Безопасность систем газового лучистого отопления

В. В. Язовцев, генеральный директор ООО «Промэнергогаз-2», почетный строитель России

В. А. Миридонов, зам. генерального директора ООО «Промэнергогаз-2»

В. А. Вершилович, преподаватель НОУ УЦ «Промэнергогаз», vervla@inbox.ru

Традиционные системы конвективного отопления имеют ряд особенностей, не позволяющих им эффективно обогревать промышленные и сельскохозяйственные здания, имеющие большую высоту и площадь. При конвективном отоплении нагретый воздух поднимается вверх, образуя «тепловую подушку» под кровлей, что приводит к значительным потерям тепла. Требуются значительные затраты на подготовку и использование промежуточного теплоносителя – воды. Высокие помещения (выше 15 м) невозможно качественно обогреть, используя конвективные методы отопления.

Преодолеть подобные недостатки можно используя для передачи тепла не конвекцию, а тепловое излучение, что успешно реализуется в системах газового лучистого отопления (ГЛО). Главное отличие лучистого отопления от конвективного заключается в обогреве площади, а не объема помещения. Инфракрасное излучение, испускаемое расположенным в верхней части помещения обогревателем, отдает тепло полу, стенам, оборудованию, которые за счет конвекции нагревают воздух в рабочей зоне.

Основной элемент системы ГЛО – инфракрасный излучатель. Газовые излучатели работают в коротковолновом и средневолновом спектрах. Первые называются «светлыми» – по длине волны они ближе к видимому свету. В средневолновом диапазоне работают темные инфракрасные излучатели с температурой излучающей поверхности до +600 °С [1]. Они излучают преимущественно в невидимом диапазоне.

Преимущества систем ГЛО

К основным преимуществам систем ГЛО можно отнести:

• отсутствие промежуточного теплоносителя, снижение издержек на его подготовку, перекачивание по трубопроводам, а также обслуживание и ремонт теплотрасс;
• возможность обогрева отдельных зон (участков, линий), в том числе расположенных на открытом воздухе;
• безинерционное выполнение функций дежурного отопления в ночное время, праздничные и выходные дни, при вынужденном простое;
• возможность снижения температуры воздуха в рабочей зоне (на 2–5 °С) при сохранении условий теплового комфорта.

Согласно [1] при использовании систем с газовыми инфракрасными излучателями «стоимость энергоресурсов, используемых для отопления производственных помещений, может быть сокращена в 2,5–3 раза. Системы быстро монтируются, бесшумно работают и полностью автоматизированы».

Учитывая вышеизложенные преимущества систем ГЛО, можно предположить, что они будут находить все большее применение. Вместе с тем период активного использования систем ГЛО в России невелик, их безопасность еще недостаточна изучена. Рассматривая вопросы безопасности при использовании лучистого отопления, необходимо выделить отдельные аспекты, относящиеся к проектированию, монтажу и эксплуатации.

Особенности проектирования и монтажа систем ГЛО

При проектировании систем ГЛО необходимо учитывать требования, изложенные в СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб», требования промышленной безопасности, содержащиеся в нормативных актах Ростехнадзора.

К особенностям систем ГЛО, которые необходимо учитывать при проектировании, относятся:

• системы ГЛО имеют ограничения по области применения и высоте размещения;
• излучатели оказывают тепловое воздействие на расположенное рядом оборудование;
• продукты сгорания от некоторых излучателей попадают непосредственно в помещение, в котором они установлены.

Системы ГЛО допускается применять «для отопления отдельных производственных помещений или зон категорий В3, В4, Г и Д, для обогрева участков и отдельных рабочих мест в неотапливаемых помещениях, на открытых и полуоткрытых площадках, а также для помещений общественных зданий с непостоянным пребыванием людей… Применение газовых излучателей в подвальных помещениях, а также в зданиях III, IV и V степеней огнестойкости не допускается» [2].

Размещение приборов лучистого отопления с температурой поверхности выше +150 °С следует предусматривать в верхней зоне помещения [2]. Производители систем ГЛО указывают в заводской документации, что излучатели необходимо устанавливать на высоте не менее 3,5–4 м от поверхности пола.

При размещении инфракрасных излучателей необходимо учитывать тепловое воздействие, которое они оказывают на окружающее пространство. Расстояние от горелок инфракрасного излучения до конструкций из горючих и трудногорючих материалов (перекрытий, оконных и дверных коробок и т. п.) должно быть, как правило, не менее 0,5 м при температуре излучающей поверхности до +900 °С и не менее 1,25 м для температуры выше +900 °С при условии защиты или экранирования негорючими материалами. Открытая проводка должна находиться на расстоянии не менее 1 м от излучателей [3]. Системы ГЛО в производственных зданиях устанавливают в верхней части помещения, излучатели оказываются в непосредственной близости от кабелей, светильников, электрооборудования мостовых кранов, лебедок и т. п. Возникающие при проектировании и монтаже проблемы, обусловленные воздействием излучателей на электрооборудование, должны решаться с учетом вышеизложенных требований.

Продукты сгорания излучателей могут удаляться из помещения наружу через дымоходы или попадать в помещение и в дальнейшем удаляться вентиляцией. Газовые излучатели допускается применять при условии удаления продуктов сгорания, обеспечивая ПДК вредных веществ в воздухе рабочей или обслуживаемой зоны ниже допустимых величин [2]. Расчет вентиляции помещений, где предусматривается установка горелок инфракрасного излучения, следует выполнять, руководствуясь нормами предельно допустимых концентраций СО₂ и NO_x в воздухе рабочей зоны. Размещение вытяжных устройств следует предусматривать выше излучателей, а приточных устройств – вне зоны излучения горелок [3].

При проектировании важно помнить об отрицательных явлениях, обусловленных выбросами с продуктами сгорания вредных веществ в атмосферу. Имея преимущества по большинству показателей перед котельными, системы ГЛО уступают им по рассеиванию загрязняющих веществ, создавая более высокие значения приземных концентраций, что может послужить серьезным фактором, затрудняющим прохождение проектной документацией экологической экспертизы.

Особенности эксплуатации систем ГЛО

Накопленный в Нижегородской области опыт эксплуатации инфракрасных излучателей позволил выделить некоторые недостаточно изученные аспекты безопасности. Во-первых, размещение излучателей на высоте 4 м и более от пола осложняет контроль продуктов сгорания на предмет полноты сгорания газа, контроль работы системы ГЛО в целом. Если в одном из обогревателей процесс горения выйдет за показатели, установленные по результатам режимно-наладочных работ, своевременно обнаружить и устранить неисправность при большом количестве излучателей будет затруднительно. По этим же причинам затруднено выполнение технического обслуживания и текущего ремонта внутренних газопроводов и газового оборудования, которые необходимо производить в соответствии с требованиями [4].

К следующей группе можно отнести проблемы, связанные с изменением тепловлажностного режима в отапливаемом помещении после пуска в эксплуатацию систем ГЛО. На графике (рис. 1) отображено распределение температуры в помещении по высоте при использовании лучистого и конвективного отопления. Системы ГЛО поддерживают в верхней части здания значительно меньшую температуру, с увеличением высоты эта разность возрастает. В результате отсутствия «тепловой подушки» происходит перераспределение температур по высоте помещения.

Рисунок 1. Распределение температур по высоте помещения

Это приводит к увеличению влажности и возможности низкотемпературной коррозии при использовании светлых излучателей, которые выбрасывают продукты сгорания в отапливаемое помещение.

Излучатели имеют значительный вес, что приводит к увеличению нагрузки на колонны, стены, фермы, балки, конструкции перекрытий. В случае нового строительства систем отопления с использованием инфракрасных излучателей перечисленные проблемы учитываются при проектировании объекта в целом. Однако при реконструкции здания с заменой конвективного отопления на лучистое подобные вопросы прорабатываются не всегда. Организации, выполняющие экспертизу промышленной безопасности газифицируемых зданий, должны обращать особое внимание на состояние несущих строительных конструкций. Известны случаи, когда для уменьшения издержек производства или вследствие безграмотности некоторые руководители в праздничные и выходные дни полностью отключали лучистое отопление. В результате возможно ослабление несущих конструкций здания вследствие многократных циклов замораживания и оттаивания. Чтобы избежать подобного, необходимо переводить системы ГЛО в режим дежурного или ночного отопления, поддерживая температуру воздуха положительной.

К другой группе негативных явлений при эксплуатации систем ГЛО относятся проблемы, связанные с облучением рабочих мест. Величина облучения нормируется соответствующими санитарными нормами и СНиП 41-01-2003. При лучистом отоплении интенсивность облучения на рабочем месте в обслуживаемой (рабочей) зоне не должна превышать 35 Вт/м² при 50 % и более облучаемой поверхности тела [2]. Особенно в неблагоприятных условиях работает персонал на высоте (машинисты мостовых кранов, лица, обслуживающие оборудование, размещенное в верхней части цехов). Однако на практике измерение интенсивности инфракрасного излучения производится редко, а случаи, когда специалисты наладочной организации выполняют такие измерения и фиксируют их в режимных картах, единичны.

Светлые излучатели имеют меньшие габариты, массу и стоимость. Вместе с тем по санитарно-гигиеническим и пожарным показателям они уступают темным излучателям. Продолжительное и интенсивное коротковолновое излучение оказывает неблагоприятное воздействие на ткани организма, сетчатку глаза и может сопровождаться ухудшением самочувствия (головные боли, нарушение сна, понижение работоспособности). Светлые излучатели имеют острый угол излучения, что приводит к появлению довольно больших необлучаемых площадей. В результате в зоне высокой плотности излучения голова может нагреваться до температуры больше +25 °С, что является максимально допустимой гигиенической нормой, а вне зоны влияния облучения ощущается низкая температура воздуха, не отвечающая требованиям комфорта.

Заключение

Учет особенностей систем ГЛО при проектировании, монтаже и эксплуатации позволяет избежать возникновения аварийных ситуаций. Особенно важным является процесс эксплуатации, мало отраженный в нормативно-технических документах. Инструкции для лиц, обслуживающих системы ГЛО, пишутся на основании заводских указаний с учетом имеющегося опыта. Важным шагом, повышающим безопасность эксплуатации, может стать разработка типовой инструкции с рекомендациями для работников, ответственных за эксплуатацию систем лучистого отопления.

Литература

1. СТО НП АВОК 4.1.5-2006. Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями.

2. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

3. СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб.

4. ПБ 12-529-03. Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления.