Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов
Предложен принцип оптимизации параметров инфракрасных систем обогрева производственных цехов, заключающийся в минимизации затрат на их создание и эксплуатацию при соблюдения санитарных и технологических норм. Запропоновано принцип оптимізації параметрів інфрачервоних систем обігріву виробничих цехів...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59081 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов / А.П. Ахрамович, Г.М. Дмитриев, В.П. Колос // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 77-80. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860256200727199744 |
|---|---|
| author | Ахрамович, А.П. Дмитриев, Г.М. Колос, В.П. |
| author_facet | Ахрамович, А.П. Дмитриев, Г.М. Колос, В.П. |
| citation_txt | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов / А.П. Ахрамович, Г.М. Дмитриев, В.П. Колос // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 77-80. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Предложен принцип оптимизации параметров инфракрасных систем обогрева производственных цехов, заключающийся в минимизации затрат на их создание и эксплуатацию при соблюдения санитарных и технологических норм.
Запропоновано принцип оптимізації параметрів інфрачервоних систем обігріву виробничих цехів, що полягає в мінімізації витрат на їх створення і експлуатацію при дотриманнi санітарних і технологічніх норм.
The principle of parameters optimization of infra-red heating systems developed for production workshops offered. It consists in minimization of charges on their making and operation at maintenance of sanitary and technological norms.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:49:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 77
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 697.273.8
Ахрамович А.П., Дмитриев Г.М., Колос В.П.
Институт энергетики НАН Беларуси
ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ИНФРАКРАСНОГО ОБОГРЕВА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЦЕХОВ
Запропоновано принцип оп-
тимізації параметрів інфрачерво-
них систем обігріву виробничих
цехів, що полягає в мінімізації ви-
трат на їх створення і експлуата-
цію при дотриманнi санітарних і
технологічніх норм.
Предложен принцип оптими-
зации параметров инфракрасных
систем обогрева производствен-
ных цехов, заключающийся в ми-
нимизации затрат на их создание и
эксплуатацию при соблюдения са-
нитарных и технологических норм.
The principle of parameters
optimization of infra-red heating
systems developed for production
workshops offered. It consists in
minimization of charges on their
making and operation at maintenance
of sanitary and technological norms.
CP – удельная теплоемкость воздуха;
Einf – лучистый поток от инфракрасных излуча-
телей;
E1, E*, E** – предельные значения лучистого
потока, связанные с теплоощущениями чело-
века и технологией производства;
ej – расстояние от выбранной продольной сте-
ны до линии, образованной продольными ося-
ми излучателей j-го ряда;
G – расход вентиляционного воздуха;
L0, LL – расстояния от торцевых стен до центров
ближайших излучателей;
L, B, H – длина, ширина и высота цеха;
l, b – длина и ширина излучателя;
M – число рядов излучателей в цехе;
nk – число излучателей в k-ом ряду;
s′ – стоимость одного джоуля электрической
энергии или сжигаемого газа, выделяющего
один джоуль тепла;
s″ – стоимость одного джоуля тепловой энер-
гии;
ТV1, ТV2 – температура подаваемого в помеще-
ние и отводимого вентиляционного воздуха;
Тout – температура наружного воздуха;
QEQ – мощность тепловыделения от людей и
технологического оборудования;
ΔQ, ΔQ*, ΔQ** – дисбаланс энергии в теле чело-
века и его допустимые пределы;
q – поток тепла через ограждающие конструк-
ции;
Δk – расстояние между центрами соседних из-
лучателей k-ого ряда;
Θ – расход денежных средств за отопительный
сезон на оплату энергии, потребляемой ИК-
системой и вентиляцией;
ϑEQ, ϑW, ϑB – затраты, обусловленные износом
оборудования, расходы на оплату труда обслу-
живающего персонала и потери поступлений
по банковскому депозиту за период эксплуата-
ции системы, отнесенные к продолжительнос-
ти этого периода;
Σ – площадь ограждающих конструкций;
τ – время;
Ф – продолжительность отопительного сезона.
Для обогрева цехов промышленных пред-
приятий больших размеров, как правило, ис-
пользуется воздушная система отопления,
совмещенная с вентиляцией. Ее основной не-
достаток известен. Из-за низкой теплоемкос-
ти воздуха для переноса тепла требуется его
огромная масса. Для того, чтобы подвижность
воздуха в рабочей зоне находилась в пределах
санитарных норм, воздухораспределительные
устройства устанавливают выше этой зоны, и
большая часть тепла уносится восходящими
потоками наружу здания.
К настоящему времени одним из наиболее
энергоэффективных способов обогрева боль-
ших помещений является применение инфра-
красных систем (ИК-систем). Принцип их ра-
боты заключается в преобразовании энергии
электромагнитных волн, генерируемых излу-
чателями, в тепло при попадании на поверх-
ности ограждающих конструкций и предме-
тов, находящихся в помещении. Они имеют
ряд преимуществ, которые не присущи тра-
→
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №278
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
диционным (водяной и воздушной) системам
отопления. В первую очередь, незначительный
градиент температуры по высоте помещения,
малые конвективные токи, локальность тепло-
вого воздействия. В силу этих особенностей
тепловые потери через наружные ограждения
гораздо меньше, чем при работе традицион-
ных систем, что обуславливает энергетичес-
кую эффективность ИК-обогрева.
Инфракрасные излучатели (газовые, элек-
трические) нашли широкое применение в про-
мышленности для обогрева производственных
цехов. Однако, зачастую они устанавливаются
далеко не самым рациональным образом. В ре-
зультате снижается их эффективность и не вы-
держиваются санитарные нормы.
Рассмотрим принцип оптимизации ИК-
систем. В качестве целевой функции устано-
вим затраты на создание системы и ее эксплу-
атацию. Математически оптимизационную за-
дачу можно записать, как:
)( minEQ W B++ Φ =Θ + ϑ θ ϑ ; (1)
( )2 1
0
def
s q d Q G C T TEQ p V V
Φ ′= Σ− + − + ∫ ∫∫
Σ
Θ
}1( ) dp V outs GC T T−′′+ τ .
Будем считать, что цех имеет форму пря-
моугольного параллелепипеда длиной L, ши-
риной В и высотой Н. Инфракрасные излуча-
тели смонтированы излучающей поверхнос-
тью вниз параллельно полу. Они расположены
в М рядов по nk излучателей так, что их про-
дольные оси образуют линию, параллельную
продольной оси цеха. Общая расстановка из-
лучателей описывается соотношениями:
0
1
L
k k
L L L
n=
− −
∆ − ; Δk > l; (L0^LL) > l/2; k = 1,M;
ej+1– ej > b; (ej^eM) > 0; (e1^B–eM) > b/2; j = 1,M – 1.
Тепловые потери q через наружные ограж-
дения находятся из решения системы урав-
нений теплопереноса в цехе. Для построения
математической модели цех разделен по вы-
соте на зоны: рабочую, где находятся станки
и люди, и остальной объем, находящийся вы-
ше ее. Теплоперенос в этих зонах носит раз-
личный характер: в верхней он описывается
уравнениями турбулентной атмосферы [1], в
нижней, загруженной оборудованием – урав-
нениями движения в крупноячеистой анизо-
тропно-пористой среде [2]. Связь между па-
раметрами воздуха в зонах устанавливается с
помощью условий сопряжения на их границе.
При описании теплопереноса в цехе при-
нято квазистационарное приближение. Неста-
ционарность процесса обогрева, связанная с
изменениями температуры наружного воздуха
и графиком работы цеха (рабочий и нерабо-
чий периоды, различающиеся температурами),
учитывается в граничных условиях на наруж-
ных ограждениях. Распространение инфра-
красного излучения подчиняется уравнению
Бугера, учитывающему характеристики излу-
чения (мощность, спектр, индикатриса) и со-
держание влаги в воздухе, которая оказывает
доминирующее влияние на его поглощение.
Ограничения на тепловую обстановку в
цехе обусловлены теплоощущениями челове-
ка и технологией производства [3]. Первое
ограничение связано с поддержанием ком-
фортного функционального и теплового сос-
тояния организма без напряжения системы
терморегуляции. Дисбаланс между выделяе-
мой в теле человека энергией и отводимой от
него должен находиться в допустимых преде-
лах:
ΔQ* ≤ ΔQ ≤ ΔQ**, (3)
а лучистый поток не должен превышать до-
пустимого уровня:
Einf ≤ E1. (4)
С другой стороны, в определенном диапа-
зоне:
E* ≤ Einf ≤ E** (5)
инфракрасные лучи оказывают положитель-
ное действие на технологические процессы
[4]. Рассматривая только случай, когда E1 ≥ Emin,
объединим неравенства (4), (5) и получим ог-
(2)
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 79
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
раничение на величину лучистого потока в
виде:
min
max
1
inf
E
E E
E
≤ ≤
Величины ΔQ, E1, E*, E** зависят от харак-
теристик одежды, активности деятельнос-
ти человека, температуры и подвижности ок-
ружающего воздуха.
В результате решения оптимизационной
задачи (1) с ограничениями в виде неравенств
(2), (3), (6) и с учетом законов теплопереноса
и распространения инфракрасного излучения
находятся мощность и количество излучате-
лей, параметры их расстановки в цехе (3),
распределение мощности по излучателям,
температура и расход подаваемого вентиля-
ционного воздуха, обеспечивающие мини-
мальные затраты на обогрев цеха за отопи-
тельный сезон при соблюдении санитарных и
технологических норм.
Эффективная эксплуатация современных
технологических линий требует поддержания
(порой весьма жесткого) определенного мик-
роклимата в рабочей зоне. Так, для качествен-
ного нанесения эмали на проволоку необходи-
ма сухость ее поверхности, несмотря на боль-
шую влажность в цехе, для полирования линз
– оптимальная для применяемой полироли
температура воздуха и низкий перенос пыли
в рабочей зоне. В ряде случаев традиционные
системы отопления не способны создать нуж-
ных микроклиматических условий, а газовые
излучатели нельзя использовать по пожарным
или иным условиям, либо они не позволяют
достичь желаемой эффективности, поскольку
процесс горения требует подачи дополнитель-
ного количества воздуха, что приводит к нера-
циональным затратам на его подогрев. Решить
эту проблему возможно с помощью электри-
ческих инфракрасных излучателей.
В Национальной академии наук Беларуси
разработана автоматизированная система лу-
чистого обеспечения технологических условий
(АСЛОТУ), параметры которой определяются
в соответствии с изложенным оптимизацион-
ным подходом к их расчету [4, 5]. Она состоит
из электрических инфракрасных излучателей,
блоков цифрового управления параметрами из-
лучения и сети электроснабжения. В АСЛОТУ
используются излучатели со специальным по-
крытием излучающих пластин, обеспечиваю-
щим узконаправленность лучистого потока в
диапазоне длин волн, слабо поглощаемых воз-
духом и положительно воздействующих на тех-
нологические процессы. В блоки управления
заносится программа, обеспечивающая работу
системы: поддержание требуемых температур-
ных условий, переход с одного температурно-
го режима на другой в заданное время по
энергосберегающему алгоритму, осуществле-
ние защиты оборудования при нарушениях
параметров электросети и др.
В больших цехах доминирующий вклад в
снижение энергозатрат на обогрев при исполь-
зовании АСЛОТУ вносит его локализация –
деление цеха на участки с автономным под-
держанием индивидуальных температурных
условий. Для повышения энергоэффектив-
ности системы нагревательные элементы из-
лучателей (ТЭНы), расположенных на одном
участке, соединяются в батареи. На каждую из
них подается электрическая мощность, величи-
на которой регулируется блоком управления и
равномерно распределяется по объединенным
ТЭНам.
Приведенные особенности АСЛОТУ обус-
лавливают ее высокую эффективность, позволяя
уменьшить расход первичного топлива на обо-
грев производственных цехов в 1,5…1,8 раза.
Помимо этого она содействует решению тех-
нологических задач – созданию микроклимата,
требуемого производственными процессами.
В качестве примера приведем АСЛОТУ для
полировального цеха БелОМО. В таблице да-
ны основные характеристики цеха и инфра-
красной системы, на фотографии – сам цех с
установленными ИК-излучателями.
Эксплуатация системы показала, что за
счет интенсификации термохимических ре-
акций полировального процесса в результате
воздействия инфракрасного излучения на 12 %
увеличилась производительность обработки
(при E1 ≤ Emax);
(при E1 > Emax).
(6)*
** **
**
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №280
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
оптических изделий. Стабильность поддержа-
ния требуемых технологией тепловых условий,
уменьшение подвижности воздуха и переноса
пыли привели к снижению брака на 25 %.
Выводы
Предложен принцип оптимизации пара-
метров инфракрасных систем обогрева про-
изводственных цехов, заключающийся в ми-
нимизации затрат на создание систем и их
эксплуатацию при ограничениях, связанных с
соблюдением санитарных и технологических
норм, и с учетом законов теплопереноса и
распространения инфракрасного излучения.
В результате решения оптимизационной зада-
чи определяются мощностные характеристи-
ки системы, расстановка излучателей и алго-
ритм их работы.
На основе электрических инфракрасных
излучателей разработана автоматизированная
система лучистого обеспечения технологи-
ческих условий (АСЛОТУ). Ее применение
позволяет снизить затраты первичного топлива
на обогрев цехов в 1,5…1,8 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Роди В. Модели турбулентности окружа-
ющей среды // В кн. Методы расчета турбу-
лентных течений.– М.: Мир, 1984.– С. 227-322.
2. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические
и тепловые основы работы аппаратов со ста-
ционарным и кипящим зернистым слоем.–
Л.: Химия, 1968.– 512 с.
3. Дмитриев Г.М. Ограничения параметров
тепловой обстановки в рабочей зоне цеха при
инфракрасном обогреве // Энергетика.– 2003.–
№ 2.– С. 84-92.
4. Ахрамович А.П., Дмитриев Г.М., Колос
В.П., Михалевич А.А. Достоинства и потенци-
альные возможности систем ИК-обогрева //
Энергоэффективность.– 2005.– № 7.– С. 10-12.
5. Ахрамович А.П., Дмитриев Г.М., Колос
В.П., Михалевич А.А. Электрические ИК-излу-
чатели средней удельной мощности // Энерго-
эффективность.– 2006.– № 12.– С. 16-19.
Получено 04.01.2012 г.
Параметр Ед-ца
изм.
Значе-
ние
Площадь цеха м2 1150
Высота цеха м 4,2
Установленная мощность
АСЛОТУ кВт 160
Количество зон с индиви-
дуальными температурны-
ми условиями
– 6
Снижение затрат условного
топлива на обогрев за ото-
пительный сезон
% 40
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59081 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:49:46Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ахрамович, А.П. Дмитриев, Г.М. Колос, В.П. 2014-04-06T14:38:43Z 2014-04-06T14:38:43Z 2012 Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов / А.П. Ахрамович, Г.М. Дмитриев, В.П. Колос // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 77-80. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59081 697.273.8 Предложен принцип оптимизации параметров инфракрасных систем обогрева производственных цехов, заключающийся в минимизации затрат на их создание и эксплуатацию при соблюдения санитарных и технологических норм. Запропоновано принцип оптимізації параметрів інфрачервоних систем обігріву виробничих цехів, що полягає в мінімізації витрат на їх створення і експлуатацію при дотриманнi санітарних і технологічніх норм. The principle of parameters optimization of infra-red heating systems developed for production workshops offered. It consists in minimization of charges on their making and operation at maintenance of sanitary and technological norms. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Энергосбережение Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов The optimization of infrared heating systems for production workshops Article published earlier |
| spellingShingle | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов Ахрамович, А.П. Дмитриев, Г.М. Колос, В.П. Энергосбережение |
| title | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов |
| title_alt | The optimization of infrared heating systems for production workshops |
| title_full | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов |
| title_fullStr | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов |
| title_full_unstemmed | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов |
| title_short | Оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов |
| title_sort | оптимизация систем инфракрасного обогрева производственных цехов |
| topic | Энергосбережение |
| topic_facet | Энергосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59081 |
| work_keys_str_mv | AT ahramovičap optimizaciâsisteminfrakrasnogoobogrevaproizvodstvennyhcehov AT dmitrievgm optimizaciâsisteminfrakrasnogoobogrevaproizvodstvennyhcehov AT kolosvp optimizaciâsisteminfrakrasnogoobogrevaproizvodstvennyhcehov AT ahramovičap theoptimizationofinfraredheatingsystemsforproductionworkshops AT dmitrievgm theoptimizationofinfraredheatingsystemsforproductionworkshops AT kolosvp theoptimizationofinfraredheatingsystemsforproductionworkshops |