Incalzirea spatiilor industriale prin radiatie
Cum se transmite caldura?
Corpurile isi modifica temperatura, cedand sau absorbind caldura din mediu. Transferul caldurii intre corpuri se poate face fie in urma contactului dintre acestea, fie la distanta. Exista trei modalitati de realizare a acestui transfer: conductie, convectie si radiatie.
Conductia termica:
-este fenomenul de transfer termic prin corpuri fara miscari aparente si este caracteristica solidelor si straturilor subtiri de fluid in repaus. Conductia termica reprezinta transportul direct al caldurii in interiorul aceluiasi material, in masa caruia exista diferente de temperatura sau intre corpuri diferite, atunci cand intre ele exista contact si diferente de temperatura.
Convectia caldurii:
este fenomenul de transfer termic intre un solid si un fluid sau intre doua fluide cu stari de agregare diferite. Convectia caldurii are loc datorita unui fluid in miscare, in care elemental conducator vehiculeaza din zona cu temperatura mai mare pentru a transporta energia termica in zonele cu temperatura mai scazuta.
Convectia termica poate fi:
-convectie naturala: are loc atunci cand fluidul se misca pe principiul termosifonului, datorita diferentei de temperatura si densitate dintre zona calda si zona mai putin calda (ex: radiatorul);
-convectie fortata: are loc atunci cand fluidul se misca pe baza fortelor rezultate din diferentele de presiune statice sau dinamice, create artificial sau natural (ex : ventiloconvectorul).
Radiatia termica:
-este modalitatea prin care soarele incalzeste pamantul si reprezinta modul de transmitere a caldurii, sub forma de energie radianta care intervine intre doua suprafete, avand temperature diferite, distantate si separate intre ele printr-un spatiu care permite radiatia. Radiatia, ca fenomen de transport de energie, utilizeaza drept suport material undele electromagnetice, care se propaga cu viteza luminii si cedeaza caldura corpurilor cu care intra in contact direct, aerul din incapere fiind incalzit indirect de corpurile incalzite prin radiatie.
Dintre cele trei tipuri de transmitere a caldurii, pentru incalzirea spatiilor in care ne desfasuram activitatea, putem folosi doar doua si anume: convectia si radiatia. Incalzirea prin convectie o putem folosi in toate cazurile de incalzire a unui spatiu inchis, indiferent de activitatea desfasurata si inaltimea spatiului ce trebuie incalzit. Trebuie mentionat faptul ca in cazul incalzirii cu aer cald a unui spatiu cu un volum mare, costurile de utilizare sunt ridicate.
In acest sens, solutia optima o reprezinta incalzirea prin radiatie, care are o mare aplicabilitate pentru spatiile industriale cu o inaltime mai mare de 4 metri. Acesta este adevaratul motiv pentru care solutiile de incalzire prin radiatie a halelor de productie si depozitare, a salilor de sport etc. castiga teren in fata incalzirii traditionale cu aer cald.
Avantajele incalzirii prin radiatie:
-economie de combustibil cu pana la 40% fata de incalzirea cu aer cald, pentru acelasi confort termic;
-incalzirea este necesara numai pe durata programului de lucru, deoarece in 5 minute de la pornirea instalatiei se atinge 95% din puterea nominala;
-lipsa curentilor de aer;
-nu necesita construirea unui spatiu tehnic;
-costuri reduse de intretinere;
-posibilitatea de a incalzi doua sau mai multe zone ale aceluiasi spatiu, la temperaturi diferite, fara a le compartimenta.
-lipsa agentului termic creste siguranta echipamentului fata de inghet.
Tipuri de echipamente cu transmitere a caldurii prin radiatie:
Panouri radiante
Panourile radiante SBM se incadreaza in cea mai restrictiva clasa de protectie a mediului (clasa 4), continutul de oxizi de azot in produsele de combustie Nox <>
Arderea gazelor naturale sau a GPL-ului la panourile radiante SBM este completa astfel incat calitatea aerului interior nu este afectata, flacara dezvoltandu-se la suprafata placii ceramice, care ajunge la o temperatura de ~900°C.
Tuburi radiante
Tuburile radiante au avantajul ca pot fi racordate la tubulatura atat pentru evacuarea gazelor arse cat si pentru admisia aerului proaspat necesar arderii. Suprafata radianta este realizata dintr-un tub de otel liniar sau in forma de ‘’U’’, acest tub fiind incalzit cu ajutorul arzatorului. Flacara dezvoltata in interiorul tubului si gazele arse cresc temperatura pana la 300°C in zona ventilatorului (care are rolul de evacuare a gazelor arse) si 600°C in zona arzatorului.
Tubulatura radianta
Functionarea tubulaturii radiante este asemanatoare cu functionarea tuburilor radiante si consta in incalzirea unei tubulaturi continue din otel, care poate ajunge pana la o lungime de 100 m. Cu ajutorul flacarii si a gazelor arse generate de arzator se ajunge la temperaturi cuprinse intre 250 – 600°C. Diferenta majora dintre cele doua sisteme consta in posibilitatea amplasarii in exterior (antiex) a grupului de combustie compus din arzator si ventilator.
Solutii de incalzire industriala
O cladire trebuie sa fie incalzita pentru a combate pierderile sale termice pe de-o parte prin reimprospatarea aerului (pierderi dinamice) si pe de alta parte pierderile termice prin pereti (pierderi statice).
Alegerea modalitatii de incalzire a unei cladiri industriale, fie prin aer cald, fie prin radiatie, este determinata de inaltimea cladirii si de natura izolatiei sale.
Pentru cladiri joase, de la 4 la 6 metri, izolate si incalzite in intregime, aerul cald va fi o solutie de cele mai mult ori mult mai economica din punctul de vedere al investitiei.
In general, incalzirea prin radiatie in infrarosu (panouri radiante ceramice, tuburi radiante, tubulatura radianta) se va aplica cladirilor cu pierderi foarte mari de caldura – cladirilor cu inaltimi de 5 metri si mai mari, cu o slaba izolatie termica sau in cazul in care se doreste incalzirea unei zone sau a unei parti din cladire. In concluzie, radiatia in infrarosu incalzeste local suprafetele (solul, masinile, oamenii) si nu aerul interior. Aceasta modalitate de incalzire contribuie la economie de energie care poate ajunge pana la 50% in raport cu solutia de incalzire cu aer cald.
Cladirile al caror nivel de reimprospatare a aerului este foarte ridicat (hale de sudura, hale de vopsitorie) sunt tratate diferit. Aerul extras va fi compensat prin aer proaspat din exterior care in prealabil va fi incalzit.
Pentru calculul necesarului de caldura, reimprospatarea aerului se exprima in „volume de cladire pe ora” (m3/h); reimprospatarea aerului tine cont de deschiderile usilor, de etanseitatea cladirii si de eventualele extractii. Ea este cuprinsa de regula, intre 0,5 si 2 schimburi orare. Cateodata poate atinge valori mult mai ridicate (4 sau 5 schimburi orare) in functie de specificul activitatii si cladirii.
Dupa stabilirea tehnicii de incalzire a cladirii se trece la calculul propriu zis al necesarului de caldura.
Calculul estimativ al necesarului de caldura se poate face prin coeficienti. In tabelul de mai jos sunt indicati coeficientii de putere instalata pe metru cub de cladire pentru o reimprospatare a aerului de 1 schimb orar (adica fara curenti de aer sau extractii de aer importante). Valorile de mai jos trebuie sa fie multiplicate cu volume sau suprafata si prin diferenta de temperatura dintre interior si exterior.
Pentru o incalzire generala
Aer cald
Radiatie in infrarosu
Cladire
Natura peretilor
W/m3 de volum de cladire si de oC
W/m2 de suprafata la sol si de oC
W/m3 de volum de cladire si de oC
Bine izolata
Pereti sandwich si 10% luminatoare
0,6
2,2
0,55
Izolata
Acoperis sandwich de 50 mm, 40% ferestre metalice si ziduri din caramida cu goluri
1,1
3,7
0,9
Slab izolata
Acoperis din ciment cu 10% luminatoare si ziduri din caramida cu goluri
1,8
5,6
1,6
Hangar inchis
Ciment
3
8,7
2,2
oC – temperatura corpului negru
Acesti coeficienti estimativi sunt pentru cladiri industriale cu un volum aproximativ de 5000 m3. Pentru cladiri mici, acestia trebuie sa fie mariti cu cca 30% iar pentru cladiri foarte mari acestia trebuie micsorati cu cca 20%.
Pentru obtinerea conditiilor de confort, in cazul incalzirii cu aer cald, trebuie sa se tina cont de:
-lungimea jetului util al aparatelor este limitat in distanta. Astfel, daca vom plasa aeroterme cu lungimea jetului de 20 m intr-o hala de 60 de metri lungime, este necesar ca minim 3 aeroterme sa fie montate cu bataia jetului in directia longitudinala a halei.
-puterea utila instalata trebuie sa fie mai mare sau egala cu necesarul de caldura calculat
-debitul de aer al aparatelor sa permita amestecarea aerului in cladire. Nivelul de amestec care rezulta trebuie sa fie suficient de mare pentru a combate stratificarea aerului cald care are tendinta de a se concentra la partea superioara a cladirii.
Pentru determinarea numarului de aparate de incalzire prin radiatie in infrarosu
-puterea radianta instalata trebuie sa fie mai mare sau egala cu necesarul radiant calculat, marit cu un coeficient de inaltime de prindere de ordinul a 5% pe metru incepand de la 7 metri
-fiecare aparat incalzeste o suprafata definita la sol, iar aceste conuri trebuie sa se interfereze pentru a asigura o omogenitate a incalzirii
...mai putin
