Энергосбережение и бытовые обогреватели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергосбережение и бытовые обогреватели

В настоящее время у нас в стране и за рубежом всё большей популярностью пользуются бытовые обогреватели. Обычно, их используют как дополнительные источники тепла, однако, последнее время всё чаще - как основные. Это удобно, так как нет необходимости тратить ресурсы на отопление с помощью пара, требующего целой системы труб, специального обслуживания и очень непросто поддающегося оперативному регулированию температуры в обогреваемом помещении, и, следовательно, снижающему энергоэффективность процесса отопления.

Существует большой ассортимент обогревателей по принципу действия. К ним относятся:

- газовые, водяные и электрические конвекторы (напольные, подвесные и настенные);

- тепловентиляторы (конвекторы принудительного продува);

- масляные обогреватели;

- газовые, электрические инфракрасные системы (коротковолновые, средневолновые и длинноволновые).

Все они имеют известные достоинства и недостатки. Исследование информационных ресурсов показало, что, особенно за рубежом, складывается тенденция к приоритетному применению инфракрасных систем обогрева. Приводятся данные, демонстрирующие эффективность этого вида обогревателей по сравнению с прочими:

- легкость, удобство эксплуатации и монтажа системы;

- при использовании современных автоматов защиты от короткого замыкания и перегрузок, а также устройств защитного отключения по току утечки вероятность пожара или поражения электрическим током близка к нулю;

- эффективная возможность регулирования подачи тепла;

- небольшие габаритные размеры отопительных приборов, которые к тому же не требуют особого ухода;

- высокая гигиеничность и экологические достоинства электрических обогревателей;

- бесшумность отопительной системы, так как для её работы не нужны циркуляционные насосы;

- высокий КПД, обусловленный отсутствием теплоносителя, благодаря чему происходит прямое преобразование электрической энергии в тепловую.

С другой стороны, как оказалось, существуют и совершенно другие мнения на этот счёт. Как правило, это мнение высказывают пользователи, на личном опыте убедившиеся в несоответствии бравурных рекламных посылок реальному положению дел. Вот некоторые, отзывы:

· «Приобрел "Пион 06" - повесил на даче (утепленный бревенчатый сруб) - комнату 10 м2 нагрел до 150C. Посидел, дрожа от "свежего здорового " воздуха и растопил проверенную печь, типа "буржуйка", работающую на бытовых отходах. Цена "Пиона" превышает 4 м3 березовых дров, мне на 3 года их хватает на даче, и никакого электричества!»

· «Аналогичная ситуация произошла и у меня. Приобрёл ПИОН 13, взамен обычного масляного радиатора, поведшись на рекламу об инфракрасном чудо - обогревателе. Через два часа работы этого обогревателя температура в комнате стала опускаться к отметке 14 градусов, так что пришлось вновь включать обычный масляный обогреватель что бы не замёрзнуть.»

Так в чём же дело? Где тут «собака порылась?»

Нами были проведены сравнительные исследования двух типов обогревателей: инфракрасного «Пион», мощностью 1300Вт и масляного семисекционного типа Irit IR-07 1507T, мощностью 1500Вт. В момент проведения исследования центральное отопление было выключено.

Для начала было выбрано помещение размером 6,1?5,8м, для которого рассчитали потребную тепловую нагрузку. В качестве исходных данных были взяты средние температуры для нашего региона: -10?С зимой на улице и +20?С в помещении.

При этом:

Тепловая нагрузка помещения определяется:

Qот = Qt + Qв, где (1)

Qt - трансмиссионные потери (количество тепловой энергии, передаваемое от внутреннего воздуха в помещении к наружному воздуху, Вт); Qв - расход теплоты на нагрев наружного воздуха, Вт

Трансмиссионные потери, через ограждающие конструкции (стены, окна, двери, потолки, полы), определяются из общего уравнения теплопередачи:

Qt = F/R* (tв - tн)* (1+b)* n , где (2)

F - площадь ограждающей конструкции, м2; R - общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2*С/Вт; tв - tн - расчётная температура, внутреннего и наружного воздуха, oC; b - добавочные потери теплоты, определяемые по Приложению 9 СНиП 2.04.05-91; n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности по отношению к наружному воздуху (по СНиП - I I -3-79).

Термическое сопротивление однородного слоя строительного материала определяется по формуле:

R = b / l, где (3)

b - толщина материала, м; l - коэффициент теплопроводности материала, Вт/м2*С.

Кирпичная кладка на цементно-песчаном растворе 0,58

Сосна, ель поперёк волокон: 0,29

По формуле (3):

Rвн. ст. = 0,5/0,58 = 0,86 м2*С/Вт;

Rвн. ст. = 0,35/0,58 = 0,6 м2*С/Вт;

Rпол, потолок = 0,5/0,29 = 1,72 м2*С/Вт.

По формуле (2):

Qt внеш.ст. = 15/0,86*30*1,25*1 = 654Вт;

Qt окна = 6/0,35*30*1,25*1 = 643Вт;

Qt внут. ст. = 63/(0,35/0,58)*15*1*1 = 1567Вт;

Qt пол = 36/(0,50/0,29)*15*1*1 = 313Вт;

Qt потолок = 36/(0,50/0,29)*20*1*1 = 418Вт;

Qt общ = 654 + 643 + 1567 + 313 + 418 = 3595Вт.

Расход теплоты на нагрев поступающего наружного воздуха (за счёт инфильтрации):

Qв = 0,28G* c * (tв - tн)* k , где (4)

G - количество, поступающего в помещение не подогретого воздуха, кг/час; c - удельная теплоёмкость воздуха (равна 1 КДж/кг*С); k - коэффициент учёта влияния встречного теплового потока, равный:

· 0,7 - для окон с тройным остеклением;

· 0,8 - для окон с раздельными переплётами;

· 1,0 - для окон и балконных дверей со спаренными переплётами и стеклопакетами.

По формуле (4):

Qв = 2*0,28*1*35*1 = 19,6Вт.

По формуле (1):

Qот = 3595 + 19,6 = 3614Вт.

Из расчётов получаем, что тепловые потери, в заданном помещении, при температуре окружающего воздуха -10oC, равны 3614 Вт

Таким образом, получается, что в расчётном помещении можно разместить три обогревателя типа «Пион», общей мощностью 3900Вт или 3 конвективных обогревателя, общей мощностью 4500Вт.

Складывается впечатление, что инфракрасные обогреватели действительно более эффективны, чем конвективные. Однако, продолжим эксперименты. обогреватель тепловой трансмиссионный инфракрасный

Рис.1 Расположение контрольных точек и ИК-обогревателя «Пион».

В помещении были размещены 10 датчиков температуры. Восемь из них, подключённые к многоканальному измерителю температуры ХАН-10, были размещены в «зоне прямой видимости» инфракрасного облучателя, смонтированного на стене на высоте 2,5м от пола. (Рис.1)

Датчики № 9 и 10 были расположены в углах помещения для фиксации момента возникновения потоков тёплого воздуха.

Все термодатчики были одновременно отградуированы по ртутному термометру.

Эксперимент длился в течение двух с половиной часов. Результаты представлены на Рис.2.

Рис.2 Результаты эксперимента с ИК-обогревателем.

Аналогичный эксперимент был поставлен с конвективным обогревателем.

Термодатчики располагались на тех же местах, а сам обогреватель был установлен под ИК облучателем (Рис.4).

Результаты эксперимента представлены на Рис.3 и 5.

Так как датчик № 1 располагался непосредственно над конвектором, то он, естественно разогревался до более высокой температуры, чем все остальные. График его данных был вынесен в отдельный рисунок с более высоким временным разрешением.

Рис.3 Данные термодатчика № 1.

Рис.4 Размещение конвективного обогревателя.

Обсуждение результатов эксперимента.

Первое, что бросается в глаза - это большой разброс термодинамических характеристик в случае с ИК-обогревателам и относительно синхронные изменения на датчиках при использовании конвектора. Более того, динамика процессов в первом случае существенно выше, чем во втором, хотя, через время, отпущенное для эксперимента, результаты по основной массе контрольных точек примерно одинаковы.

Интересна немонотонность возрастания температуры при ИК облучении. Связано это с тем, что при проведении эксперимента была включена вентиляция, в результате чего холодные массы воздуха, приведённые ею в движение, тут же отняли часть тепла у разогретых излучением датчиков.

Рис.5 Результаты эксперимента с конвектором.

Датчик №1 в эксперименте с конвектором открыл вполне очевидную, но доселе никогда демонстрировавшуюся особенность работы этого типа обогревателя. Дело в том, что для обеспечения безопасности работы с ним, на его поверхности поддерживается температура, не позволяющая обжечься при тактильном контакте с ним. Не выше 50?С. Для сравнения: длинноволновый обогреватель типа «Пион» имеет температуру рабочей поверхности до 150?С. Но он и располагается в недоступном месте. Эта особенность конвектора выражается в том, что он в среднем потребляет существенно меньшее количество энергии, чем ИК-облучатель. То есть он, в среднем, никогда не потребляет заявленную мощность (в данном случае - 1500Вт). Это пиковое значение в момент включения нагревательного элемента. Датчик показал, что это происходит примерно каждые 15 минут и длится примерно7 минут.

Эксперименты показали, что ИК-облучатель потреблял мощность 1298Вт, а конвектор - 623Вт. Расчётное количество обогревателей будет потреблять, соответственно, 3894 и 1829 Вт. Результат работы в конце каждого опыта был примерно одинаков. Следовательно, конвектор более чем в два раза экономичнее ИК-облучателя типа «Пион».

Выводы и рекомендации

- ИК обогреватели можно и нужно использовать там, где нет возможности (нет места на полу) установить обогреватель конвективного типа, например в свинарнике, для обогрева молодняка или для дополнительного обогрева какого-то конкретного места в помещении.

- Чем больше помещение и выше вероятность возникновения сквозняка, тем более высокотемпературным (коротковолновым) должен быть ИК-облучатель. В этом смысле абсолютной глупостью является возможность использования этого типа обогрева на улице, что часто рекламируют производители.

- ИК обогреватель быстро нагревает близкие к нему предметы. Воздух при этом остаётся холодным. При этом нагреваются поверхности, обращённые к облучателю. Тыльная сторона не нагревается. Здесь работает «эффект шашлыка»: для равномерного обогрева надо постоянно вращаться, подставляя то одну, то другую сторону под тепловое излучение.

- При использовании ИК-обогревателя, не расходуется место «рабочей зоны» - установка производится на стены или потолок.

- Конвекторы инерционнее, чем ИК-обогреватели.

- Нагрев масляным обогревателем меньше подвержен сквознякам. Он осуществляет объёмный обогрев (греет воздух, а не предметы), что часто предпочтительнее, так как обогревает предметы, даже удалённые от него, целиком, а не по частям.

- Средняя мощность, потребляемая бытовым конвективным обогревателем, как правило, существенно меньше заявленной пиковой. При этом, по мере увеличения температуры воздуха в помещении, количество потребляемой энергии снижается за счёт увеличения периода «выключенного» состояния.

- В реальности можно увеличить эффект конвективного обогревателя, установкой большего числа секций при той же потребляемой мощности.

- Конвектор, при отсутствии мешающих воздушным потокам предметов, более равномерно обогревает помещение, хотя первую часть времени тепло уходит в подпотолочную зону.

- Оптимальным решением будет применение обоих типов обогревателей вместе и управления обогревом помещения с помощью электронный устройств (соотношение и количество рассчитывается для конкретных помещений с известным расположением рабочих зон).

Размещено на Allbest.ru