Vysokoteplotní plynové a elektrické zářiče (Světlé zářiče)

Transkript

1 Fakulta strojní Ústav techniky prostředí Vysokoteplotní plynové a elektrické zářiče (Světlé zářiče) Ing. Ondřej Hojer, Ph.D. Plynové - Konstrukce 1. Směšovací komora 2. Keramické destičky 3. Nerezový reflektor 4. Zapalovací a ionizační elektrody 5. Vstupní tryska 6. Řídící automatika 7. Závěsy 1

2 Typy zářičů, úhel jádrového a všeobecného sálání Sálavá účinnost Q sál ηs = H V& H [J/m 3 ] V [m 3 /s] Q sál [W] Výhřevnost plynu Spotřeba plynu Sálavý výkon h=58% h=63% h=82% h=67% h=73% Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS

3 Rozmísťování Schéma pro navrhování světlých zářičů v příčném a podélném směru Vodorovné zavěšení Schéma pro navrhování světlých zářičů v příčném a podélném směru Šikmé zavěšení 3

4 Bezpečné odstupy od nehořlavých a hořlavých konstrukcí Čím vyšší je účinnost,tím vyšší je povrchová teplota 4

5

6 6

7 Metodika návrhu Fyzikálně správné řešení Vychází ze základních fyzikálních zákonů (celkové tepelné bilance) Zjednodušené řešení - Praxe Protože se téměř nic nedá řešit přesně

8 8

9 9

10 10

11 Světlé plynové infrazářiče Povrchová teplota do 900 C Nepřímý odvod spalin Ideální pro vyšší výšky zavěšení (> 6 m) místní a celoplošné vytápění Velmi rychlá reakce Vytápění osamělých pracovišť 11

12 Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Vít, M., B. Málek, and Z. Matthauserová, Měření mikroklimatických parametrů pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb, V.M. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p Kontrola maximální intenzity sálání Doporučené hodnoty Intenzita osálání temena hlavy by neměla překročit 200 W/m 2 Návrh: Měření: I t S f Q = A inst f = η φ S A S 4 8 0,6 4 [( t 273) 2,9 10 ( )] 1/ g + + wa tg t 273 mrt = i 6 [( ) ] 4 9 I = t ,65 10 /17,3 10 (2) mrt Příklad: Při sálavém vytápění haly je výsledná teplota ve výšce hlavy pracovníka t g = 27 C (měřeno kulovým teploměrem Vernon - Jokl, tj. φ 100 mm), teplota vzduchu t i = 18 C, rychlost proudění vzduchu w a = 0,25 m.s -1. Zkontrolujte požadavek podle nařízení vlády č. 178/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů intenzita osálání hlavy pracovníka nesmí být větší než 200 W.m -2. Podle vztahu (1) je radiační teplota t mrt = 37 C, dosazením do vztahu (2) vychází intenzita sálání 33,9 W.m -2. (1) 12

13 Regulace DOPORUČENÍ PRO NÁVRH: Referenční zářič (funkce spojena s během ventilátoru) Typ čidla (t i, t g ) Umístění čidla (neosluněné, mimo průvan, v oblasti sálání referenčního zářiče) Týdenní program dle požadavků Vypínání jednotlivých zářičů (sekcí) Dálkové ovládání Ovládání přes PC Petráš, D., M. Kotrbatý, a kolektiv, Vytápění velkoprostorových a halových objektů. 1. ed. 2006, Bratislava: Sálavé JAGA a GROUP, průmyslové s.r.o. vytápění 205 str. ISBN Návrh plynovodu DOPORUČENÍ PRO NÁVRH: Zapojení do rámu Přípojky k sekcím mírně naddimenzovat Uvažovat požární úseky každý požární úsek (místnost) musí mít samostatně uzavíratelný přívod plynu Měrná tlaková ztráta do 2 Pa / m 13

14 Návrh plynovodu Celý výpočet se provádí dle TPG G Plynovod se rozdělí na úseky ve kterých se nemění průtok (dělícími uzly potrubní sítě jsou odbočky nebo stoupačky) 2. Stanovíme potřebu plynu V = součet potřeb plynu pro spotřebiče připojené na řešený úsek Stanovíme počet spotřebičů stejného druhu v úseku, určíme součinitel současnosti pro daný úsek a vypočteme redukovanou potřebu V r. Na tuto potřebu potom dimenzujeme potrubí & = k V r & 1 V1 + k 2 V2 + k3 V3 & & k 1 = kde V 1 1 log 10 ( n) V 2 V 3 je součet spotřeb zapojených spotřebičů pro vaření a průtokový ohřev TUV [m 3 /h]; kde n je počet spotřebičů suma jmenovitých potřeb lokálních topidel [m 3 /h]; n = 1 nebo 2 k 2 = 1,0 n 3 k 2 = 0,8 suma jmenovitých potřeb kotlů [m 3 /h]; n = 1 nebo 2 k 3 = 1,0 n 3 k 3 = 0,8 Odměříme délku úseků l Stanovíme ekvivalentní délku místních odporů l x = 0,5.l Celková výpočtová délka L = l + l x = 1,5.l Předběžná tlaková ztráta R = p [ Pa / m] L Hojer, O.: Geometrie sálání světlých zářičů. Praha str. Diplomová práce Sálavé na Ú a 12116, průmyslové ČVUT v vytápění Praze, Fakulta strojní. Návrh plynovodu Podle tabulky pro měrné tlakové ztráty a průtok určíme vhodný průměr a kontrolujeme Dp. Minimální provozní přetlak před každým zářičem je stanoven pro jednotlivé typy zářičů výrobcem. Většinou se tato hodnota pohybuje okolo 2,5 kpa. U stoupacích vedení nesmí Dp určený pro V r (redukovaný průtok) překročit hodnotu vztlaku. Pokud je objekt zapojen do více regulačních sekcí s rozdílným provozem, existuje riziko, že při rázovém sepnutí celé sekce najednou dojde k podtlaku v síti a v druhé sekci toto může automatika vyhodnotit jako rizikový stav a zářiče odstavit. Proto je při návrhu plynového rozvodu pro tato zařízení dobré, pokud je to možné, navrhnout rozvod plynu do rámu, nebo příslušná potrubí mírně předimenzovat. Je ovšem nutné dodržet také normu požární ČSN Ta stanoví, že celý přívod plynu do jedné požární sekce musí být z dostupného místa uzavíratelný. Hojer, O.: Geometrie sálání světlých zářičů. Praha str. Diplomová práce Sálavé na Ú a 12116, průmyslové ČVUT v vytápění Praze, Fakulta strojní. 14

15 Odvod spalin L max < 6 H vent H zář < H vent V L max H vent H zář V Co všechno může ovlivnit výsledný návrh: Finance!!! Požadavky na provoz Směnnost Typ pracoviště Vytížení pracoviště Otevírání dveří Technologie Vnitřní zisky Konstrukce haly Vazníky Střecha Výška Na co nezapomenout! Regulace (čidla, sekce) Plyn Odvod spalin Větrání 15

16 Návrh vytápění zářiči 1. Volba druhu a typu zářiče dle výšky haly, možností zavěšení (hmotnost), charakteru provozu (rychlost náběhu), konstrukce haly) 2. Rozmístění zářičů dle úhlu jádrového sálání, možností zavěšení (vazníky, střecha), provozu a charakteru budovy 3. Rozdělení objektu na části ochlazované stejným způsobem a se stejným druhem a typem zářiče 4. Výpočet tepelné ztráty standardními postupy ČSN , EN (teplota pod podlahou 10 C, venkovní teplota pro výpočet infiltrace t e = t ev - 8 C, teplotní gradient 0,5 K/m, zátopová přirážka 0,1 až 0,2 ostatní přirážky 0, rozlehlé haly M = 1) 5. Výpočet potřebného instalovaného výkonu z tepelných ztrát koeficienty podle způsobu zavěšení, druhu a typu zářiče 6. Podělení výsledného instalovaného výkonu uvažovaným počtem zářičů 7. Kontrola maximální intenzity sálání (Minimální hygienické výšky zavěšení) 8. Návrh větrání, odvodu spalin, přívodu plynu, regulace 9. Výpočet finančních nákladů Pokud je to možné, doporučuje se volit méně zářičů o vyšším výkonu! Výsledkem jsou nižší pořizovací i provozní náklady 16

17 Spektrální množství vyzářené energie Elektrické kazetové vytápění (nízkoteplotní) Základem panelu bývá nosný rám z ocelového pozinkovaného plechu s čelní topnou plochou opatřenou povrchovou úpravou zajišťující maximální emisi (vyzařování) tepla. Vnější povrchová úprava je na bázi křemíkových krystalů - charakteristickým rysem patrným na první pohled je zrnitý povrch panelu, který poskytuje při stejném rozměru proti hladké ploše větší přestupní plochu! U panelů v příkonu do 600 W je topným prvkem speciální tkaná topná folie na bázi grafitu, s teplotní odolností 150 C, panely o příkonu 700 W jsou opatřeny výpletem z izolovaného odporového vodiče, s teplotní odolností 180 C. Mezi topný prvek a čelní topnou plochou je vložena dielektrická izolační deska. Z horní strany panelu je tepelná izolace z čedičové vaty, která brání úniku tepla zadní stranou panelu a zvyšuje tak celkovou účinnost zařízení. Provedení spojů karosáže a zadního krytu (nýtování/pájení), plášť přívodního vodiče (PVC/silikon) a typ kabelové průchody má vliv na výsledné IP krytí panelů. 17

18 18

19 Poznámky k návrhu 1. Dimenzování Slouží-li sálavé panely jako hlavní zdroj vytápění, požadovaný výkon vychází ze standardního výpočtu tepelných ztrát jednotlivých prostor dle ČSN EN Vzhledem ke specifickým vlastnostem, které sálavé vytápění nabízí, by teoreticky bylo možné při výpočtu snížit normou doporučené teploty v místnostech až o 2 C. Ve skutečnosti se však naopak doporučuje zvýšit instalovaný příkon proti výpočtu tepelných ztrát o %, aby se zrychlila dynamika náběhu topného systému. Pro zónové elektrické sálavé vytápění je možné aplikovat ČSN , i když účinnost normy byla k bez náhrady zrušena. Přesto však lze z pravidel stanovených touto normou vycházet. 2. Umístění topných prvků Sálavé topné panely se přednostně umísťují na stropní (případně do stropní) konstrukce a to vždy tak, aby jejich výkon vyrovnával bilanci jednotlivých ploch čím větší podlahová plocha, tím větší plocha sálavých panelů. Je výhodnější použít více panelů o menším výkonu a rovnoměrněji tak pokrýt vytápěný prostor, než soustředit výkon do menšího počtu výkonnějších topných panelů. Vzdálenost od vertikálních konstrukcí by neměla být menší než 0,6-1 m a je nutné dodržet minimální instalační výšku závislou na výkonu sálavého panelu. Topné panely lze umisťovat také pod náklonem (směřovat tok sálání), nebo do svislé polohy na obvodovou stěnu. Ve svislé poloze se ale zvyšuje konvekční složka množství předané energie nebo účinnost panelu se nemění, pouze se procentuálně snižuje předávání tepla formou sálání ve prospěch konvekce. Zvýšení konvekční složky se příznivě projeví v dynamice náběhu, nevýhodou je však zvýšení rozdílu teploty vzduchu u podlahy a pod stropem. Při instalaci do svislé polohy se panely umisťují podobně jako běžné radiátory, tj. spodní hrana cca 20 cm nad podlahou. 19

20 Elektrické vysokoteplotní vytápění Do nosného rámu jsou zasazeny hliníkové topné lamely se zalisovanou topnou tyčí. Povrch lamel je opatřen speciální galvanickou povrchovou úpravou, který podobně jako u nízkoteplotních panelů výrazně zvyšuje emisivitu lamel, má však teplotní odolnost až do 500 C. Dle příkonu mohou mít panely jednu, dvě nebo tři lamely. Panely jsou opatřeny svorkovnicí, do které se zapojuje přívodní vodič. Typy s jednou lamelou jsou pouze na napětí 230 V, dvou a tří-lamelové lze napojit na 230 V i na 400 V. Z hlediska provozu lze při vhodném zapojení spínat jednotlivé lamely panelu postupně a tím plynule zvyšovat výkon panelu dle potřeby. Konstrukce Quartzových zářičů 20

21 21

22 Technické parametry : Výkon / Příkon : 1500 W Napětí : 230 V, 50 Hz Proud : 6,5 A Krytí : IP20 Zdroj IR záření (lampa) : TOSHIBA Vytápěná zóna : cca 12 m² Úhel instalace : Příslušenství : Kabel s vidlicí (3 m), montážní konzole Druh řízení : Neřízený, ovládání na základě elektroinstalace (ZAP./VYP., termostat, pohybové čidlo, časovač ) Rozměry (d š v) : mm Hmotnost : 3,8 kg 22

23 Infračervený zářič SUNLINE ELEGANT SE1500 Zářič SUNLINE ELEGANT SE15OO najde využití v domácnostech i v komerčních prostorách. Zářič byl vyroben v moderním designu, ochranná mřížka je integrována. Reflektor zářiče je vyroben z leštěného hliníkového plechu, plášť z ocelového plechu opatřeného komaxitovým nástřikem. Zářič je vybaven montážní konzolou, která umožňuje náklon zářiče flexo šňůrou o délce 3 m. Technické parametry : Výkon / Příkon : 1500 W Napětí : 230 V, 50 Hz Proud : 6,5 A Krytí : IP20 Zdroj IR záření (lampa) : TOSHIBA Vytápěná zóna : cca 10 m² Úhel instalace : Příslušenství : montážní konzole, kabel s vidlicí (3 m) Druh řízení : ovládání na základě elektroinstalace (ZAP./VYP., termostat, pohybové čidlo, časovač ) ovládání pohybovým čidlem Standardní barevné provedení : bílá Rozměry (d š v) : mm Hmotnost : 1,9 kg Infračervený zářič UFO L/12 Technické parametry : Výkon : 1200 W Rozměry : 9x19x74 cm Váha : 3,7 kg Průměrná vytápěná plocha : 1) uzavřený prostor : 12 m2 2) otevřený prostor : 8 m2 Napětí : 230 V / 50 Hz Krytí : IP 34 Ovládání : manuální Záruka : 2 roky Umístění : zeď, strop, stojan 23

24 Infračervený zářič UFO CH/54 Modelová řada infračervených zářičů CH má několik výkonnostních provedení (CH54, CH69, CH90 ), přičemž číselné označení za modelovým označením CH udává výkon infrazářiče. Parametry : Výkon : 5400 W Rozměry : 13x48x79 cm Váha : 13 kg Průměrná vytápěná plocha : 1) uzavřený prostor : 54 m2 2) otevřený prostor : 40 m2 Napětí : 230 V / 50 Hz Ovládání : manuální Záruka : 2 roky Umístění : zeď, strop, stojan 24

25 Infračervený zářič FIORE 1200 W model 766P Infračervený zářič pro sálavé vytápění menších prostor. Tento model není vybaven přívodním kabelem ani vypínačem a je vhodný k pevné instalaci v objektu a připojení na vlastní rozvod a vypínač. Vhodný pro použití v domácnosti, v dílně či zahradní restauraci nebo altánku. Rozměry: 712x112x83 mm Hmotnost: 0,95 kg Napájeni: 230V ~ 50-60Hz Výkon: 1200 W Životnost lampy: 5000 h Vhodné pro plochu: 4-6 m2 Přívodní kabel: bez kabelu Ochranné krytí: IP65 Třída izolace: I Vyzařované spektrum: IR-A Vypínač: ne 25

26 Infračervený zářič FIORE 1200 W model 767 Infračervený zářič pro sálavé vytápění menších prostor. Tento model není vybaven přívodním kabelem ani vypínačem a je vhodný k pevné instalaci v objektu a připojení na vlastní rozvod a vypínač. Vhodný pro použití v domácnosti, v dílně či zahradní restauraci nebo altánku. Rozměry: 835x112x83 mm Hmotnost: 1,0 kg Napájeni: 230V ~ 50-60Hz Výkon: 1760 W Životnost lampy: 5000 h Vhodné pro plochu: 4-6 m2 Přívodní kabel: bez kabelu Ochranné krytí: IP65 Třída izolace: I Vyzařované spektrum: IR-A Vypínač: ano 26

27 Heating capacity: Maximum power: BTU/h 2500 W Space of use: 30 m 2 Power supply: Size(WxLxH): Product weight: Safety device: Controlling method: Controlling function: Dostupná i verze 1800 W AC 230V 50/60Hz 80mm x 170mm x 940mm 2.5 kg Tip over protection, overheat protection Push button control and remote control 4 power settings, off timer 27

28 28

29 Děkuji za pozornost! 29

30 Použitá literatura Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Kotrbatý, M.: Sálavé vytápění sálavé panely, infrazářiče. Společnost pro techniku prostředí Praha. 39 str. Kotrbatý, M.; Seidl, J.: Průmyslové otopné soustavy. Společnost pro techniku prostředí České Budějovice. 64 str. Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 ASHRAE: ASHRAE Handbook HVAC Applications Vít, M., Málek, B. a Z. Matthauserová: Měření mikroklimatických parametrů pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb. Věstník MZ. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p ČNI: ČSN Tepelná ochrana budov část 2: Požadavky Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I- IVX). Seriál článků až