można wprowadzić wypadkowy współczynnik przejmowania ciepła αg

αg = αpr + αk

Tp – temperatura promieniowania [K]αg – wypadkowy współczynnik przejmowania ciepłaαpr – współczynnik przejmowania ciepła dla promieniowaniaαk – współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję

TABELA 2.4. Wartości wskaźnikowe współczynników przejmowania promieniowania S.

Współczynnik wnikania ciepła S

37

Różnice temperatur powierzchni ºC

Wypolerowanych powierzchni metalowych

Powierzchni nie metalowych

wszelkiego rodzajuW/m2K W/m2K

Od 0 do 10 Od 10 do 20 Od 20 do 50 Od 50 do 100

0,120,120,170,23

4,75,06,4

10,5Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 1999, s.44.

2.5. KĄTOWY WSPÓŁCZYNNIK PROMIENIOWANIA.

Rysunek 2.6. Stożek promieniowania z powierzchni dA1 na powierzchnię dA2

dA1

A2

Źródło: M. Kowalczyk: Promienniki podczerwieni ogrzewanie XXI wieku, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 2000, s.45.

38

Współczynnik promieniowaniaφ (współczynnik kątowy) jest to stosunek

promieniowania wysyłanego przez powierzchnie „1” i padająca na

powierzchnie „2” do całkowitego promieniowania emitowanego przez

powierzchnie „1”. Tylko część promieniowania „dA1” emitowanego

(zawarta w stożku) poda na powierzchnię A2.

Współczynnikiem kątowym promieniowania między powierzchniami A1 i

A2 jest stosunek promieniowania padającego na powierzchnię A2 do

całkowitego promieniowania dA1 stosując znany już współczynnik

promieniowania αs, można obliczyć ilość ciepła przeniesioną przez

promieniowanie na powierzchnię A2 za pomocą wzoru:

α – ilość ciepła promieniowania [W]

A1 - jest powierzchnią promieniującą,

A2 - powierzchnią napromieniowaną.

φ – współczynnik kątowy

αs – współczynnik przejmowania ciepła

c – stała promieniowania [W/m2/K4]

t1 i t2 – temperatury ciał [K]

Przy zmianie kierunku promieniowania na przeciwny, obowiązuje prawo

wzajemnego oddziaływania:

Gdy na powierzchnię A2 promieniuje A1 całą swoja powierzchnią należy

ustalić wartości średnie miejscowych współczynników kątowych.[7]

39

3. GRADIENT TERMICZNY I KOMFORT CIEPLNY.

3.1. GRADIENT TERMICZNY.

Gradient termiczny jest to zależność między różnicą temperatur na dwóch

różnych poziomach i odległością między tymi poziomami.

Zazwyczaj gradient termiczny odnosi się do pomieszczenia, w którym

temperaturę mierzy się odpowiednio blisko sufitu i na wysokości 1,5 metra

od ziemi. W urządzeniach z nadmuchem gorącego powietrza stwierdza się

znacznie wyższe temperatury przy suficie, niż przy podłodze. Jako że

powietrze cieplejsze (o mniejszym ciężarze właściwym) dąży do

podnoszenia się, co zwiększa rozproszenie cieplne. Mówimy wtedy o

dodatnim gradiencie termicznym.

40

Rysunek 3.1. Rozkład temperatur przy różnym ogrzewaniu.

Źródło: Systema Polska

Przy eksploatacji promienników radiacyjnych gradient termiczny jest

ujemny, jako że temperatura uzyskana na wysokości 1,5 m jest wyższa, niż

pod sufitem.

Wymagana jest więc mniejsza moc grzewcza dla uzyskania optymalnych

warunków. Aspekt ten przyczynia się do zmniejszenia strat ciepła w

pomieszczeniu, do obniżenia temperatury powietrza, a w konsekwencji do

oszczędności zużycia paliwa i lepszego samopoczucia ludzi.

W każdym pomieszczeniu występują różnice temperatury w kierunku

pionowym i poziomym, które zależą od rodzaju ogrzewania, wielkości

i temperatury grzejników, temperatury zewnętrznej, szybkości

przemieszczania się powietrza.

W ogrzewaniu konwencjonalnym gradienty są mniej korzystne przy

wysokich temperaturach i krótkich grzejnikach w porównaniu z

szerokością i wysokością okien. Tuż nad podłogą występują zawsze nieco

zimniejsze obszary, szczególnie przy nieszczelnych oknach.[2]

Taką równomierność ogrzewania (dobry gradient) uzyskuje się poprzez

solidną konstrukcję budowlaną, szczelne okna, oraz poprzez równomierne

ogrzewanie.

Najkorzystniejsze jest ogrzewanie sufitowe lub podłogowe z ew.

dodatkowymi grzejnikami pod oknami. Stosowane również coraz

powszechniej szyby zespolonej o współczynniku przeniknięciu rzędu 1,5-

41

2,0 W/m2 K co zmniejsza znacznie nierównomierność metodami

klasycznymi.

W pomieszczeniach nie wentylowanych uwarstwienie temperatury,

(gradient temperatury) w zasięgu przebywania człowieka nie powinien

przekraczać

ok. 3K/m, przy temperaturze pomieszczenia + 24C na wysokości 0,6 m

powyżej podłogi, a na podłodze temperatura ta powinna wynosić ok. 21C.

W pomieszczeniach wentylowanych, różnica temperatur na jednym

poziomie nie powinna przekraczać ± 2K w stosunku do wartości żądanych,

a w stosunku do urządzeń klimatyzacyjnych nie więcej niż ± 1,5K.

Natomiast w stosunku do osób siedzących, dopuszczalne odchylenie

uwarstwienia może być maksymalnie w granicach 1,5 –2,0K/m .

3.2. KOMFORT CIEPLNY.

Techniką zdrowia nazywana była dawniej technika ogrzewania i

klimatyzacji pomieszczeń przeznaczonych na stały pobyt ludzi i zwierząt.

Do zadań tej techniki należało stworzenie w pomieszczeniach warunków

dobrego samopoczucia, a przez zachowanie zdrowia zwiększenia

satysfakcji z wyników pracy. Człowiek jako istota ciepłokrwista o stałej

temperaturze ciała potrzebuje w trakcie spoczynku dla utrzymania

procesów życiowych, niezbędną ilość ciepła tj. 80-85 W/m2 ciała. W

związku z zasadą równowagi, obowiązującą w przyrodzie człowiek musi

otrzymać równowartość wydatkowanej energii, a wiec musi istnieć

równowaga pomiędzy ciepłem wytworzonym, a oddanym czy

zakumulowanym. Ogrzewanie organizmu następuje w organach

wewnętrznych człowieka tj. w wątrobie, sercu, nerkach, mięśniach,

42

jelitach, tkankach itp. natomiast wydalanie ciepła następuje poprzez

zewnętrzne członki takie jak: palce rąk, nóg, skórę. Ciepło wytwarzane jest

podczas powolnego spalania białka, tłuszczów, węglowodanów, poprzez

pobierany z powietrza tlen i proces metabolizmu. Jest tzw. ciepło jawne

(odczuwalne ). Obok ciepła jawnego występuje też ciepło ukryte, (ciepło

parowania ). W każdej godzinie człowiek wydala około 40 g pary wodnej.

Jeżeli wzrasta temperatura otoczenia i ogranicza odpływ ciepła jawnego, to

musi wzrastać odparowanie wody.

Jeżeli natomiast ograniczymy i odpływ ciepła i odpływ pary wodnej to

wprowadzimy organizm w stan chorobowy. Człowiek nie wykonujący

pracy, wdycha około 5 m3 powietrza, natomiast podczas wysiłku

maksymalnie od 8 do 9 m3. Wydychane powietrze ma temp.+ 35C i

wilgotność względną 95% i zawiera ono średnio około 17% O2 , 4% CO i

79% N.

System regulacji chemicznej dostosowuje do warunków zewnętrznych

(otoczenia) ilość wytwarzanego przez człowieka ciepła.

Rysunek 3.2. Rozkład temperatur funkcji wysokości.

43

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS,

Gdańsk 1999, s.49.

Regulacja fizyczna polega przede wszystkim na miejscowych lub ogólnych

zmianach ukrwienia skóry, zmniejszającego się przy spadku temperatury

otoczenia (bladnięcie) co obniża ciepłotę powierzchni ciała, a tym samym

obniża odpływ ciepła.

W temperaturach wyższych, ukrwienie skóry wzrasta

(zaczerwienienie), aby przez to zwiększyć oddawanie ciepła.

Nadmiernemu wzrostowi temperatury towarzyszy też zwiększona ilość

wydzielanego potu, który przez odparowanie z powierzchni skóry,

intensyfikuje chłodzenie powierzchni ciała człowieka. A zatem dobre

samopoczucie cieplne, to taki stan, gdy wymienione wyżej mechanizmy

regulacji nie są przeciążone,

44

a oddawanie ciepła do pomieszczenia (otoczenia) jest utrzymane na

optymalnym poziomie dla organizmu.

Na dobre samopoczucie wpływa szereg czynników:

- temperatura powietrza i jej równomierność w pomieszczeniu

- temperatura powierzchni otaczających

- wilgotność powietrza i jego zanieczyszczenie

- prędkość powietrza w strefie przebywania człowieka

- kierunek przepływu powietrza

- natężenie trwałego wysiłku fizycznego

- ubranie

a także cały inny szereg czynników psycho - fizycznych .

Mówiąc o temperaturze powietrza mamy tu na myśli średnie wartości

temperatury. Średnią tą określa się z codziennych odczytów temperatury w

godzinach 7 , 14 , 21 wg doświadczalnego wzoru.

[K]T – temperatura średnia [K]

Bardzo ważną sprawą przy omawianiu komfortu cieplnego jest wilgotność

powietrza, którym oddychamy.

Zawartość pary wodnej w powietrzu można określić w sposób następujący:

- jako względną wilgotność powietrza [w %]

- jako temperaturę termometru mokrego [w ºC]

- jako ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu [w mbar]

- jako zawartość pary wodnej odniesionej do 1 kg powietrza suchego

[w kg/kg lub g/kg]

45

Powietrze atmosferyczne zawsze zawiera pewną ilość pary wodnej, od ok.

0,5g

przy największych mrozach do 15g przy największych upałach. Tak

określoną zawartość pary wodnej w powietrzu nazywamy wilgotnością

bezwzględną.

Wzrost temperatury powoduje zwiększenie zawartości pary wodnej w

powietrzu i odwrotnie, zmniejszenie temperatury powietrza, to

jednocześnie zmniejszenie ilości pary wodnej w powietrzu. Wilgotność

względna powietrza to stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w

powietrzu do ciśnienia nasycenia pary wodnej w powietrzu. Stan nasycenia

powietrza parą wodną, występuje w chwili wykraplania się pary w postaci

mgły, określamy jako 100% wilgotności względnej. Wilgotność względna

to wielkość wynikająca z ilości suchego powietrza, w którym znajdują się

zmienne wielkości pary wodnej. Jeżeli zatem na 1kg suchego powietrza

przypada pewna ilość pary wodnej x, to całkowita masa mieszaniny

wynosić będzie : 1kg + x. Mówimy wtedy że bezwzględna wilgotność

powietrza wynosi x kg na każdy 1kg suchego powietrza.

Procesy fizycznej regulacji temperatury ciała ludzkiego mają za zadanie

oddawanie ciepła z organizmu, tak aby zachować stałą temperaturę ciała.

Oddawanie ciepła odbywa się zatem poprzez:

- konwekcję i przewodzenie ciepła ciała do powietrza otoczenia (ok.30%)

- promieniowanie ciepła z powierzchni ciała do otoczenia (ok. 45%)

- odparowanie wody z powierzchni skóry (ok. 10%)

- oddychanie (ok. 13%)

- wydzieliny i przyjmowanie pokarmów (2-3 % oddawanego ciepła).

W procesie chemicznej regulacji temperatury należy pamiętać, że podczas

spalania pokarmów, ilość wytwarzanego ciepła nie będzie nigdy mniejsza

od 1,2 W na każdy kilogram masy ciała. I tak człowiek o wadze 70 kg,

wytworzy ciepła o wartości ok. 85 W.[10]

46

Tabela 3.1. Oddawanie ciepła.

Rodzaj oddawanego ciepła Sposób i droga oddawania ciepła

droga sposób

Ciepło jawne

(odczuwalne) ok. 79%

Poprzez skórę człowieka Promieniowanie 46%

Przewodzenie i

konwekcja 33%

Ciepło ukryte (parowania)

Ok. 21%

Poprzez płuca Odparowanie 19%

Oddychanie 2%

Źródło: Recknagel 1995

Gdy ciało spoczywa to najwyższą temperaturę ma skóra człowieka. Wraz

ze wzrostem aktywności ruchowej lub zmiany temperatury otoczenia,

maleje temperatura ciała, a wzrasta ilość oddawanego ciepła do

otoczenia .np. przy wyparowaniu przez człowieka 1l wody, traci on ok.

2400 Kj. Wielkość parowania zależy od różnicy ciśnień pary wodnej nad

powierzchnią skóry i pary wodnej w powietrzu. W wyższej temperaturze

otoczenia pocenie będzie większe, gdyż wyższa jest wilgotność względna.

[5]

Różne są też ilości ciepła oddawane przez poszczególne części ciała. Jeżeli

przyjąć, że ubrany człowiek oddaje ok. 60W/m2 to dla:

- rąk wynosi to 75W/m2 przy temp. skóry + 28ºC

- głowy ok. 115W/m2 przy temp . +33ºC

- nóg (spody stóp) ok. 145W/m2 przy temp .+29ºC.

- Jak widać z tego nogi są najbardziej obciążone odprowadzaniem ciepła

z człowieka. Jak wiadomo z praktyki najczęstsze są zachorowania

spowodowane przemarznięciem nóg.

47

- Ciało ludzkie, jak i każde inne ciało posiadające temperaturę wyższą od

zera bezwzględnego, jest także źródłem promieniowania

podczerwonego.

- Komfort ciepła określają receptory zimna znajdujące się na całej skórze

człowieka, oraz receptory ciepła znajdujące się w rdzeniu mózgowym.

Receptory te sterują całą gospodarką cieplną człowieka. Gdy

temperatura skóry spada poniżej 33º C, człowiek zaczyna odczuwać

marznięcie, natomiast gdy temperatura rdzenia mózgowego, równego

temperaturze błony bębenkowej, wzrasta ponad 37 ºC, zaczyna się

pocenie. Jeżeli zatem te wielkości nie są przekraczane, możemy tu

mówić już o komforcie cieplnym.

- Jako optymalną dla sezonu grzewczego przyjmuje się temperaturę

powietrza +20ºC mierzoną na wysokości 1,5 nad podłogą, poza strefą

bezpośredniego oddziaływania urządzeń grzejnych. Temperatury

podwyższonej mogą wymagać tylko osoby chore lub starsze. Jak jednak

wiadomo, występują tu odchylenia indywidualne. Przeważnie jednak

zakres temperatur pomiędzy 19 a 21ºC jest traktowany w zimie jako

optymalny.

Rysunek3.3. Średnia temperatura promieniowania

48

Źródło: Kaspo – Czechy.

Inaczej przedstawia się odczuwanie temperatury w okresie letnim, gdzie

często temperatura przekracza + 20ºC, jako temperaturę optymalną

można wtedy przyjmować średnią temperaturę arytmetyczną.

Jeżeli zatem temperatura zewnętrzna zewnętrzną wynosić będzie +28

ºC, to w pomieszczeniach stałego pobytu ludzi powinna być

temperatura

49

ok. +24ºC. W pozostałych pomieszczeniach jak kuchnie, toalety,

przedpokoje itp. temperatury powinny być mniejsze. Poza wpływami

temperatury powietrza i ścian istotnym czynnikiem wpływającym na

komfort cieplny jest wilgotność powietrza, ponieważ część ciepła

człowieka oddaje przez odparowanie.

Odparowanie zależy w tych samych warunkach od różnicy ciśnienia

pary wodnej na powierzchni skóry i pary wodnej zawartej w powietrzu.

W temperaturze + 20ºC oddawanie ciepła przez odparowanie nie ma

istotnego wpływu na oddawanie ciepła przez człowieka, dopiero przy

wzroście temperatury powietrza i wzroście wilgotności powietrza,

człowiek odczuwa pogorszenie komfortu cieplnego.

Kolejnym elementem wpływającym na komfort cieplny jest ruch

powietrza.

Ruch ten ma duży wpływ na komfort cieplny, szczególnie w

zamkniętym pomieszczeniu gdzie ruch cząsteczek powietrza

odczuwalny jest jako dyskomfort. Ruch powietrza, w którym powietrze

ma temperaturę niższą od temperatury powietrza w pomieszczeniu

stwarza uczucie zimna i przewiewu i nosi nazwę przeciągu. Z kolei

minimalny ruch powietrza jest konieczny dla utrzymania wymiany

powietrza i przenoszenia ciepła.

3.3. WARTOŚCI IZOLACYJNE ODZIEŻY.

50

Ubranie ma duży wpływ na komfort cieplny. Wartość izolacyjna podana

jest zazwyczaj w „clo” (clothing) = 155 m2·K/kW, a jako wartość fizyczna

oporu przewodzenia ciepła przyjmuje postać wzoru:

Rλ – opór przewodzenia [m2K/kW]

l – wartość izolacyjna odzieży [m2K/kW]

I tak np. wartości izolacyjne odzieży w zależności od rodzaju ubrania

przedstawiają się następująco:

TABELA 3.2 Wartości izolacyjne odzieży

Rodzaj ubrania [m2 K/kW]- clo

Bez ubrania

Lekkie ubranie ( szorty , koszula )

Ubranie pełne ( spodnie ,koszula, skarpety, buty)

Normalne ubranie robocze

Ciepłe ubranie zimowe

Ubranie na pogodę zimową

Ubranie na duże mrozy

0

80

100

100 - 160

200

250 - 300

450 - 600

0

0,5

0,65

0,8 - 1,0

1,25

1,6 - 2,0

3,0 - 4,0

Źródło: Recknagel 1995

Tak więc pięć podstawowych elementów decydujących o komforcie

cieplnym tj. temperatura powietrza, temperatura powierzchni ścian,

wilgotność powietrza, ubranie i prędkość powietrza.

Wyróżnia się także inne czynniki wpływające na komfort, oczywiście

wpływ ten nie jest jednoznaczny i zasadniczy, tym nie mniej wpływa on na

ocenę stopnia komfortu cieplnego.

Do tych pozostałych elementów zaliczyć można:

51

wpływ zawartości jonów w powietrzu, promieniowanie radioaktywne,

hałas, oświetlenie, zapylenie powietrza, oraz gazy, pary i zapachy, a także

trudne do określenia taki zjawiska jak:

barwa ścian, kolor sufitów, rodzaj mebli i wykładzin, kwiaty, zieleń, pole

elektryczne itp.[5]

Istotnym warunkiem komfortu jest oświetlenie. Jest to jeden z

podstawowych wymogów dobrego samopoczucia. Jednostką natężenia

światła jest luks. Istotną cechą oświetlenia jest też jego barwa i jasność.

Szczegółowe dane dotyczące oświetlenia dla poszczególnych stanowisk

pracy zawierają Polskie Normy.

3.4. SKALA OCENY KOMFORTU CIEPLNEGO.

Na skalę komfortu cieplnego składają się następujące parametry :

- temperatura powietrza

- średnia temperatura powierzchni ścian

- wilgotność

- prędkość powietrza

Podstawowym wymogiem obok dostarczenia odpowiedniej temperatury w

pomieszczeniu jest dostarczenie świeżego powietrza i możliwie niskiego

poziomu hałasu. A zatem na komfort cieplny składa się szereg parametrów

przy czym i tak określenie stopnia komfortu jest odczuciem

indywidualnym.

Stworzenie „sumarycznego komfortu cieplnego” napotkało szereg

trudności w przejęciu odpowiedniej skali. I tak przyjęto najpierw

temperaturę skóry człowieka jako miernik komfortu cieplnego.

Odpowiednikiem jest tu temperatura czoła głowy, która ma w przybliżeniu

temperaturę równą temperaturze skóry. Ten sposób badania stopnia

52

komfortu cieplnego okazał się zawodny, a to z uwagi m.in. na fakt, że

wartość temperatury skóry ludzkiej zależy od stanów powietrza i

wilgotności i jest równa dla różnych powierzchni skóry człowieka.

Zastosowanie termometru Kata, gdzie mierzy się temperaturę za pomocą

katatometru jest także zawodne, ponieważ nie uwzględnia się tu wartości

wilgotności powietrza i ruchu powietrza, oraz temperatury powietrza.

Termometr Kata zbudowany jest jako termometr najczęściej rtęciowy o

skali od 35 do 38 ˚C .

Frigorimetry Davosera używane są do pomiaru energii grzewczej, którą

doprowadza się do zaczernionej kuli o średnicy 7,5 cm utrzymywanej w

stałej temperaturze i rejestruje się odchylenia.

Termometr Misseranarda to inaczej „termometr wynikowy” rejestrujący

wyniki temperatury przy pomocy zaczernionej kuli miedzianej, owiniętej

kawałkiem gumy ze znajdującym się w środku termometrem rtęciowym.

Temperatura równoważona mierzona jest też za pomocą termometru

Duftona, gdzie pomiar dokonywany jest na podstawie zmiennej wartości

prądu elektrycznego płynącego w termometrze i ogrzewającego cylinder

eupatoskopu.

Termometr kulisty Vernona służy do mierzenia tzw. „temperatury

odczuwalnej” i jest to pomalowana na czarno kula miedziana w której w

części środkowej znajduje się termometr rtęciowy, przy czym czas

osiągania „równowagi” temperatury wynosi ok. 15 min.

Do określania komfortu cieplnego stosuje się równanie komfortu cieplnego

Fangara.

Top – temperatura skuteczna (odczuwalna) [K]

Ta – temperatura powietrza [K]

53

Tmr – średnia temperatura promieniowania [K]

Temperaturę skuteczną mierzy się specjalnym aparatem zwanym

globotermostatem, który specjalnymi sondami odczytuje temperaturę

powietrza, średnią temperaturę promieniowania otaczających powierzchni i

automatycznie oblicza temperaturę skuteczną (temperatura dobrego

samopoczucia). Odczytana przy pomocy globotermostatu temperatura

skuteczna jest podawana do zespołu sterującego promiennikiem powodując

ciągłe utrzymanie warunków komfortu na stanowiskach pracy oraz nie

dopuszcza do zbyt dużego poboru paliwa.

W pomieszczeniach ogrzewanych gazowymi promiennikami podczerwieni

otrzymuje się temperaturę powietrza niższą, podczas gdy ściany mają

temperaturę wyższą poprzez to, że w trakcie ogrzewania otrzymały one

odpowiednią „dawkę” ciepła stwarzając przez to wrażenie dobrego

samopoczucia. Umożliwia to znaczną redukcję urządzeń grzewczych, gdyż

rozproszenia termiczne są znacznie mniejsze. Dzieje się to dlatego, że

energia emitowana przez promienniki zmienia się w ciepło w kontakcie z

powierzchnią ścian, podłóg, maszynami oraz ludźmi. W przypadku niskich

temperatur ścian

(ogrzewanie konwekcyjne) następuje wyrównanie podwyższoną

temperaturą powietrza i na odwrót - wyższa temperatura ścian ogrzewa

niską temperaturę powietrza (ogrzewanie przez promieniowanie).

Należy nadmienić, że wilgotność względna otrzymywana przy stosowaniu

promienników występuje w granicach optymalnych 50 – 60%.

3.5. CELOWOŚĆ STWARZANIA OPTYMALNYCH

WARUNKÓW PRACY.

54

Już ponad pół wieku temu uświadamiano sobie konieczność

ogrzewania (w zimie) stanowisk pracy, ale dopiero obecne wyniki badań

ekonomicznych potwierdzają, że opłacalne jest inwestowanie w urządzenia

stwarzające komfortowe warunki pracy.

Stwierdzić można, że w zimie staranne wykonanie ogrzewania zaowocuje

wzrostem wydajności pracy nawet o 15-20%.

Zaobserwowano np, że szybkość pracy maszynistek maleje

o 25-30%,gdy temperatura obniży się o ok.5 K poniżej poziomu komfortu.

Zaobserwowano również, że zręczność manualna maleje o ok. 10%, a

zręczność palców aż o 30%, gdy temperatura jest niższa o ok. 10 K od

poziomu warunków komfortu.

Zauważono, że temperatura zbyt niska powoduje również

zwiększenie występowania wypadków przy pracy w budynkach

przemysłowych. I tak zmniejszenie temperatury o 5 K spowodowało

wzrost częstotliwości wypadków o 15%. Skalę zagadnienia przedstawia

tabela.

TABELA 3.3 Wpływ temperatury na liczbę wypadków.

Zmiana temperatury otoczenia na

stanowisku

Pracy w odniesieniu do warunków

komfortu.

^t [K]

Względny przyrost częstotliwości

wypadków.

[%]

55

5 25

-5 15

-10 35

Źródło: Poradnik Instal 96

W niżej podanych ocenach wykorzystano normę PN-85/N-08013.

Wytwarzanie energii metabolicznej jest funkcją aktywności fizycznej

człowieka.

TABELA 3.4. Ilość wytwarzanej energii metabolicznej

przez ludzi.Aktywność Wytwarzanie energii

metabolicznej

W /m2

Wypoczynek w pozycji

Półleżącej

Siedzącej

Stojącej

46

58

70

Aktywność niewielka w pozycji siedzącej 70

Aktywność niewielka w pozycji stojącej 93

Aktywność średnia w pozycji stojącej 116

Aktywność duża 174

Źródło: PN-85/N-08013

W tabeli przyjęto, że temperatura powietrza równa jest temperaturze

promieniowania, wilgotność powietrza wynosi 50%, a prędkość powietrza

jest mniejsza niż 0,1 m/s.

56

TABELA 3.5. Optymalna temperatura na stanowiskach pracy

Rodzaj

aktywności

Optymalna temperatura C

Aktywność

niewielka w

pozycji

siedzącej

25 23 21 18

Aktywność

niewielka w

pozycji

stojącej

23 21 19 15

Aktywność

średnia w

pozycji

stojącej

21 19 17 12

Aktywność

duża

17 14 11 4

Zalecany

rodzaj odzież

Lekka odzież

letnia

Lekka odzież

robocza

Typowa

odzież zimowa

noszona w

domu

Typowa

odzież zimowa

noszona do

pracy

Żródło: PN-85/N-08013

4. GAZ ZIEMNY JAKO ŹRÓDŁO ENERGII DLA

PROMIENNIKÓW PODCZERWIENI.

4.1. WIADOMOŚCI OGÓLNE.

57

Wartość cieplna jest zbiorczym określeniem wartości opałowych.

Wartość opałowa H0 w kWh/m3 względnie w kWh/kg jest ciepłem

uwolnionym przy pełnym spaleniu jednego metra sześciennego gazu (faza

gazowa) – obliczonym w stanie normalnym - lub jednego kilograma gazu

(faza ciekła), jeżeli końcowy produkt przy spalaniu ma temperaturę 25°C a

powstająca przy tym woda jest w stanie ciekłym.

Wartość opałowa Hu gazu w kWh/m3 względnie w kWh/kg jest ciepłem

uwolnionym przy pełnym spaleniu jednego metra sześciennego gazu (faza

gazowa - obliczonym w stanie normalnym - lub jednego kilograma gazu

(faza ciekła), jeżeli początkowe i końcowe produkty spalania mają

temperaturę 25°C i powstająca przy tym spalaniu woda występuje w

postaci pary.

Inaczej wartość opałową stanowi ciepło spalania pomniejszone o

ciepło parowania wody wydzielonej z paliwa podczas procesu spalania.

Jest to wielkość (średnio) mniejsza od ciepła spalania o ok. 10%. Jest to

ciepło większe od wartości opałowej o tę ilość ciepła, jaka jest potrzebna

do odparowania wody zawartej w paliwie.

Rozróżnia się górną wartość opałową H0 i dolną wartość opałową Hu

w zależności czy ciepło parowania wody uwzględnia się czy też nie.

Ponieważ paliwa gazowe zawierają wodór H a zatem w paliwach tych

występuje para wodna powstająca przy spalaniu, w związku z tym przy

obliczeniach parametrów spalania należy brać pod uwagę dolną wartość

opałową.

Wartość opałową górną obliczamy wg. wzoru:

H0 = Hu + r (9h + w)/100 [kJ / kg lub kJ / m3]

Ho – wartość opałowa w stanie gazowym [kJ/m3]

58

Hu - wartość opałowa w stanie ciekłym [kJ/m3]

r - ciepło parowania wody = 2.500 kJ/kg lub 2.000 kJ/m3 przy 0°C

w - zawartość wody w paliwie w [%],

h - zawartość wodoru w paliwie w [%]

Jednostkami ilości ciepła (praca, energia) jest watosekunda (Ws) lub

dżul (J). [11]

4.2. OBCIĄŻENIE I WYDAJNOŚĆ CIEPLNA.

Wielkością obciążenia cieplnego (Qb) w kW lub w kJ/s przyrządu

gazowego jest doprowadzony do niego gaz w czasie, odniesiony do

wartości opałowej butanu. Jeżeli natomiast odnosi się to do wartości

opałowej propanu, to występujące obciążenie zmniejsza się o 14% (z uwagi

na inną wartość kaloryczną propanu). Takie wartości cieplne przyrządów

gazowych można odnieść do każdego gazu.

Znamionowa wydajność cieplna (QNI) W kW lub w kJ/s jest

wytworzoną w czasie, w przyrządzie gazowym, przy znamionowym

obciążeniu ilością użytecznego ciepła, odniesioną do wartości opałowej

gazu19.

Całkowita znamionowa wydajność cieplna, ΣQNL jest sumą

znamionowych wydajności cieplnych, ustawionych w pomieszczeniu

palenisk lub promienników, mogą wspólnie pracować. Jeżeli urządzenia

zabezpieczające gwarantują, że z palenisk lub promienników każdorazowo

tylko jedno lub kilka, w określonej kombinacji, mogą wspólnie pracować,

wówczas miarodajne dla określenia całkowitej znamionowej wydajności

cieplnej są każdorazowo tylko znamionowe wydajności tych palenisk lub

promienników, które mają równocześnie pracować.[8]

59

Wydajność (moc) przyłączeniowa, w (m3/s) jest godzinowym

zużyciem gazu jednego przyrządu gazowego przy znamionowym

obciążeniu cieplnym. Przy przeliczaniu między znamionowym

obciążeniem cieplnym i wydajnością (mocą) przyłączeniową brana jest za

podstawę dla ciekłego gazu wartość

opałowa Hu = 12,87 kWh/kg.

Wartość obciążeniowa jest ilością gazu w m3/s płynącego przez

przewód zasilający przy uwzględnieniu wszystkich wydajności (mocy)

przyłączeniowych, które są równocześnie używane34.

Zgodnie z definicją wartość obciążenia cieplnego możemy wyrazić

wzorem:

Q = H0 • V [J/s]

Q – obciążenie cieplne przyboru [J/s],

H0 – ciepło spalania [MJ/m3] lub [J/g],

V – natężenie wypływu gazu z dyszy [m3/s].

Z kolei ilość gazu „V”, wypływającego z dyszy palnika, można określić ze

wzoru:

V = P • ω = P • α √2Δp/pg [m3]P – powierzchnia przekroju dyszy [m2], lub[mm2],

ω - liniowa prędkość wypływu gazu z dyszy [m/h],

α – współczynnik wypływu gazu z dyszy (bezwymiarowy)

Δp – różnica ciśnień przed wylotem i za wylotem z dyszy palnika [Pa],

pg – gęstość bezwzględna gazu [kg/m3].

60

4.3. ILOŚĆ POWIETRZA DO SPALANIA ORAZ SPALINY

Ilość powietrza potrzebną do całkowitego spalenia paliwa nazywa się

teoretyczną ilością paliwa i oznacza Lmin. Niestety jest to zbyt mała ilość

powietrza w stosunku do rzeczywistości.

Stosunek ilości powietrza potrzebnego do spalenia paliwa

rzeczywistego do ilości teoretycznej nazywa się współczynnikiem

nadmiaru powietrza i oznacza jako „lambda” λ.

Produktami spalania są: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i para

wodna. Niektóre paliwa nie zawierają siarki, w związku z tym nie

występują tam tlenki siarki (oraz niekiedy tlen, przy lambda >1.[8]

Teoretyczną ilością powietrza potrzebną do spalenia paliwa stałego i

ciekłego (bez siarki) obliczamy wg wzoru:

22,4 – objętość molowa gazów w [m3/kg]

0,21 – zawartość tlenu w powietrzu w [m3/kg]

Lmin – min. ilość powietrza [m3/kg]

Ilość suchych spalin (bez siarki i azotu) wynosi:

Vsp = 1,85c + (λ – 1) • 0,21 Lmin + λ • 0,79 Lmin

Vsp= 1,85c + (λ – 0,21) • Lmin [m3/kg]

Vsp - ilość suchych spalin [m3/kg]

λ - współczynnik nadmiaru powietrza

61

Ilość spalin wilgotnych jest większa od zawartości pary wodnej w

spalinach, bowiem para wodna w spalinach pochodzi nie tylko ze spalania

wodoru zawartego w paliwie, ale także w wilgoci zawartej w powietrzu

używanym do spalania.

Przybliżony wzór na obliczanie minimalnej ilości powietrza

potrzebnego do spalenia paliwa gazowego przybiera postać:

Lmin = 0,25 m3 na 1000 kJ

Lmin = 0,9 m3 na 1 kWh

Rzeczywista ilość powietrza potrzebna do spalenia paliwa gazowego

wynosi:

L = λ • Lmin [m3/m3]

L - Rzeczywista ilość powietrza potrzebna do spalenia paliwa gazowego [m3/m3]

Ilość spalin wilgotnych (bez wilgoci z powietrza).

VSW = λ • Lmin + 0,5(CO + H2) + (m/4) CnHm +

CO2 + O2 + N2=

62

ilość gazu + λLmin - 0,5(CO + H2) – (1 - m/4) •

CnHm [m3/m3]VSW - ilość spalin wilgotnych [m3/m3]

Ilość pary wodnej w spalinach:

H2 + (m/2) CnHm [m3/m3]

Zmniejszenie objętości (zmiana objętości gazu przy spalaniu) między

ilością gazu z powietrza a ilością spalin wilgotnych:

ΔV = 0,5(CO + H2) + (1 - m/4) • CnHm [m3/m3]

Przy paliwach stałych i ciekłych należy dolną jednostkę wartości opałowej

Hn w kJ/kg, a przy jednostkach gazowych w kJ/m3.

Przybliżone ilości powietrza do spalenia oraz ilość spalin wynoszą:

powietrze: L = λ • Lmin spalin: Vsp = Vmin + (λ –1)

4.4. PRĘDKOŚĆ SPALANIA GAZU, GRANICE ZAPŁONU

GAZU,CIŚNIENIE GAŚNIĘCIA I TEMPERATURA

PŁOMIENIA.

Prędkość spalania to prędkość, z jaką przesuwa się płomień

względem mieszaniny gazu i powietrza lub mieszaniny i tlenu.[11]

63

Granica ta wyraża taka zawartość gazu w mieszaninie z powietrzem

(tlenem), pomiędzy którym zachodzi spalanie gazu.

Dolna granica zapłonu przedstawia minimalną zawartość paliwa

gazowego, poniżej której powstanie zapłonu paliwa nie jest możliwe.

Górna granica to maksymalna ilość paliwa w mieszaninie. A zatem proces

spalania nie zachodzi przy mieszaninach, gdzie zawartość paliwa jest

poniżej dolnej granicy zapłonu oraz nie zachodzi także tam, gdzie jest

przekroczona górna granica zawartości paliwa. Zawiera się on, zatem w

przedziale od – do.

Taką granicę zapłonu obliczamy wg wzoru (Le Chateliera):

V1, V2, ... Vn – zawartość składników mieszaniny (w % objętości),

G1, G2, ... Gn – dolna lub górna granica zapłonu składników mieszaniny,

Gz – granica zapłonu.

Prędkość przesuwania się płomienia u wylotu palnika waha się w

granicach od 3 do 5 m/sek. w zależności od właściwości gazu palnego,

ilości powietrza w mieszaninie, powierzchni przekroju rury itp.

Spalanie ustabilizowane gazów palnych przebiega wg n/w reakcji

chemicznych:

tlenek węgla – 1CO + 0,5 O2 + 1,88N2 = 10CO2 +1,88 N2

wodór – 1H2 + 0,5N2 = 1H2O + 1,88 N2

metan – 1CH4 +2O2 + 7,52 N2 = 1CO2 + 2H2O + 7,52N2

propan - 1C3H8 : 5O2 + 18,8 N2 = 3CO2 + 4H2O + 18,8N2

butan - 1C4H10 + 6,5O2 + 24,44 N2 = 4CO2 + 5H2O + 24,44N2

64

Aby spalanie mogło zajść potrzebne jest jeszcze podgrzanie

mieszaniny gazu i powietrza do temperatury zapłonu.

Ciśnienie gaśnięcia

Jest to takie ciśnienie, przy którym płomień odrywa się od palnika na

skutek zbyt dużej szybkości wypływu gazu.

Maksymalna temperatura płomienia [oC]

Jest to temperatura płomienia przy jego wylocie z dyszy i dla propanu

wynosi ona 1725 oC przy zawartości gazu w mieszaninie z powietrzem w

wysokości 4,2% objętości a dla butanu wynosi odpowiednio 1900 oC i

3,2%.[11]

4.5. SPOSOBY OBLICZANIA ZUŻYCIA PALIW

PŁYNNYCH.

.

Roczne zapotrzebowanie na paliwo można obliczyć wg wzoru

Hottingera5:

65

24 h = 86400 sekund,

B - roczne zapotrzebowanie na paliwo [kg/r],

Q - zapotrzebowanie na moc cieplną w całym budynku [kW],

Sd - liczba stopniodni okresu ogrzewania w danej miejscowości,

y - współczynnik zmniejszający, zależny od sposobu eksploatacji

urządzenia, a - współczynnik zwiększający stosowany w

pierwszych sezonach ogrzewania, za pomocą którego uwzględnia

się dodatkową moc cieplną na suszenie budynku i pokrycie strat

ciepła przez nieotynkowane ściany zewnętrzne,

Qi - wartość opałowa paliwa [kJ/kg],

ηw - sprawność urządzenia c.o. z uwzględnieniem sprawności kotłów i

wewnętrznej sieci w budynku,

ηs - sprawność zewnętrznej sieci przewodów, którymi doprowadza się

czynnik grzejny z kotłowni do poszczególnych budynków (ustalana

najczęściej szacunkowo w przedziale 0,5 - 0,8),

ti - średnia temperatura wewnętrzna budynku obliczona jako średnia

ważona wszystkich wartości temperatury we wszystkich

pomieszczeniach w budynku,

te,- obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego w danej strefie

klimatycznej.

W szacunkowych (orientacyjnych) obliczeniach zapotrzebowania na

paliwo dla c.o. można zastosować tu prosty wzór Recknagla

B = f • Q [kg/r]

B - jak w poprzednim wzorze,

Q - zapotrzebowanie na moc cieplną w całym budynku [W],

66

f - współczynnik zużycia paliwa.

współczynnik „f”

- koks 0,40

- węgiel kamienny 0,45

- węgiel brunatny 0,58

- gaz ziemny 0,25

- olej opałowy 0,20

We wzorze tym nie uwzględniono okresu trwania sezonu

ogrzewczego ani występującej w tym czasie na danym terenie temperatury

powietrza zewnętrznego.[5]

4.6. DOPUSZCZALNE STĘŻENIA CO I NOX W

POMIESZCZENIACH ZE SPALANIEM GAZU.

Zgodnie z normą PN-87/M-40307 dopuszczalne zawartości zanieczyszczeń

wynoszą:

- dla ogrzewaczy konwekcyjnych: CO – 0,05% objętości

NOx – nie określa się

67

Natomiast przy ogrzewaczach promiennikowo – konwekcyjnych brak jest

dopuszczalnych wartości zanieczyszczeń.

Norma PN-95/M-35350 podaje:

- dla kotła grzewczego: CO – 28 g/GJ

NOx - 120 ppm przy gazie ziemnym

-180 ppm przy gazie płynnym

Zgodnie z wymaganiami PN-86/M-35001 dopuszczalne zanieczyszczenia

wynoszą:

- dla rury promieniującej: CO – 0,10% objętości

NOx - nie określa się

- dla ogrzewacza promiennikowo – konwekcyjnego nie określa się.

- Dla palników przemysłowych w przedziale mocy 10 kW – 10 MW:

CO – 0,10% objętości

NOx - nie określa się

Dla porównania wartości dopuszczalnych zanieczyszczeń np. w Niemczech

w odniesieniu do palników gazowych wynoszą:

CO – 60 mg/kWh = 55 ppm

NOX – 80 mg/kWh = 45 ppm

(„błękitny anioł” )

Dla potrzeb firmy Solaronics Instytut GniG na podstawie PN-86/M-40305

określił przy promienniku zasilanym gazem GZ – 50 zawartość CO w

spalinach

rzędu 0,0014% objętości przy wymaganej 0,05%.

Przy zasilaniu gazem GZ – 35 wartość ta wyniosła 0,0055% objętości.

68

Należy podkreślić, że dopuszczalne stężenie w przypadku kotłów

grzewczych wynosi:

CO – 28 g/GJ = 92 ppm

NOx - 35 g/GJ = 70 ppm

Natomiast dla pozostałych urządzeń stężenie NO nie jest określane.

Sytuacja się zmieni, kiedy w Polsce zaczną obowiązywać przepisy Unii

Europejskiej.[9]

4.7. WYTYCZNE MONTAŻOWE INSTALACJI GAZOWEJ.

4.7.1. OGÓLNE ZASADY SYTUOWANI WEWNĘTRZNYCH

INSTALACJI GAZOWYCH W OBIEKTACH.

- Przewody instalacji gazowej nie mogą być prowadzone przez

pomieszczenia, w których sposób ich użytkowania może spowodować

69

naruszenie stanu technicznego instalacji lub może wpłynąć na

parametry eksploatacyjne gazu.

- Przewodów instalacji gazowych na gaz ziemny nie należy układać

ponad stropem ostatniej kondygnacji użytkowej ani pod powierzchnią

podłogi.

Nie dotyczy to instalacji na gaz płynny. Przewodów gazowych nie

można montować w windach, zsypach, kominach i kanałach

wentylacyjnych.

Przewody z gazem płynnym nie powinny być prowadzone po

zewnętrznej stronie budynku ( ostatecznością może być tylko instalacja

biegnąca w odległości 1 m od instalacji odgromowej).

- Przewody gazowe na kondygnacjach naziemnych, powinny być

prowadzone na powierzchni ścian o ile to możliwe w bruzdach. W

sutenerach i piwnicach przewody można prowadzić tylko po ścianach.

- Jeżeli przewód jest umieszczony w bruździe, to może być ona otwarta,

osłonięta nie uszczelnionym ekranem lub wypełniona masą tynkarską

nie powodującą korozji przewodów stalowych. Nie dopuszcza się

wypełnienia bruzd zaprawą z gipsem, wapnem i cementem.

Wypełnić bruzdy można po ówczesnej próbie szczelności.

- Odległości w świetle innych przewodów ( c.o, elektrycznych, wodnych

itp.)

Musi umożliwić wykonywanie prac konserwatorskich i naprawczych i

powinna wynosić min. 10cm. Natomiast przy krzyżowaniu się

przewodów odległość powinna wynosić min. 2 cm.

- Poziome odcinki z gazem ziemnym powinny być umieszczone powyżej

innych przewodów instalacyjnych, natomiast przy gazach płynnych

poniżej (przede wszystkim przewodów elektrycznych i urządzeń

iskrzących).

70

- Przewody gazowe przechodzące przez ściany, stropy powinny być w

rurach osłonowych.

- Urządzenia elektryczne należ umieszczać w odległości nie mniejszej

niż 0,6 m od pionowych przewodów instalacji gazowych. Gdy jest to

niemożliwe należy zainstalować przegrodę z materiału niepalnego.

- Przewodów gazowych nie można stosować jako przewodów

uziemiających i wspornikowych dla innych elementów.

- Uchwyty do montażu instalacji gazowej powinny być wykonane z

materiałów ogniotrwałych, a odległość między nimi nie powinna

przekraczać 3 m.

- Po wykonaniu próby szczelności należy przewody zabezpieczyć

antykorozyjnie (oprócz miedzianych, które trzeba odpowiednio

oznakować).

- Armaturę odcinającą itp. należy tak umieścić, żeby był do niej łatwy

dostęp.

Zbiorniki i elementy umieszczone pod ziemią muszą być oznakowane

odpowiednimi tabliczkami.[12]

4.7.2. MATERIAŁY INSTALACYJNE.

Materiały, które możemy zastosować do poprowadzenia instalacji gazowej

to:

- rury stalowe spełniające wymagania normy PN – 80/H-74219 oraz I

części załącznika do „Zarządzenia Nr 47 Ministra Przemysłu w sprawie

71

warunków technicznych w wykonaniu i odbioru robót budowlanych

sieci gazowych.”

- rury miedziane spełniające powyższe rozporządzenie oraz „wytycznymi

projektowania i odbioru instalacji gazowych z miedzi” wydany przez

Wielkopolski Okręgowy Zakład Gazownictwa, można się również

posiłkować wytycznymi COBRTI „Instal”

W krajach Unii Europejskiej obowiązuje Norma Opracowana przez

Europejskie Centrum Normalizacji (ECN) EN 1057.

- rury z tworzyw sztucznych zgodne z normą PN-70/C-89015 oraz z

normą ISO – 4437.[9]

4.7.3. ZASADY MONTAŻU GAZOMIERZY.

Instalowanie, rozruch i eksploatację należy prowadzić zgodnie z

„dokumentacją techniczno-ruchową (dtr) wydaną przez producenta.

Wymagania dotyczące stacji pomiaru gazów reguluje

Norma Zakładowa PGNiW ZN-94/G-1003 „Pomiary paliw stałych”,

budowę stacji gazowych określają przepisy zawarte w rozdziale 1

Rozporządzenia Ministra Przemysłu i Handlu z dn. 14.11.95.( Dz.U. Nr

139/95, poz. 686)

4.7.4. SYSTEMY SZYBKIEGO ODCIĘCIA GAZU.

Zastosowanie trójdrogowego, elektromagnetycznego zaworu Ex w

konfiguracji z zaworem szybkozamykającym:

Rysunek 4.1. Przykład zabezpieczenia przed wypływem gazu.

72

Źródło: Instalacje gazowe. R. Zajada COBO – Profil. Warszawa 1997 r.

Inne możliwości bezpiecznego eksploatowania urządzeń gazowych, np.:

- współpraca z aktywnymi systemami bezpieczeństwa instalacji gazowej

- połączenie z programatorem czasowym

- podłączenie impulsu zasilającego z dowolnego układu automatyki

- możliwość zdalnego sterowania zamknięciem zaworu

szybkozamykającego

- podłączenie do instalacji uruchomianej tonowoz aparatu telefonicznego.

[9]

5. WENTYLACJA W POMIESZCZENIACH

OGRZEWANYCH PRMIENNIKAMI GAZOWYMI

Przy stosowaniu wentylacji w pomieszczeniach, gdzie występuje

ogrzewanie promiennikowe należy pamiętać o kilku podstawowych

73

wytycznych. Przyjmuje się, że różnica temperatury w pomieszczeniach

wentylowanych wynosi zwykle Δt = 3 – 5 K, a w pomieszczeniach

klimatyzowanych Δt = 2 – 10 K.

W przypadku gdy głównym zanieczyszczeniem jest powstająca tam

para wodna, to strumień objętości powietrza wentylacyjnego obliczamy ze

wzoru:

VW – strumień objętości powietrza wentylacyjnego [m3/sek]

W – zyski wilgoci (pary wodnej) w pomieszczeniu [kg/sek]

Xp – zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym [kg/sek]

Xn – zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym [kg/sek]

ρ – gęstość powietrza wilgotnego [kg/m3]

Jeżeli w pomieszczeniu wydzielają się zanieczyszczenia gazowe, pyłowe i

pary toksyczne, to strumień objętości powietrza wentylacyjnego oblicza się

ze wzoru:

VW – strumień powietrza wentylacyjnego [m/s]

φ - współczynnik nie równomierności wydzielania się zanieczyszczeń i ich

rozprzestrzeniania się w pomieszczeniu,

Z – strumień zanieczyszczeń wydzielających się w pomieszczeniu [kg/s]

Kd – dopuszczalne stężenie danego zanieczyszczenia w pomieszczeniu

[kg/s]

74

Kx - stężenie danego zanieczyszczenia nawiewnego do pomieszczenia

[kg/s]

Dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń w powietrzu, w środowisku pracy

nie powinno wywoływać zmian chorobowych, nawet w przypadku gdy

pracownik przebywa w nim przez 8 godz. dziennie. Jeżeli w pomieszczeniu

wydzielają się zanieczyszczenia różnych substancji szkodliwych to należy

obliczyć strumień powietrza wentylacyjnego, potrzebny do usunięcia

każdego z nich i przyjąć wartość maksymalną. Ponieważ jak wiadomo,

powietrze ma zdolności jednoczesnego pochłaniania zanieczyszczeń

różnego rodzaju (pary, gazy, pyły), należy przyjąć do obliczeń jako

miarodajne największe spośród obliczonych ilości powietrza względem

poszczególnych rodzajów zanieczyszczeń.[1,10]

TABELA 5.1. Wymagania higieniczne dotyczące strumienia objętości powietrza wentylacyjnego.

Rodzaj pomieszczenia

Strumień objętości powietrza

wentylacyjnego przypadającego

na 1 osobę [m3/h]Zalecane Minimalne

75

Sale koncertowe, zebrań, widowiskowe w

teatrach i kinach przy zakazie palenia

Sale zebrań, poczekalnie przy dozwolonym

paleniu

Restauracje, kawiarnie, biura przy

dozwolonym paleniu.

30

50

60

20

30

40

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd. SOLAREN – BIS, Gdańsk

1999

Tabela 5.2. Wartości współczynnika φ

Rodzaj zanieczyszczenia φ

Zanieczyszczenie szkodliwe dla zdrowia przy stosunkowo

równomiernym wydobywaniu się w czasie.

Zanieczyszczenia nietoksyczne lub zanieczyszczenia nie

wywołujące schorzeń ciężkich przy krótkotrwałych

podwyższeniach stężenia

Jak wyżej, lecz przy nie równomiernym wydobywaniu się

zanieczyszczeń

1,2 – 1,3

1,1 – 1,2

1,3 – 1,4

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd.

SOLAREN – BIS, Gdańsk 1999

Tabela 5.3. Najwyższe dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń (NDS) powietrza w

pomieszczeniach.

Nazwa czynnika szkodliwego dla zdrowia Kdop [mg/m3]

Aceton

Amoniak

Bromowodór

200

20

7

76

Chlor

Chlorowodór

Czterotlenek ołowiu

Dwutlenek siarki

Fenol

Fosgen

Ksylen

Kwas azotowy

Metanol

Nafta

Naftalen

Nikotyna

Ozon

Siarkowodór]

Tlenek węgla

Tlenek azotu

1,5

5

0,005

20

10

0,5

100

10

100

300

20

0,5

0,1

10

30

5

. Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd.

SOLAREN – BIS, Gdańsk 1999

5.1. WYMIANA POWIETRZA

Dostarczając do pomieszczenia odpowiednią ilość i jakość świeżego

strumienia powietrza, należy wziąć pod uwagę także to, że jego rozdział

(rozprowadzenie) może być niewłaściwe tak pod względem

rozprowadzenia jak i temperatury. Tylko dobrze zaprojektowany system

77

nawiewu powoduje, że cała objętość strumienia masy powietrza bierze

udział w asymilacji lub rozcieńczeniu wydzielającego się w pomieszczeniu

zanieczyszczenia. Właściwy rozdział powietrza to także konieczność

zapewnienia jego właściwego gradientu (uwarstwienia) o różnych

wartościach temperatury, zmiennych ruchach powietrza, lokalnych stratach

lub zyskach ciepła itp.

Tabela 5.4.Krotność wymiany powietrzaRodzaj pomieszczenia Krotność

wymiany

powietrza

[1/h]

Rodzaj pomieszczenia Krotność

wymiany

powietrza

[1/h]

Biblioteki

Pomieszczenia biurowe

Szatnie

Pokoje gościnne

Audytoria

Kantyny

Domy towarowe

Kina i teatry z zakazem palenia

Kina i teatry bez zakazu palenia

4-5

4-8

4-6

4-8

6-8

6-8

4-6

4-6

5-8

Laboratoria

Sklepy

Pływalnie

Sala posiedzeń

Pomieszczenia handlowe

Sale zebrań

Pralnie

Magazyny towarowe

8-15

6-8

3-4

6-8

4-8

5-10

10-15

4-6

Źródło: M. Kowalczyk: Ogrzewanie obiektów promiennikami podczerwieni, wyd.

SOLAREN – BIS, Gdańsk 1999

Otwory nawiewne i wywiewne muszą być tak dobrane, oraz odpowiednio

umieszczone, a strumień powietrza tak obliczony, aby w strefie

przebywania ludzi uzyskać optymalne prędkości powietrza i odpowiednie

różnice temperatur przy zachowaniu samej istoty nawiewu.

Maksymalne prędkości powietrza na wysokości głowy człowieka, przy

ogrzewaniu powietrzem, zawierają się w gramach 0,2-0,45 m/sek. A przy

78

chłodzeniu powietrzem od 0,1 do 0,3 m/sek. I to w zależności od stopnia

aktywności człowieka (rodzaj pracy), natomiast przy ogrzewaniu

promiennikami mogą być „zdecydowanie” większe.

Strumień powietrza o prędkości 0,05-0,1 m/sek. może wywołać uczucie

duszności. Główne znaczenie przy wentylacji ma strumień powietrza

nawiewanego do pomieszczenia .Jego wartości mogą być kilka razy

większe od strumienia powietrza, wywiewanego z pomieszczenia. Ta cech

ma wyjątkowo ważne znaczenie przy projektowaniu wentylacji

pomieszczenia .Drugim ważnym elementem jest – zasięg strumienia, który

określany jest odległością od kratki nawiewnej lub płaszczyzny otworu

nawiewnego, a która w osi strumienia powietrza wynosić może 0,25 m/sek.

Należy też pamiętać, o tzw. ruchach naturalnych powietrza lub

wymuszonych (np. na skutek silnego źródła ciepła), które mogą

spowodować zakłócenie projektowanego pola prędkości powietrza i

temperatury.

W istniejących budynkach przemysłowych największe straty ciepła

występują podczas niekontrolowanej wymiany ciepła z otoczeniem.

Przeciętna liczba wymian powietrza w tych obiektach wynosi od jednej do

trzech w zależności od wysokości hali, przy mniejszej wysokości mniejsza

jest też wymiana powietrza, przy większej wysokości liczba wymian

dochodzi do trzech.

W nowobudowanych obecnie obiektach dąży się do zapewnienia wymiany

powietrza w granicach 0,5-0,8 v/h o ile oczywiście pozwalają miejscowe

względy technologiczne i przepisy BHP.

Przy liczbie wymian powietrza równej 0,5 v/h można przyjąć, że główne

straty ciepła rozkładają się następująco:

- 50% poprzez wymianę ciepła z otoczeniem,

- 25% na skutek przenikania ciepła przez stropodach

- 15% na skutek przenikania ciepła przez przeszklone ściany

79

- 10% przez pozostałe przegrody cieplne.

Niekiedy w procesie technologicznym uwzględnia się odzyski strat ciepła

od ludzi lub zwierząt .Moc cieplna wydzielana przez człowieka wynosi, w

zależności od zajmowanej przez niego pozycji fizycznej wynosi:

-120 W przy pracy w pozycji siedzącej

-200 W w pozycji stojącej

-300 W przy dużej aktywności i ciężkiej pracy.

Oprócz odzysków ciepła od ludzi i zwierząt uwzględnia się odzyski ciepła

od pracujących maszyn, z nasłonecznienia szyb i ścian itd. Ponieważ są to

na ogół niewielki wartości, przy obliczaniu zapotrzebowania ciepła są na

ogół pomijane. Nie dotyczy to sytuacji np. związanej z obliczaniem

zapotrzebowania ciepła dla tuczarni zwierząt rzeźnych, bojlerni czy innych

obiektów rolniczych, gdzie niekiedy znaczne ilości zwierząt oddające

ciepło jawne i utajone, wpływa istotnie na ogólny bilans cieplny.

Największy ujemny wpływ na komfort cieplny, obok wymiany powietrza,

ma wilgotność względna powietrza (45-75%) oraz prędkość powietrza,

która w zasadzie nie powinna przekraczać wartości 0,8 m/s chyba, że

względy technologiczne stanowią inaczej.[15]

6. RODZAJE I BUDOWA PROMIENNIKÓW.

6.1. PROMIENNIKI CERAMCZNE - JASNE.

Promienniki gazowe posiadają bardzo wysoką sprawność, nawet do 93%.

System grzewczy zawiera w sobie kilka systemów grzania połączonych w

jedną całość. Jest on bardzo podobny do systemu ogrzewania podłóg.

Promieniowanie podczerwone, emitowane przez promienniki, jest

80

absorbowane przez otaczające przedmioty i elementy obiektu oraz przez

ludzi. Promienniki stają się tu ogrzewaczami. Temperatura ogrzewanych

przedmiotów staje się wyższa od temperatury otaczającego powietrza i

wtedy te przedmioty działają jako niskopoziomowe wymienniki ciepła,

ogrzewając pomieszczenie na drodze konwekcji. Nagrzewane przedmioty,

wypromieniowując energię, wytwarzają tzw.” Średnią temperaturę

promieniowania”. Pomagają one w ten sposób wyrównać straty ciepła,

wypromieniowanie przez ściany, podłogi, szyby, nieszczelności i wymianę

powietrza. Można powiedzieć, że działają one jak system z nadmuchem

powietrza.

Podczas pracy promienników, ich energia skierowana jest także na ludzi.

Promienie podczerwone, padając na powierzchnię ludzkiego ciała poprzez

system krwionośny, powodują, że ciepło to jest rozprowadzane po całym

ciele ludzkim, powodując uczucie komfortu mimo, że przecież temperatura

otaczającego powietrza jest niższa niż przyjęta dla ogrzewania

podczerwonego, będzie również powodować cyrkulację powietrza.

Wewnątrz ogrzewacza, znajduję się palnik ceramiczny z

(wyperforowanymi ) otworami. Palnik ten wykonany jest jako 1,25 mm

grubości pustak ceramiczny z 36 otworami na jeden centymetr kwadratowy

powierzchni, oraz połączony jest z komorą sprężonego powietrza i odlaną

rurką Venturiego oraz panewkowym rozpraszaczem.

Gaz wchodzi do palnika poprzez otwór, który jest częścią składową

przewodu rurowego, rozgałęzionego, wypośrodkowanego na otwór rurki

Venturiego, gdzie on jest mieszany z powietrzem przeznaczonym do

spalania i mieszanka ta doprowadzona jest komorą sprężonego powietrza

na tylną stronę ceramicznego pustaka. Następnie mieszanka gazu i

powietrz wchodzi do małych otworków w pustaku gdzie następuje w

postaci płomienia spalanie niskopowierzchniowe o temp. 927 - 1010˚C.

81

Ciepło z promieniowania podczerwonego kierowane jest przy pomocy

reflektora standardowego lub parabolicznego na ogrzewane miejsce.

Promienniki przeznaczone są do montażu poziomego lub pod

maksymalnym kątem 30˚. Ta pozycja oraz standardowy lub paraboliczny

reflektor, zapewnia, że promieniowanie podczerwone jest kierowane na

żądane miejsce a nie np. na ściany czy okna. Reflektor paraboliczny,

stosowany jest tam, gdzie występuje konieczność ogrzewania punktowego

wytwarzając równoległą wiązkę promieniowania.[1]Rysunek 6.1. Promiennik ceramiczny

Źródło: Kaspo Czechy

6.2. REFLEKTORY PROMIENNIKÓW PODCZERWIENI.

Materiały używane na odbłyśniki (reflektory) które stanowią integralną

część promienników ceramicznych powinny charakteryzować się dużą

zdolnością do odbijania promieniowania, zwłaszcza podczerwonego.

Największą zdolnością odbijania charakteryzują się metale jak: srebro,

złoto, miedź, polerowane aluminium i platyna. Spośród nich: srebro, złoto

oraz platyna a zwłaszcza miedź znacznie gorzej odbijają promieniowanie z

zakresu widzianego niż podczerwonego.

82

Polerowane aluminium znalazło najszersze zastosowanie przy budowie

promienników podczerwieni jasnych.

Natomiast takie metale jak: wolfram, chrom, cyna oraz stal odbijają

znacznie słabiej promieniowanie podczerwone dlatego stosujemy je do

produkcji płaszczy ( rur) promieniujących – promienniki ciemne.

Ze względu na cenę złoto, srebro powinny być stosowane w promiennikach

zainstalowanych w laboratoriach, natomiast miedź, aluminium ( zwłaszcza

polerowane ) do użytku przemysłowego. Na temperaturę nagrzewania duży

wpływ wywiera także kolor powierzchni odbłyskowej.

6.3. PROMIENNIKI RUROWE – CIEMNE.

Promiennik ciemny stanowi każde ciało, które ma temperaturę wyższą od

zera bezwzględnego. Promiennikami ciemnymi będą więc wszystkie ciała,

których temperatura jest wyższa od temperatury otoczenia.

Rurowe promienniki radiacyjne skonstruowane są z wielodyszowego

palnika gazowego spalającego dowolny gaz ziemny lub ciekły, z zespołu

ssania dla cyrkulacji gazów spalinowych wewnątrz przewodów

radiacyjnych ( wewnątrz

83

rur ), oraz ze specjalnej paraboli odbijającej, przeznaczonej do

kierunkowania promieniowania w określone miejsca. Mają podobne

właściwości co promienniki ceramiczne, różnią się przede wszystkim

ciężarem.

7. KOSZTY OGRZEWANIA PROMIENNIKAMI.

Koszty energii cieplnej, nakłady inwestycyjne oraz opłacalność inwestycji

związanych z zastosowaniem systemu ogrzewania na podczerwień.

Na koszty ciepła składają się następujące elementy:

- nakłady inwestycyjne,

- koszty energii,

- koszty eksploatacji,

- pozostałe koszty

84

Koszty kapitałowe dotyczą głównie nakładów inwestycyjnych oraz

odpisów amortyzacji i oprocentowania. Są to koszty silnie zróżnicowane.

Przy założeniu, że urządzenia promiennikowe pracować będą przez okres

20 lat i przy przyjęciu amortyzacji 15% i oprocentowaniu 10%, koszty

kapitałowe ogrzewania promiennikowego wyniosą około 200-250 zł/kW.

Koszty utrzymania szacować należy jako max. 1% wartości inwestycji.

Koszty eksploatacji dla urządzeń grzewczych tj. promienników

podczerwieni ceramicznych i rurowych są bardzo niskie i można przyjąć,

że mieszczą się poniżej 1% wartości inwestycji.

Dla celów praktycznych można przyjąć, że łączne koszty eksploatacyjne i

pozostałe wynoszą 1% wartości inwestycji.

W roku 1987 Unia Europejska zaproponowała aby w obiektach starych i

nowowznoszonych wprowadzić termin efektywności czyli podawać

roczne zużycie energii na dany obiekt.

7.1. PROGRAM OSZCZĘDNOŚCI ENERGETYCZNYCH.

Planowane stowarzyszenie Polski z Unią Europejską oznacza konieczność

przygotowania się podmiotów gospodarczych do nowych warunków

działania, a szczególnie konkurencji ze strony bardziej rozwiniętych

gospodarczo krajów zachodnioeuropejskich. Europejski Wspólny Rynek to

około 340 min potencjalnych klientów i około 7 milionów producentów

Jednym z elementów, które gwarantują utrzymanie się w czołówce krajów

nowoczesnych jest konieczność obniżenia energochłonności produktów

85

przez polski przemysł. A drogą do tego jest m.in. obniżka kosztów

produkcji, w tym kosztów pośrednich, związanych z zapewnieniem

właściwych warunków w pracy bezpośrednim wytwórcom towarów, co

wiąże się m.in. z kosztami eksploatacyjnymi w grzejnictwie.

Pozostaje szukanie zatem takich źródeł ciepła, które mogą wyeliminować

lub bardzo ograniczyć mankamenty ogrzewania konwencjonalnego. Na

pewno podstawowym czynnikiem obok zapewnienia właściwego komfortu

pracy, będą czynniki ekonomiczne. I tu zastosowanie promienników

gazowych lub elektrycznych, wykorzystujących zjawisko promieniowania

podczerwonego zdaje najlepiej egzamin. Nie tylko bowiem zapewnia

właściwy, pełny komfort pracy, a więc stałą temperaturę, przy ujemnym

gradiencie, ale także stałą wilgotność względną powietrza. Dochodzące do

70% oszczędności eksploatacyjne w stosunku do c.o., a także możliwość

strefowego i czasowego ogrzewania pomieszczenia oraz szereg innych

zalet czyni ten system ogrzewania znakomicie konkurencyjnym w stosunku

do systemów

tradycyjnych.

86

Rysunek 7.1. Koszy ogrzewania w zależności od czasu eksploatacji

Źródło: Kaspo Czechy

87

7.2. KOSZTY OGRZEWANIA HAL PROMIENNIKAMI.

Ograniczone możliwości otrzymania informacji o rzeczywistych kosztach

ogrzewania hal danym urządzeniem lub systemem ogrzewczym sprawiają,

że o wyborze urządzenia i jego zakupie najczęściej decyduje cena oraz

katalogowa wielkość zużycia nośnika energii: gazu, oleju lub prądu.

Zużycie nośnika w jednostce czasu pomnożone przez cenę jednostkową

tegoż nośnika ma dać pojęcie o kosztach ogrzewania hali produkcyjnej.

Wielkość kosztów ogrzewania hal zależy również od:

- charakterystyki technicznej hali

- wymaganego komfortu cieplnego wewnątrz hali

- zewnętrznych warunków pogodowych

- klasy urządzenia lub systemu ogrzewczego.

Wiadomo, że ze względów klimatycznych koszty ogrzewania hali np. na

Pomorzu i Śląsku są różne, choćby hale te miały podobną charakterystykę i

to samo urządzenie ogrzewcze. Co więcej – koszty mogą być inne dla tej

samej hali w różnych sezonach grzewczych.

Dla zakładu modernizującego system ogrzewania informacja o kosztach

ogrzewania hali o wiadomych parametrach jest niezwykle cenna, gdyż

stanowi podstawę do wstępnego wyliczania opłacalności zastosowania

nieznanego dobrze systemu ogrzewczego lub wyrobienia sobie opinii o

wstępnie wybranym urządzeniu.

88

7.3. PRZYKŁADOWE KOSZTY OGRZEWANIA HAL.

7.3.1. KOSZTY OGRZEWANIA DOBRZE IZOLOWANEJ

HALI.

Za przykład przyjęto halę produkującą okna PPH „Linda” w

Chrabaczowie.

Temperatura w hali w czasie pracy nie może przekroczyć 20°C, a dyżurna

18°C z uwagi na proces technologiczny i wysokie wymagania jakościowe.

W wysokiej części hali o powierzchni 624 m2 i kubaturze 5.304 m3

zamontowano 3 promienniki o mocy 38 kW nad suwnicą, na wysokości 6,4

m, w drugiej połowie hali o powierzchni 624 m2 i kubaturze 3.120 m3

zamontowano 4 promienniki o mocy 22kW.

Hala zbudowana jest ze słupków stalowych i belek trapezowych z wełną

mineralną o gr.13 cm. Dość znaczne przeszklenie ścian bocznych o

powierzchni ok.106 m2 z podwójną warstwą powietrza pomiędzy szybami

zapewnia bardzo dobre oświetlenie i dobrą izolację.

Dwie bramy wjazdowe dla samochodów ciężarowych są ocieplone wełną

mineralna, które są często otwierane podczas pracy.

Zachodnia część hali jest całkowicie odsłonięta i narażona na podmuchy

wiatru.

Dla takich warunków lokalizacyjno - konstrukcyjnych hali straty ciepła

przez przenikanie wyniosły 71 kW, a przez wentylację 82 kW.

W związku z dużą konfiguracją przestrzenną hali wydzielono 3 strefy z

niezależnym sterowaniem.

89

Średnie dobowe zużycie gazu wynosiło 66 kg, ale udało się obniżyć

zużycie do 55 kg dzięki zróżnicowaniu temperatur w niektórych strefach

roboczych.

Średni koszt ogrzewania 1 m2 liczony dla 7 miesięcy wyniósł 6,56 zł, a w

odniesieniu do 1 m3 3,44,zł z VAT.(10.1996-05.97).

Ponieważ jest to nowa hala nie można jednoznacznie porównać kosztów

ogrzewania promiennikami do innych metod ogrzewania. Ocenia się

jednak, że koszty te mogły by być 2-3 razy niższe od ogrzewania z

kotłowni lub nawiewem ciepłego powietrza.

7.3.2. KOSZTY OGRZEWANIA HALI SŁABO IZOLOWANEJ.

Hala produkcyjna w ZNMR Ostróda typu Mostostal o kubaturze 27.270 m3

i powierzchni 2.362 m2 to typowy obiekt lat 70 – tych.

Przeszklenie tej hali wynosi 75% powierzchni wszystkich ścian. Strop jest

izolowany wełną mineralną, ale ze świetlikami, nie stanowi większej

przeszkody dla ciepła emitowanego przez ponad 20 –to letnie grzejniki

Faviera.

Straty ciepła wyniosły 511 kW, a dla pozostałych pomieszczeń

warsztatowych 83 kW.

Na ogrzewanie wszystkich pomieszczeń zużyto 3.066 GJ energii nie

osiągając temperatury powyżej + 10°C. (10.1993.-03.1994).

Za ogrzewanie z pobliskiej kotłowni w sezonie 1992/93 i 1993/94

zapłacono odpowiednio 117.350 i 105.420 zł. I dlatego zdecydowano się na

zmianę ogrzewania.

W hali produkcyjnej zainstalowano 14 promienników o mocy 38 kW, a w

pozostałych 4 pomieszczeniach o łącznej powierzchni 542 m2 i kubaturze

90

1.016 m3 zainstalowano promienniki o mocy 22 i 13 kW. W każdym

pomieszczeniu zainstalowano indywidualny system odprowadzenia spalin

„przez ścianę”

Do wyliczeń liczby promienników i zużycia gazu przyjęto następujące

parametry:

- temperatura w pomieszczeniach 16°C

- średnia temperatura zewnętrzna w sezonie grzewczym 94/94 +3,5°C

- najniższa temperatura zewnętrzna -20°C

- liczba wymian powietrza na godz. –1

- sezon grzewczy trwa 180 dni

Za 6-cio miesięczny okres ogrzewania zapłacono 41.840 zł.

Promiennikowy system ogrzewczy, który jak zapewnia Zakład sprawdził

się w sezonie grzewczym 19994/45 i był ponad 2,5 - krotnie tańszy w

eksploatacji od centralnego ogrzewania konwekcyjnego zasilanego z

pobliskiej kotłowni, gdzie max. temperatura w hali wynosiła ok.10°C,

gdyby była możliwość podnieść temperaturę do 16°C – koszt ogrzewania

byłby 4,5 razy niższy.

Warto nadmienić, że w przypadku nagłej potrzeby ogrzania budynków,

można je uruchomić natychmiast, bez przygotowania i dodatkowych prac.

91

8. KRYTERIA DOBORU PROMIENNIKÓW I ZASADY

ROZMIESZCZENIA ICH W POMIESZCZENIU.

Dobierając ilość promienników należy wziąć pod uwagę nie tylko

obliczoną wydajność cieplną, ale również wysokość montażu, zasięgi

promieni cieplnych oraz odległości między urządzeniami. Należy

uwzględnić także warunki konstrukcyjne budynku, przeznaczenie obiektu,

sposób jego wyk9rzystania, konieczność równomiernego pokrycia

powierzchni hali lub ogrzewania tylko wydzielonych stanowisk pracy.

Tabela 8.1 Wysokość zawieszenia urządzeń w zależności od mocy.

Typ promiennika Moc [kW] Wysokość zawieszenia bezpośrednio

pod sufitem [m]

Min Max

INFRA 6 28 4,0 6,0

INFRA 9 45 5,0 12,0

INFRA 12 45 5,0 8,0

Źródło: Systema Polska

Przy każdej wysokości instalacji natężenia promieniowania powinno się

rozkładać równomiernie. im wyżej umieszczony promiennik, tym większa

powierzchnia napromieniowania, a tym samym i większa moc potrzebna

dla zapewnienia równomiernego rozłożenia natężenia promieniowania.

92

pomocne w rozmieszczeniu urządzeń na hali mogą okazać się następujące

zależności przedstawione na rysunku:

Rysunek 8.1. Przykładowe rozmieszczenie promienników

Źródło: Kaspo Czechy

Przy projektowaniu ogrzewania na gaz ziemny nie wolno pominąć

wykonania otworów wywiewnych w najwyższej części budynku, zaś przy

ogrzewaniu na gaz płynny otwory należy umieścić w najniższej części

budynku.

93

Obowiązujące przepisy dotyczące przewodów spalinowych wymuszonego

ciągu:

- muszą być metalowe i wykonane z materiału odpornego na normalne

mechaniczne i termiczne naprężenia.

- mogą być użyte także sztywne rury ze stali nierdzewnej lub sztywne rury

aluminiowe (gr. 1,5 mm).

Powietrze musi być zasysane i spaliny muszą być usuwane przez oddzielne

przewody –połączone do końcówek, które przechodzą bezpośrednio przez

ścianę lub dach budynku.

Końcówki wylotu spalin i wlotu powietrza w ścianie powinny być

umieszczane w dostatecznej odległości od siebie aby zapobiec wejściu

spalin do wlotu powietrza (min. odległość – 200mm).

Do zasysania powietrza wlotowego i wyrzutu spalin zawsze powinny być

użyte sztywne rury metalowe o gładkiej wewnętrznej powierzchni i

średnicy 100 mm. Wszystkie rury i złączki powinny zapewnić

hermetyczność w stosunku do obsługiwanego pomieszczenia. W

przewodach spalinowych dłuższych niż 5-6 m, które nie są odpowiednio

izolowane, należy uwzględnić możliwo9ść powstania skroplin wewnątrz

przewodów.

Rysunek 8.2. Schemat układu odprowadzenia spalin.

94

Źródło: Systema Polska

1. Łańcuch

2. Haczyki „S”3.

3. Rura spalinowa ø100mm

4. Otwór do przeprowadzania analizy spalin

5. Kominek ø100mm

6. Podłączenie giętkie gazowe ¾”

7. Zawór kulowy

8. Linia gazowa zasilająca

9. przewód zasilający 6x1,5 mm2

8.1. OGRANICZENIA W ZASTOSOWANIU

PROMIENNIKÓW PODCZERWIENI.

Granica montowania promienników ceramicznych jest min. Wysokość 4,5

m, natomiast przy montowaniu promienników rurowych wysokość nie

może być mniejsza od 3,5 m.

95

Intensywność promieniowania dla tych wielkości nie powinna przekraczać

200 – 240 W/m2.

Dla przykładu „Instrukcja Robocza Niemieckiego Związku Gazownictwa”

podaje zastrzeżenia do montażu promienników.[1]

- w biurach i mieszkaniach

- w pomieszczeniach o zbyt niskiej wysokości

- w pomieszczeniach w których przechowuje się materiały łatwopalne

- w pomieszczeniach, w których występuje połączenie z w/w

pomieszczeniami.

9. OBLICZANIE ZAPOTRZEBOWANIA CIEPŁA.

9.1. PODSTAWOWE INFORMACJE.

Przy obliczaniu zapotrzebowania ciepła dla pomieszczenia ogrzewanego

przy pomocy promienników podczerwieni można stosować jako dokument

pomocniczy tzw. „Formularz doboru instalacji” zawierający podstawowe

dane do projektowania.

Podstawowe informacje zawarte w tym Formularzu to:

- wymiary pomieszczenia ogrzewanego, powierzchnia, objętość, grubość

murów, stopień przeszklenia i wartości odnoszące się do grubości szyb,

wielkość bram wjazdowych itp.

- możliwości zainstalowania promienników na danej wysokości z

uwzględnieniem wysokości toru suwnicy lub innych przeszkód

- ustalenie właściwej wymiany krotności powietrza,

96

- ustalenie technologii produkcji, rozmieszczenie stanowisk pracy,

zmianowości cyklu pracy, ilości pracujących mężczyzn i kobiet itp.

- ustalenia na żądanie właściciela obiektu {użytkownika} temperatury

wewnętrznej – maksymalnej i ew. temperatury dyżurnej oraz przyjęcie

zgodnie z wymaganiami normy polskiej odpowiedniej wielkości

temperatury zewnętrznej obliczeniowej,

- ustalenie wg miejscowych warunków lub na życzenie użytkownika

rodzaju paliwa (gazu) do zasilania instalacji grzewczej oraz przyjęcie

innych wytycznych odnoszących się do projektowania systemu

ogrzewania,

- zapoznanie się z dokumentacją budowlana obiektu, mapką sytuacyjno

wysokościową i ew. przeszkodami terenowymi.

Formularz ten jest podstawą do prowadzenia prac projektowych może on

być uzupełniony o inne niezbędne informacje, które w trakcie realizacji

prac projektowych projektant uzna za zasadne.

9.2 OBLICZENIA ZAPOTRZBOWANIA CIEPŁA W

BUDYNKACH WIELKOKUBATUROWYCH.

Hale istniejące, stare, z nieznanymi współczynnikami przenikania ścian.

1.Obliczenie sumarycznych strat ciepła:

Q=QP + Qw [ W ]

2. Obliczenie strat ciepła przez przenikanie:

97

Q p= G ּ VR ּ (t i – t e) ּ (1 + K) [W]3. Obliczenie strat ciepła na wentylację:

G - oszacowany współczynnik izolacyjności zależy od powierzchni hali

[W/m2]

ti – żądana temperatura wewnątrz hali, [ºC]

te – temperatura wewnętrzna [ºC]

VR- kubatura obiektu [m3]

K- współczynnik zależny od wysokości hali

n – krotność wymian powietrza [h-1], dla wentylacji grawitacyjnej n = 0,5-

0,8

cp - ciepło właściwe powietrza [średnio 1,02KJ/kgK]

ρ – gęstość powietrza [średnio 1/2kg/m3]

Qw – straty przez wentylację [W]

Qp – straty przez przenikanie [W]

Tabela 9.1. Tabela doboru współczynnika G

Powierzchnia (m2)/

Współczynnik G

(W/m2 ºC)

MAX 200 200 - 500 500 - 1000 1000-3000 3000-

8000

Bardzo dobrze izolowana 1,0 0,8 0,6 0,3 0,2

Dobrze izolowana 1,2 1,0 0,8 0,4 0,37

Średnio izolowana 1,8 1,6 1,0 0,6 0,5

Źle izolowana 2,6 2,2 1,4 0,9 0,7

Źródło: Systema Polska

Tabela 9.2. Tabela doboru współczynnika KWysokość 4 5 6 7 8 9 10 11 12

98

hali

K 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175 0,2

Źródło: Systema Polska

9.3. HALE NOWE , BUDOWANE ,ZE ZNANYMI

WSPÓŁCZYNNIKAMI PRZENIKANIA ŚCIAN.

1.Obliczenie sumarycznych strat ciepła

Q=Qp (1 + d1+ d2 ) + Qw [W]

2.Obliczenie strat ciepła przez przenikanie

Qp=k ּA (ti – te) [W]

3.Obliczenie strat ciepła na wentylację

k– współczynnik przenikania ciepła [W/m2 °C]

A- powierzchnia przenikania ciepła [m²]

99

ti- żądana temperatura wewnątrz hali [ºC]

te-temperatura zewnętrzna [ºC]

d1-dodatek na wyrównanie wpływów niskiej temperatury powierzchni

przegród

chłodzących

d2-dodatek do strat ciepła pomieszczenia ,za pomocą którego uwzględnia

się

skutki nasłonecznienia przegród

VR- kubatura obiektu [m³]

n – krotność wymian powietrza (h-1) dla wentylacji grawitacyjnej n = 0,5-

0,8

cp- ciepło właściwe powietrza [średnio 1,02 kJ/kgK]

ρ – gęstość powietrza [średnio 1,2kg/m³]Tabela 9.3. Tabela doboru współczynnika d1

Liczba przegród chłodzących 1 2 3 4 i więcej

d1 Parter 0,1 0,13 0,15 0,18

Piętro wyższe 0 0,03 0,05 0,08

Źródło: Systema Polska

Tabela 9.4. Tabela doboru współczynnika d2

Rodzaj przegrody d2

stropodach -0,05

Przegrody pionowe Strony świata

NE N NW W SW S SE E

0 0 0 -0,05 -0,1 -0,1 -0,1 -0,05

Źródło: Systema Polska

100

9.4. PRZYBLIŻONA METODA OBLICZANIA

ZAPOTRZEBOWANIA CIEPŁA

1.Orjentacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną

Q = V ּq( ti – te) [W]

2.Obliczenie charakterystyki cieplnej budynku

q – charakterystyka cieplna budynku [W/(m3/K)]

V – kubatura budynku [m3]

ti – żądana temperatura wewnątrz hali [°C]

te- temperatura zewnętrzna [°C]

Tabela 9.5. Wartości charakterystyki cieplnej- q

budynków użyteczności publicznejMaksymalna kubatura budynku [m3] q [W/(m3/K)]

5 000 0,35 – 0,40

10 000 0,35 - 0,38

25 000 0,32 - 0,35

50 000 0,30 - 0,32

Źródło: Systema Polska

101

PODSUMOWANIE.

Postawiony na wstępie pracy cel zakładał, że da się udowodnić istotność

stosowania ogrzewania promiennikowego w halach przemysłowych.

Zaproponowany w pracy system ogrzewania budynków

wielkokubaturowych promiennikami podczerwieni, jest najkorzystniejszym

rozwiązaniem z punktu widzenia ekonomicznego:

- niskie koszty serwisowo-obsługowe,

- niskie koszty inwestycyjne,

- mniejsze zużycie czynnika grzejnego (gazu),

- łatwy w regulacji i możliwy do uruchomienia w dowolnej chwili i

warunkach

z natychmiastowym skutkiem.

Systemy tego typu najlepiej sprawdzają się w pomieszczeniach o

wysokości powyżej pięciu metrów, oraz w halach słabo izolowanych.

102

SPIS TABEL.

TABELA 2.1. Długość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych. 15

TABELA 2.2. Przykładowe wartości współczynnika absorpcji. 31

TABELA 2.3. Stała promieniowania C=εCS różnych powierzchni

w temperaturze 0° do 200 °C w W/ m2 K4. 33

TABELA 2.4. Wartości wskaźnikowe współczynników przejmowania

promieniowania αs. 37

TABELA 3.1. Oddawanie ciepła. 46

TABELA 3.2. Wartości izolacyjne odzieży. 50

TABELA 3.3. Wpływ temperatury na liczbę wypadków. 55

TABELA 3.4. Ilość wytwarzanej energii metabolicznej przez ludzi. 55

TABELA 3.5. Optymalna temperatura na stanowiskach pracy. 56

TABELA 5.1. Wymagania higieniczne dotyczące strumienia

objętości powietrza wentylacyjnego. 75

TABELA 5.2. Wartości współczynnika φ. 75

103

TABELA 5.3. Najwyższe dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń

(NDS) powietrza w pomieszczeniach. 76

TABELA 5.4. Krotność wymiany powietrza. 77

TABELA 8.1. Wysokość zawieszenia urządzeń w zależności od mocy.91

TABELA 9.1. Dobór współczynnika G. 97

TABELA 9.2. Dobór współczynnika K. 97

TABELA 9.3. Dobór współczynnika d1. 99

TABELA 9,4. Dobór współczynnika d2. 99

TABELA 9.5. Wartości charakterystyki cieplnej q budynków

użyteczności publicznej. 100

SPIS RYSUNKÓW.

Rys. 2.1. Obraz fali elektromagnetycznej. 10

Rys. 2.2. Rozkład temperatury wzdłuż widma promieniowania

słonecznego. 12

Rys. 2.3. Widmo promieniowania elektromagnetycznego. 15

Rys. 2.4. Zależność natężenia promieniowania zrównoważonego od

energii hv(czyli od czystości ) dla różnych temperatur

Zaznaczony obszar widzialny. 25

Rys. 2.5. Promieniowanie zrównoważone. 26

Rys. 2.6. Stożek promieniowania z powierzchni dA1 na

powierzchnię dA2. 38

Rys. 3.1. Rozkład temperatur przy różnym ogrzewaniu. 40

Rys. 3.2. Rozkład temperatur funkcji wysokości. 43

Rys. 3.3. Średnia temperatura promieniowania. 48

Rys. 4.1. Przykład zabezpieczenia przed wypływem gazu. 72

104

Rys. 6.1. Promiennik ceramiczny. 81

Rys. 7.1. Koszty ogrzewania w zależności od czasu eksploatacji. 86

Rys. 8.1. Przykładowe rozmieszczenie promienników. 92

Rys. 8.2. Schemat układu odprowadzenia spalin. 93

LITERATURA

1 Promienniki podczerwieni ogrzewanie XXI wieku M. Kowalczyk Gdańsk

2000

2 Ciepłownictwo - Poradnik. Praca zbiorowa. Warszawa 1995 r.

3 Ogrzewanie obiektów wielkokubaturowych przy pomocy promienników

podczerwieni. J. M. Borkowski i T. Budkiewicz. „Instalator Polski”. Nr

9/1995.

4 Ogrzewanie na podczerwień. M. Kowalczyk, „Rynek Instalacyjny” cz. 1

nr 8/96 i cz. 2 9/95.

5 Poradnik „Ogrzewanie + Klimatyzacja”. Recknagel, Sprenger,

Hoenmann,Schramek. Gdańsk 1995. Wyd. polskie V.

6 Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlano –

montażowych. Praca zbiorowa. Warszawa 1996 r.

7 Ogrzewanie przez promieniowanie Dr Inż. Jaromir Cihelka Arkady 1965 r

8 Instalacje gazowe. R. Zajada COBO – Profil. Warszawa 1997 r.

105

9 Warunki techniczne instalowania urządzeń gazowych powszechnego

użytku. Rynek Instalacyjny Nr4/96. Warszawa.

10 Ogrzewanie obiektów wielkokubaturowych gazowymi promiennikami

podczerwieni M. Kowalczyk. Gdańsk 1997 r.

11 Gaz ziemny – paliwo i surowiec. J. Molenda. WZN, Warszawa 1993 r.

12 Sieci gazowe – projektowanie, budowa. K. Bąkowski, Arkady, Warszawa

1978 r.

13 Projektowanie instalacji gazowych. K. Bąkowski, R. Zajada. Arkady,

Warszawa 1983 r.

14 Podczerwień i jej zastosowanie, T. Barakowski, J. Giziński, A. Sala,

Warszawa 1961 r.

15 Podręcznik ogrzewania i wietrzenia. R. Rietschel, Warszawa 1960 r.

CZĘŚĆ PROJEKTOWO - OBLICZENIOWA

OBIEKT: ZAKŁAD PRODUKCYJNY

GRZEJNIKÓW ŁAZIENKOWYCH.

106

ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA.

1. Lokalizacja obiektu 108

2. Podstawa opracowania 108

2.1. Projekt architektoniczno – konstrukcyjny hali 108

2.2. Obowiązujące normy z zakresu ogrzewnictwa 109

2.3. Materiały do projektu 109

3. Zakres opracowania 110

3.1. Opis techniczny 110

3.1.1. Wiadomości ogólne 110

3.1.2. Konstrukcja obiektu 111

3.1.3. Źródło ciepła 112

3.1.4. Ocena izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych

budynku 112

4. Bilans cieplny obiektu 113

107

4.1. Powierzchnie przegród stałych 113

4.2. Współczynniki przenikania ciepła 113

4.3. Straty ciepła przez przegrody stałe 115

4.4. Straty ciepła przez wentylację 116

4.5. Łączne straty ciepła obiektu 116

5. Dobór promienników podczerwieni ogrzewających halę

główną 116

6. Obliczenia instalacyjne wewnętrznej sieci gazowej

118

7. Instalacja sterowania systemem promiennikowym i układ

detekcji wycieków gazu 118

7.1. Parametry techniczne 118

7.2. Opis techniczny obiektu 118

7.3. Sterownica RS 119

7.4. Instalacja zasilania promienników 119

7.5. Instalacje automatyki i sterowania 120

7.6. Układ wyłączenia awaryjnego 121

7.7. Zabezpieczenia 122

7.8. Zagadnienia bhp 122

8. Główne komponenty urządzenia 123

Spis tabel 130

Spis rysunków 130

108

1. LOKALIZACJA OBIEKTU.

Omawiany budynek znajduje się w Poznaniu przy

ul. Wrześińskiej 20. Budynek znajduje się na terenie działki należącej do

firmy produkującej grzejniki łazienkowe.

Obiekt zbudowany w latach 60-tych,który należał niegdyś do Zakładów

Taboru Kolejowego.

2. PODSTAWA OPRACOWANIA.

2.1. PROJEKT ARCHITEKTONICZNO –KONSTRUKCYJNY

HALI.

Omawiany obiekt składa się z dwóch części:

109

- przeznaczonej na pomieszczenia produkcyjne,

- i pomieszczeń pomocniczych.

Część produkcyjna podzielona jest na trzy części. Jedną część

stanowi komora lakiernicza grzejników, dwie pozostałe to pomieszczenia

do obróbki materiałów. W części zachodniej znajdują się pomieszczenia

biurowe i magazyny.

Całość stanowi obiekt jednokondygnacyjny, niepodpiwniczony,

kryty stropodachem.

Temperatura wymagana w hali produkcyjnej 18˚C

2.2. OBOWIĄZUJĄCE NORMY Z ZAKRESU

OGRZEWNICTWA.

Temperatury obliczeniowe zewnętrzne PN – 82 – B – 02403

Obliczenia zapotrzebowania na ciepło do 600 m3 PN – B – 03406

Obliczenia sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania

budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej

PN – B – 02 – 025

Ogrzewnictwo temperatury ogrzewanych pomieszczeń w budynkach

PN – 82/B - 02402

Ogrzewnictwo obliczeniowe zewnętrzne PN – 82/B – 02403

Ogrzewnictwo obliczeniowe zapotrzebowania ciepła pomieszczeń o

kubaturze do 600 m3.

110

2.3. MATERIAŁY DO PROJEKTU.

W opracowaniu wykorzystano jako merytoryczna podstawę:

• Polska Norma PN-91/B-02020 „Ochrona cieplna budynków.

Wymagania i obliczenia”

• Polska Norma PN-83/B-03430 „Wentylacja w budynkach mieszkalnych,

zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania”.

• Polska Norma PN-94/B-03-406 „Obliczenia zapotrzebowania na ciepło

pomieszczeń o kubaturze do 600 m3”.

• Instrukcja Instytutu Techniki Budowlanej Nr 330 „Obliczanie

sezonowego zapotrzebowania ciepła do ogrzewania budynków

mieszkalnych”, Warszawa 1994.

• Instrukcja Instytutu Techniki Budowlanej Nr 342/96 „Uproszczony

sposób obliczania sezonowego zapotrzebowania ciepła do ogrzewania

budynków mieszkalnych”. Warszawa 1996.

• Instrukcja Instytutu Techniki Budowlanej Nr 334/96 „Ocieplanie ścian

zewnętrznych budynków metoda lekka”, Warszawa 1996.

• Zarządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia

30.09.1997r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny

odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr.132 z dnia

28.10.1997r.)

3. ZAKRES OPRACOWANIA.

PROJEKT OGRZEWANIA HALI PRODUKCYJNEJ ZA POMOCĄ PROMIENNIKÓW GAZOWYCH.

3.1. OPIS TECHNICZNY.

111

3.1.1. WIADOMOŚCI OGÓLNE.

Dane techniczne:

- liczba kondygnacji - 1

- wysokość kondygnacji nadziemnych:

- hala - 7,3 m,

- powierzchnia zabudowy - 2481,66 m2,

- kubatura budynku:

- hala 18116,12 m3,

3.1.2. KONSTRUKCJA OBIEKTU.

Posadzka - gres - 2 cm,

- beton - 20 cm,

- 2 x papa na lepiku

- piasek 20cm

Ściany: - pustak - 35 cm,

- tynk cem. – wapienny - 4 cm.

Stropodach: - 2 x papa na lepiku

- gładź cementowa - 2 cm,

- płyta żelbetowa - 5 cm,

112

- styropian - 1 cm.

Okna w budynku w większości są pojedynczo szklone w metalowej

ramie. Okna w części administracyjno - biurowej są wykonane z PCW,

zespolone, podwójnie szklone.

Drzwi i wrota wjazdowe metalowe, uchylne.

3.1.3. ŹRÓDŁO CIEPŁA.

Obecnie budynek zasilany jest z zakładowej kotłowni opalanej

opałem stałym. Kotłownia zlokalizowana jest poza terenem zakładu w

osobnym budynku. Czynnik grzewczy do poszczególnych budynków, w

tym i do hali, rozprowadzany jest za pomocą sieci cieplnej.

Istniejąca instalacja c.o. jest instalacją wodna o parametrach

90/70°C. Ciepło oddawane jest do pomieszczeń za pomocą

zamontowanych grzejników żeliwnych żeberkowych.

W części administracyjno biurowej instalacja została

zmodernizowana. Zamontowane są tam grzejniki płytowe i kocioł gazowy.

3.1.4. OCENA IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ PRZEGRÓD

113

ZEWNĘTRZNYCH BUDYNKU.

Na podstawie przeprowadzonych oględzin, dostępnej dokumentacji

technicznej budynku określono rzeczywisty stan techniczny budynków, a

współczynniki przenikania ciepła dla przegród budowlanych policzono za

pomocą programu komputerowego KAN ozc.

Poniżej przedstawiono podstawowe wielkości charakteryzujące

parametry cieplne przegród budowlanych.:

Ściany zewnętrzne - 0,51 W/m2K

Stropodach - 0,89 W/m2K

Posadzka - 0,70 W/m2K

Okna - 5,60 W/m2K

Drzwi i wrota metalowe - 5,60 W/m2K

114

4. BILANS CIEPLNY OBIEKTU.

4.1. POWIERZCHNIE PRZEGRÓD STAŁYCH.

Hala główna:

Posadzka 2481,66 m2

Ściany (tz = -180C) 1752 m2 (brutto)

Okna i wrota 960,0 m2

Ściany (tz = -180C) 792,0 m2 (netto)

Strop 2481,66 m2

4.2. Współczynniki przenikania ciepła.

Posadzka

WARSTWA g (m) λ (W/mK): R(m2K/W):

Gres

Beton

2 x papa na lepiku

Piasek

0,02

0,20

0,01

0,20

1,00

1,70

0,18

0,40

0,020

0,118

0,056

0,500

0,694

Rg = 0,5 m2K/W

k = 1/(0,694 + 0,500) = 0,838 W/m2K

Okna: k = 2,600 W/m2K, k = 5,100 W/m2K

Drzwi: k = 2,500 W/m2K

115

Ściany:

WARSTWA g (m) λ (W/mK): R(m2K/W):

Cegła kratówka

Tynk wapienno –

cementowy

0,35

0,04

0,560

0,820

0,625

0,049

0,674

Ri = 0,13 m2K/W

Re= 0,05 m2K/W

k = 1/(0,674 + 0,13 + 0,05) = 1,17 W/m2K

Strop

WARSTWA g (m) λ (W/mK): R(m2K/W):

2 x papa na lepiku

Gładź cementowa

Płyta żelbetowa

Styropian

0,01

0,02

0,05

0,01

0,180

1,000

1,700

0,045

0,056

0,020

0,029

0,222

0,327

Ri = 0,13 m2K/W

Re= 0,05 m2K/W

k = 1/(0,327 + 0,13 + 0,05) = 1,99 W/m2K

4.3. STRATY CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY STAŁE.

116

Straty ciepła przez przegrody stałe hali produkcyjnej

PRZEGRODA F(m2): dt(K): k(W/m2K): Qs(kW):

Posadzka

Ściany

Okna i wrota

Strop

2481,66

792,00

960,00

2481,66

36

36

36

36

0,838

1,17

5,10

1,99

74,87

33,36

176,26

177,79

Razem 462,28

Obliczenie zapotrzebowania ciepła metodą proponowaną przez firmę „Systema”

zajmującą się produkcją i doborem promienników podczerwieni.

Qp=0,7x18116,12x36x1,075/1000=490,77 kW

4.4. STRATY CIEPŁA PRZEZ WENTYLACJĘ.

Hala główna:

Krotność wymiany powietrza: n = 1,0 V/h

Kubatura obiektu:

V = 18116,12 m3

Qw = (18116,12 m3 : 3600s) x 1,20 kg/m3 x 1,02 kJ/kgK x 36 K =

=221,74 kW

4.5. ŁĄCZNE STRATY CIEPŁA OBIEKTU.

117

Hala główna:

Qu = Qs + Qw = 490,77 + 221,74 = 712,51 kW

5. DOBÓR PROMIENNIKÓW PODCZERWIENI OGRZEWAJĄCYCH HALĘ GŁÓWNĄ.

Straty ciepła: Qu = 712,51 kW

712,51/45 = 15,83

Dobrano 16 szt. promienników rurowych– o parametrach:

Typ Infra 12

Producent „Systema”

Nominalna moc cieplna 1 szt. 45 kW

Łączna moc zainstalowana 720 W

Rodzaj gazu GZ – 50

Zużycie gazu przez 1 szt. 4,60 m3/h

Zasilanie promiennika 220 V/50Hz

Masa promiennika 209,3 kg

6. OBLICZENIA INSTALACYJNE WEWNĘTRZNEJ SIECI GAZOWEJ.

118

Łączne, maksymalne zużycie godzinowe gazu przez system grzewczy

obiektu:

Σ mhmax = 16 x 4,6 m3/h = 73,6 m3/h

Dobór średnic rurociągów gazowych:

Nr

odcinka:

Przepływ

(m3/h):

Średnica

nominalna:

11 – 10 46 DN80

10 – 9 41,4 DN65

9 – 8 36,8 DN65

8 – 7 32,2 DN50

7 – 6 27,6 DN50

6 – 5 23 DN40

5 – 4 18,4 DN32

4 – 3 13,8 DN25

3 – 2 9.2 DN25

2 – 1 4,6 DN20

11 – 12 27,6 DN50

12 – 13 23 DN40

13 – 14 18,4 DN32

14 - 15 13,8 DN32

15 – 16 9,2 DN25

16 – 17 4,6 DN20

Oznaczenia odcinków rurociągów – zgodne z rys. nr: 01/1.

Podstawa doboru średnic rurociągów:

Diagram:[13]

D = f(m,l)

119

gdzie:

D – średnica nominalna rury (mm)

m – przepływ masowy (m3/h)

l – długość odcinka rury(m)

7. INSTALACJA STEROWANIA SYSTEMEM PROMIENNIKOWYM I UKŁAD DETEKCJI WYCIEKÓW GAZU.

7.1. PARAMETRY TECHNICZNE.

Sieć zasilająca - 220 V/50Hz, TN – S

Instalacje odbiorcze - 220 V/50Hz

Instalacje sterowania - 12 V DC

7.2. OPIS TECHNICZNY OBIEKTU.

Obiekt w części objętej projektem składa się z hali. Hala podzielona

została na 2 strefy grzewcze, z regulacją temperatury.

Strefy grzewcze będą ogrzewane promiennikami gazowymi typu Infra 12.

Na ścianie zainstalowana zostanie sterownica RS z układami: automatyki

do sterowania systemem promiennikowym, oraz wykrywania wycieków

gazu.

7.3. STEROWNICA RS.

120

Sterownica RS zasilana będzie z głównej rozdzielnicy napięcia. Napięcie

zasilania sterownicy RS: 220 V/50Hz w układzie TN – S.

Sterownica RS zasila i zabezpiecza, oraz steruje pracą promienników

podczerwieni.

W skład wyposażenia sterownicy wchodzą:

aparaty elektryczne;

regulatory temperatury;

programator czasowy;

moduł alarmowy detektorów gazu;

zasilacz.

7.4. INSTALACJA ZASILANIA PROMIENNIKÓW.

Instalacje obejmują zasilanie 16 – tu promienników typu Infra 12

rozmieszczonych w 2 – óch strefach temperaturowych.

Obwody zasilania wykonać należy przewodami YDYżo 3 x 1,5 mm2.

Kable układać należy w korytkach kablowych; na odcinkach

przyłączeniowych do promienników, można je podwieszać do linek

stalowych.

W miejscach skrzyżowania z rurociągami, lub innymi instalacjami –

stosować należy osłony z rur stalowych. W pobliżu instalacji gazowych

kable należy prowadzić powyżej rur, w odległości min. 10 cm.

Kable wyprowadzone z rozdzielnicy RS wyposażyć należy w oznaczniki

opisane symbolami poszczególnych kabli.

Końcówki żył kabli wprowadzonych do sterownicy oznaczyć należy

numerem zacisku, do którego są podłączone.

7.5. INSTALACJE AUTOMATYKI I STEROWANIA.

121

Instalacje automatyki i sterowania obejmują:

instalacje kontroli temperatury (czujniki: T1 i T2);

instalacje kontroli wycieków gazu (detektory: DG1, DG2, DG3);

instalację sterowania elektrozaworu odcinającego dopływ gazu;

instalację buczka i lampy sygnalizacyjnej.

Obwody instalacji automatyki i sterowania wykonać należy przewodami:

czujniki temperatury T1, T2 - LIYCY 3 x 0,75 mm2

detektory gazu DG1 – DG4 - YstY 4 x 1,0 mm2

elektrozawór EV – 386 - YstY 3 x 2,5 mm2

buczek i lampa sygnalizacyjna - YstY 2 x 1,0 mm2

Sposób wykonania instalacji – wg wymagań pkt. 8.4.

UWAGA:

Przewody czujników temperatury i detektorów gazu muszą być ułożone w

odległości min. 0,5 m od przewodów zasilania promienników (oraz

innych, istniejących w hali przewodów elektrycznych).

Czujniki temperatury montować na wysokości 1,8 m nad poziomem

posadzki.

Detektory gazu montować w górnej części hali.

Na kablu połączeniowym, bezpośrednio przez wejściem do obudowy

czujnika – zaleca się zrobić pętelkę lub „U”.

Regulacja temperatury w strefach odbywa się poprzez regulatory typu

RET – 60 zamontowane w szafie RS.

122

Do pomiaru temperatury zastosowano czujniki typu PT – 100,

umieszczone w strefach grzewczych.

Zmianę trybu pracy systemu promiennikowego z dziennego na nocny

dokonuje się za pomocą sterownika czasowego z zadanym programem

tygodniowym.

Do wykrywania wycieków gazu zastosowano 4 detektory typu ALPA –

7G. Detektory połączone są z modułem alarmowym typu ALPA P –

17/XE, umieszczonym w szafie RS.

System kontroli wycieków gazu posiada 2 progi czułości:

przekroczenie I – ego progu (10% DGW) powoduje zapalenie

lampki sygnalizacyjnej na drzwiach szafy RS, oraz zewnętrznej

lampy alarmowej;

przekroczenie II – ego progu (20% DGW) powoduje załączenie

buczka, oraz odcięcie zewnętrznego elektrozaworu bezpieczeństwa.

7.6. UKŁAD WYŁĄCZENIA AWARYJNEGO.

123

Zadaniem układu jest wyłączenie dopływu gazu do promienników.

Wyłączenia dokonuje się przyciskiem na drzwiach szafy RS „STOP –

AWARIA”.

7.7. ZABEZPIECZENIA.

W obwodach zasilania wyprowadzonych ze sterownicy RS zastosowano

zabezpieczenia różnicowo – prądowe o progu zadziałania 30 mA, oraz

zabezpieczenia nadprądowe.

7.8. ZAGADNIENIA BHP

Instalacje elektryczne wykonać należy w układzie TN – S.

Zabrania się zabezpieczać, lub przerywać obwód PE.

Jako ochronę dodatkową przed porażeniem elektrycznym przewidziano

SZYBKIE WYŁĄCZANIE.

8. GŁÓWNE KOMPONENTY URZĄDZENIA.

8.1. PROMIENNIKI ZASTOSOWANE W PROJEKCIE.

124

Hermetyczny ogrzewacz gazowy typu promiennikowego, zaprojektowany przez

firmę Systema, składa się z palnika, przystosowanego do spalania różnych

typów gazu, wentylatora ssącego, podwójnego zaworu gazowego

i elektronicznej centralki sterująco-kontrolnej. Wszystkie te elementy znajdują

się wewnątrz stalowego, hermetycznego pojemnika. Korpus grzewczy składa się

z rury ze stali węglowej, ukształtowanej w formie litery „U”, wewnątrz której

zachodzi proces spalania, podczas którego jej zewnętrzna powierzchnia

rozgrzewa się do temperatury ok.380ºC. W warunkach tych korpus grzewczy

nie zmienia koloru, nie emitując tym samym fal elektro-magnetycznych z

zakresu widzialnego, lecz wyłącznie fale termiczne (podczerwone).

Ponad każdym korpusem grzewczym ,wzdłuż całej długości znajduje się

specjalnie ukształtowany reflektor, który odbija emitowane ciepło, kierując je

w dół na powierzchnie, które mają być ogrzewane.

Ogólne dane techniczne:

Wykaz dostarczanych elementów:

Wszystkie moduły ogrzewcze (INFRA 6, INFRA 9, INFRA 12) są dostarczane

rozmontowane i wymagają montażu określonej liczby części na miejscu.

a) Wentylator i palniki jest dostarczany łącznie ze wszystkimi do nich częściami

w tekturowym pudełku, które zawiera złącze kompensacyjne, wsporniki oparcia

rur, sprężyny trzymające osłony, torbę zawierającą śruby do połączeń

wsporników, rur promiennika i poszczególne uszczelki, panel elektryczny dla

modułów INFRA z indywidualnymi termostatami (na zamówienie), dwie

końcówki ścienne powietrze/spaliny. (na zamówienie).

b) Poszczególne części promienników są dostarczane jako przygotowane z

kołnierzami montażowymi. Są pomalowane i owinięte zabezpieczającą folią

nylonową i zestawione następująco:

125

Budowa modelu Infra 12

-1 szt. rura promieniująca ze stali nierdzewnej o średnicy 114 mm

(z wewnętrzną komorą ze stali nierdzewnej) o długości 5920 mm;

-1 szt. ukształtowana rura promieniująca typu U ze stali nierdzewnej, o średnicy

108 mm i długości 5957 mm;

-1 szt. rura promieniująca o średnicy 108 mm i długości 5950 mm

Kaptury reflektora ze stali nierdzewnej są dostarczane ułożone jeden na drugim

i każdy posiada zabezpieczenie z folii plastykowej chroniącej go przed

zarysowaniem, która musi być usunięta przed umieszczeniem kaptura na

wspornikach (każdy o wymiarach 180x530x3000 mm).

Kaptury RBT są dodatkowo wyposażone w warstwę wełny mineralnej na ich

górnej części .Izolacja ta przykryta jest osłoną z blachy ocynkowanej i

przymocowanej zawleczkami.

126

Rysunek 8.1. Widok palnika

Tabela 8.1. Widok promiennika.Pozy. Opis Poz. Opis1 Wentylator 13 Rura powrotna2 Przyłącze gazowe 14 Kołnierz3 Uszczelka wentylatora 15 Połączenie rurowe4 Palnik 16 Rura zasilająca5 Uszczelka palnika 17 Kołnierz A1086 Podkładka 18 Uszczelka 100-807 Ekran promiennika 19 Uszczelka R808 Sprężyna 20 Rura powrotna9 Nakrętka M8 21 Rura zasilająca10A Część górna wspornika 22 Redukcja centryczna10B Część dolna wspornika 23 Kolano 180˚11 Śruba M8 32a Podpora przypalnikawa górna12 Śruba M5 32a Podpora przypalnikowa dolna

127

Rysunek 8.2. Widok palnika

Tabela 8.2. Widok zespołu palnika z listą komponentówPoz. Opis Poz. Opis1 Pokrywa połączeń elektrycznych 15 Śruba 2 Złącze męskie 5 pin 16 Pokrywa3 Złącze damskie 5 pin 17 Śruba4 Złącze damskie 3 pin 18 Uszczelka5 Złącze męskie 3 pin 19 Przesłona powietrza6 Kontrolka zatrzymania 20 Tuba palnikowa7 Kontrolka pracy 21 Obudowa palnika8 Centralka elektryczna 22 Śruba 9 Sterownik Brahma 23 Końcówka pomiaru ciśnienia10 Różnicowy włącznik ciśnienia 24 Drzwiczki11 Śruba M4 25 Gałka12 Sztaba AL. Elektrozaworu 26 Wentylator13 Śruba M6 27 Tacka kondensacyjna14 Zespół elektrozaworu

128

Tabela 8.3. Dane techniczne promiennikówModele Jedn. Infra 6 Infra 9 Infra 12Moc cieplna promiennika kW 28 45 45Moc cieplna palnika kW 24,1 38,9 39Sprawność palnika % 90,1 90,3 90,6Max zużycie gazu Gaz ziemny GZ-50 m3/h 2,80 4,60 4,70

Gaz ziemny GZ-35 m3/h 3,20 5,28 5,38Gaz ziemny GZ-41,5 m3/h 3,10 5,09 5,20Propan kg/h 2,21 3,79 3,79

Ciśnienie zasilania

Gaz ziemny GZ-50 mbar 20Gaz ziemny GZ-35 mbar 13 Gaz ziemny GZ-41,5 mbar 20Propan mbar 36

Ciśnienie na dyszy

Gaz ziemny GZ-50 mbar 7,6 7,6 7,6Gaz ziemny GZ-35 mbar Nastawa

maxNastawa

maxNastawa

Max

Gaz ziemny GZ-41,5 mbar 7,6 7,6 7,6Propan mbar Nastawa

maxNastawa

maxNastawa

Max

Średnica dyszy Gaz ziemny GZ-50 mm 4,7 6,0 6,0Gaz ziemny GZ-35 mm 6,3 8,0 8,0Gaz ziemny GZ-41,5 mm 5,5 7,0 7,0Propan mm 2,5 3,2 3,2

Wymiary promiennika

Szerokość mm 520 520 520Wysokość mm 230 230 230Długość mm 6625 9625 12625

Waga Kg 94,2 144,0 209,3Średnica przewodu gazowego Cal ¾ ¾ ¾Średnica przewodu

Powietrze Mm 100 100 100Spaliny Mm 100 100 100

Zasilanie elektryczne V/Hz 230/50Typ zabezpieczenia - IP 40

Elektroniczna jednostka sterująca jest taka sama we wszystkich modelach,

steruje elektrozaworem, zapłonem palnika, pracą elektrody jonizującej. Po

otrzymaniu elektrycznego sygnału od termostatu pomieszczenia, sterownik

przeprowadza kontrolę normalnej pracy wyłącznika ciśnieniowego. Następnie

sterownik podaje sygnał do przedmuchu komory spalania (20 sekund) i wyzwala

iskrę wymaganą do uruchomienia palnika. Jeśli płomień nie pojawia się w ciągu

oznaczonego czasu (10s), urządzenie blokuje się. W celu uzyskania normalnych

129

warunków, operator musi odczekać kilka sekund po czym wyłączyć i włączyć

urządzenie ponownie.Tabela 8.4. Dane techniczne elektronicznej jednostki sterującejNazwa BRAHMAModel CM 11Zasilanie 220/240 V 50/60 HzTemperatura pracy -20˚-+60˚ CCzas przedmuchu 20 sCzas zapłonu Max. 10 sCzas wyłączenia <1s

Zawór gazowy jest taki sam we wszystkich modelach: wielofunkcyjny,

wielogazowy i wyposażony w podwójny elektrozawór klasy B (połączony

szeregowo), regulator ciśnienia, urządzenie płynnego narastania mocy palnika i

filtr gazowy. Gwintowane połączenia wejścia /wyjścia z poszczególnymi

otworami kontrolnymi ciśnienia są umieszczone na aluminiowym korpusie

zaworu. Zarówno regulacja zaworu, jak i obsługa w postaci wymiany cewek,

musi być wykonana wyłącznie przez wykwalifikowany personel.

-Tabela 8.5. Dane techniczne elektrozaworu gazowego

Model 830 TANDEM – SITZasilanie 220/240 V 50/60 HzZabezpieczenie elektryczne IP 54Czas zamknięcia < 1sTemperatura pracy -20º C -+60 º CMax. Ciśnienie wejścia gazu 60 mbarZakres ciśnienia wyjścia 3-50 mbarPrzepływu gazu (przy spadku ciśnienia 5 mbar) 4,8 m3 /h

Różnicowy wyłącznik ciśnienia służy do przerwania pracy urządzenia kiedy

występuje brak wystarczającego podciśnienia w układzie promiennika.

Wyłącznik ciśnieniowy umieszczony wewnątrz skrzyni palnika wykrywa

ciśnienie w samej skrzyni i przez silikonową rurkę ciśnienie wewnątrz komory

130

spalania. Różnica między tymi dwoma wartościami ciśnień podczas działania

palnika daje sygnał kontrolny dla bezpiecznego i poprawnego spalania.

Tabela 8.6. Charakterystyka różnicowego włącznika ciśnienia

Model SIT Kod 0,380,36Pozycja zamontowania PionowaMax. Ciśnienie pracy 50 mbarWartość zamknięcia 75 Pa (±5 Pa)Wartość otwarcia 60 Pa (±5 Pa)Przyłącze pneumatyczne 6 mm (średnica)Temperatura pracy 0-+85 Cº

Tabela 8.7. Silnik wentylatora.

Dane znamionowe silnika elektrycznegoModel rf 89/2Zasilanie 230V-50HzMoc 0,10 KwPrąd znamionowy 0,9 APrędkość obrotowa 2660Kondensator 4Μf 450 VIzolacja H

131

Spis tabel:

TABELA 8.1. Widok promiennika Infra 12. 125

TABELA 8.2. Widok zespołu palnika z listą komponentów. 126

TABELA 8.3. Dane techniczne promienników. 127

TABELA 8.4. Dane techniczne elektronicznej jednostki sterującej. 128

TABELA 8.5. Dane techniczne elektrozaworu gazowego. 128

TABELA 8.6. Charakterystyka różnicowego włącznika ciśnienia. 129

TABELA 8.7. Silnik wentylatora. 129

Spis rysunków:

Rys. 10.1. Widok promiennika. 125

Rys. 10.2. Widok palnika. 126

Rys.10.3. Rozprowadzenie gazu

Rys. 10.4. Reduktor gazu

Rys.10.5. Gazomierz

132

133