Материал: Использование инфракрасной системы обогрева в энергосберегающем доме

Использование инфракрасной системы обогрева в энергосберегающем доме

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего образования

«МУРМАНСКИЙ АРКТИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(филиал г. Апатиты)

Отчет преддипломной практики

Использование инфракрасной системы обогрева в энергосберегающем доме

Ведение

В настоящее время в энергетике используется два подхода для восполнении возрастающей потребляемой мощности промышленности: интенсивный экстенсивный.

Интенсивный путь подразумевает увеличение выработки энергии путем строительства новых тепловых, атомных электростанций (что в конечном счете ведет к увеличению добычи нефти, угля, газа).

Экстенсивный путь сводится к более энергоэффективному использованию существующих энергетических мощностей (уменьшение затрат на единицу энергии). В конце прошедшего 20 столетия в Соединенных Штатов было принято решение про то, что собственно энергосбережение энергетическими компаниями достигнутое у покупателей, выдает энергетическим фирмами 30% средств, которые получены покупателем, вследствие экономии энергии. При этом данные средств зачисляются в счет выгоды энергетической фирмы. Ранее было решено, ограничивающее прибыль энергетических фирм, получаемую от поставки энергии сверх намерия. Обозначенных 2 фактора в совокупности, также то, что вложения в мероприятия по экономии у покупателей для энергетической в 3 раза наиболее прибыльно нежели строительство новейших мощностей, привели фирмы к тому, собственно энерго фирмы стали вкладывать средства в события по сбережению энергии у покупателей. Впервые эту идеологию Пассивный дом (Passivehouse в англ.) предложил Доктор Вольфганг Файст

Цель работы: Разработка системы отопления помещения с применением инфракрасных обогревателей в энергосберегающем доме.

Поставленные задачи для решения цели:

.Изучить возможности энергоэфективного дома

.Использование инфракрасных обогревателей в энергоэфективном доме.

1.       Что такое Пассивный дом

Пассивный дом (passivehause англ.) - данный строительный стандарт, который считается энергоэффективным, создает удобное проживание, одновременно считается экономичным и оказывает минимальное негативное влияние на находящуюся вокруг среду. В настоящее время в России система строительства вызывает подозрение, в то время в Европе, Скандинавии и Канаде ведется разработка новых стандартов проектирования и строительства энергосберегающих, одновременно теплых и уютных домов.

Основные положения концепции Пассивного дома:

идеальная теплоизоляция

конструирование без мостиков холода

воздухонепроницаемость

вентиляция с рекуперацией тепла

теплые окна и наружные двери

эффективная бытовая техника и оборудование

использование возобновляемых источников

Принцип работы системы рекуперации тепла в «Пассивном доме» - это автоматизированная система контролируемой вентиляции, при которой удаляемый из дома теплый воздух проходя через теплообменник, отдает свое тепло вводимому в дом холодному наружному воздуху. В результате рекуперации не тратиться тепло на подогрев свежего уличного воздуха, а его количество нормируется. Применение рекуперации приводит к очень ощутимой экономии тепла в дома.

Глава 2. Возможности реализации концепции Пассивный дом

.        Использование энергии Солнца

2.       Инфракрасная система отопления потолка

3. Термоизоляция. Применяется большее количество теплоизоляционного материала для существенного сокращения потерь тепла через стены, крышу, перекрытия и фундамент. Особое внимание уделяется уничтожению «мостов холода».

. Энергоэффективные окна: использование окон с исключительно высокими показателями теплоизоляции (не более 0.7 - 0.85 Вт/(м *К) для окна, в том числе и рамы)

. Герметичность: Герметичность сокращает количество тепла (холода - летом), которое может просочиться сквозь конструкцию, тем самым повышая эффективность механической вентиляционной системе.

. Вентиляция: Непременным атрибутом пассивного дома является контролируемый воздухообмен, обеспечиваемый приточно-вытяжными устройствами с рекуператорами.

. Обогрев помещений: Благодаря высокой аккумуляционной способности и низкому энергопотреблению Пассивного дома выбор типа источника энергии играет незначительную роль, нежели в традиционном здании

. Освещение и электрооборудование: Для снижения общего энергопотребления здания применяются экономичное освещение и высокоэффективные электроприборы.

Глава 3. Инфракрасный подогрев

Инфракрасный подогрев дает ощущение тепла и удобства тем же приемом, скажем Солнце. Термо лучи нагревают вещи в комнате, а те к тому же отдают вторичное тепло в находящую вокруг среду. Инфракрасные обогреватели по типу излучения идентичны c солнечными лучами. Исключительно при их работе случается излучение инфракрасного диапазона, и всецело отсутствуют ультрафиолетовое излучение. Проходя через воздух, нагрев которого доводится лишь в некоторой степени (от поверхности устройства), тепловая энергия передается вещам, на которые ориентирован обогреватель. Ступень нагрева какой-нибудь плоскости находится в зависимости от угла падения тепловых лучей, от формы, материала и расцветки плоскости.

Инфракрасный подогрев - это единый метод дозволяющий обеспечить районное отопление здания. При всем при этом случается существенная экономия электричества, сравнивая с централизованным отоплением. Районное отопление разрешает зонально отапливать отдельные площади, в помещении доставляя тепло исключительно туда, где пребывает объект подогрева. В это же время остальное место не обогревается чем и достигается экономия. При этом приеме подогрева тепло от инфракрасного нагревателя, распространяется сходственно лучу света прожектора. Инфракрасные обогреватели - отопительные приборы, которые воплотят в жизнь косвенный подогрев здания при помощи теплового ИК-излучения. Особенно отлично это ощущается когда человек входит в данную зону локального отопления с наружной стороны. Создаётся чувство прохода через тепловой барьер. В данной зоне люди и животные ощущают себя наиболее удобно, нежели за её пределами. В то же время, находясь в зоне действия инфракрасного излучателя мощность излучения, которого не учтена по тепловой нагрузки, можно получить тепловой удар. Особенно это актуально для человека находящегося на рабочем месте в одной позе большое количество времени.

Вариантов использования инфракрасных обогревателей очень много. Ими можно отапливать: складские и производственные помещения; дома и квартиры; террариумы, теплицы; автотранспортные мастерские, слесарные и т.п.; церкви; стадионы, гимнастические залы и другие, открытые и закрытые спортивные объекты; оптовые склады и магазины; торговые и выставочные павильоны; кинотеатры, театры; крытые либо открытые объекты и площади; перроны, вокзалы, остановки, таможенные терминалы; площадки, пассажи, террасы, зимние сады и т.д.

В данной дипломной работе рассмотрен инфракрасный обогреватель мощностью 0,5 кВт. В настоящее время тема очень актуальна и распространена, так как проста в обслуживании и безопасна.

3.1 Инфракрасное излучение. Свойства

Инфракрасные (ИК) лучи - это электромагнитное излучение, подчиняющееся законам оптики и, следовательно, имеющее ту же природу, что и видимый свет. Они занимают спектральную область между красным видимым светом (длина волны 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1-2 мм). Инфракрасную область спектра условно разделяют на коротковолновую (от 0,74 до 2,5 мкм), средневолновую (2,5-50 мкм) и длинноволновую (50-2000 мкм) (см. рис.1.).ИК-лучи излучают все нагретые твёрдые и жидкие тела, при этом длина излучаемой волны зависит от температуры тела - чем она выше, тем короче волны, но выше интенсивность излучения.

Рис.1 Электромагнитный спектр

Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в инфракрасной области спектра, как правило, значительно отличаются от оптических свойств в привычной для нас видимой области. Например, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны более 1мкм, (в связи с чем вода часто используется как теплозащитный фильтр), а пластинки кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны в инфракрасной. У большинства металлов отражательная способность для инфракрасного излучения значительно больше, чем для видимого света, и возрастает с увеличением длины волны инфракрасного излучения. Например, коэффициент отражения Al , Au, Ag при длине волны около 10мкм достигает 98%. Вот такие материалы, прозрачные для ИК-лучей, или обладающие высокой способностью к их отражению и используются при создании инфракрасных приборов. Первые - в качестве светофильтров (в основном кварц), вторые - в качестве рефлекторов, позволяющих направить ИК-излучение в определенном направлении (в основном, алюминий).

Проходя через земную атмосферу, инфракрасное излучение ослабляется в результате рассеяния и поглощения. Через воздух ИК-лучи проходят почти беспрепятственно. То есть, молекулы азота и кислород сами по себе ИК-излучения не поглощают, а лишь несколько ослабляют его в результате рассеяния. А вот пары воды, углекислый газ, озон и другие примеси, имеющиеся в воздухе, избирательно поглощают инфракрасное излучение: пары воды - почти во всей инфракрасной области спектра, углекислый газ - в средней части инфракрасной области. Наличие в воздухе взвешенных частиц - дыма, пыли, мелких капель воды также приводит к ослаблению инфракрасного излучения в результате рассеяния его на этих частицах.

Исходя из вышесказанного, тепловое излучение от инфракрасного обогревателя (или ИКО) не поглощается воздухом, поэтому вся энергия от прибора почти без потерь достигает обогреваемых поверхностей и людей в зоне его действия. И греет он именно их, а не воздух помещения, как это происходит в конвекторах. То есть, тепло от обогревателя передается в первую очередь твердотельным предметам (пол, стены, мебель и т.п.), а уже от них воздуху. Естественно, что чем ближе к инфракрасному обогревателю, тем плотнее поток тепла и выше температура предметов. Причем выделение тепла от инфракрасного обогревателя происходит только в зоне его прямого действия, т.е. обогрев носит локальный характер.

3.2 Виды инфракрасного отопления <#"903348.files/image003.jpg">

6.2 Расчет теплопотерь через стены

Количество стен - 4; материал - кирпич сплошной (коэффициент теплопроводности материала А.=0,67);

Длина а = 16,6 м;

Ширина b = 8,2 м;

Высота h = 2,6 м;

Толщина L = 0,3 м;

Полезная площадь 136,12 м.кв.

Внутренняя температура Твн=18 °С

Температура наружного воздуха Тнар= -20 °Сст= 0,3/0,67 = 0,447 м.кв.С/Вт (сопротивление теплопередаче)т= (38/0,447)*84,28*1,13=8096,05 Вт

6.3 Расчет теплопотерь через окна

Количество окон n = 8 шт;

Длина окна а = 2,1 м;

Ширина окна b = 1,4 м ;

Тип - двойное застекленное окно с деревянной рамой;

Сопротивление теплопередаче для двойного застекленного окна:к= 0,37 м.кв С/Вт

Найдем площадь окон :

ок = a*b*n = 2,1 * 1,4 * 8 = 23,52 м.кв. (для 8 окон);

И далее можем рассчитать теплопотери через окна:к= (38/0,37)*23,52*1,13 = 2729,59 Вт

.4      
Расчет теплопотерь через двери

В здании иемется 2 входные двери и 1 запасная дверь.

Материал - деревянные плиты;

Количество = 3 шт (2 входные, 1 запасная)

R = L/λ = 0,05/0,15 = 0.33 м.кв /Вт;

Далее найдем площадь входной двери:вх = 3,952 м2;

Далее уже можно рассчитать теплопотери :вх = (38/0,33)*3,952*1,13*2 = 1028,48 Втзап = (38/0,33)*4,34*1,13*1 = 564,72 Вт

Общие теплопотери через двери:

дв = Qвх + Qзап = 1593,2 Вт

6.5 Расчет теплопотерь через пол и потолок

Над обогреваемым подвалом Тн = 22° С

Материал - кирпич сплошной (коэффициент теплопроводности материала >1=0,67);

Находим площадь пола:пола = 136,12 м.кв.;

Далее находим сопротивление теплопередаче для кирпича:

л = Lл/λл= 0.001/0,38=0,002 м.кв.С/Вт

Т = Тн-Тв = 4 °С

теплопотери через пол= (4/0,449)* 136,12*1,13 = 1370,3 Вт

Считаем теплопотери через потолок равными потерям через пол.

Общие потери Q = 2740.6 Вт

6.6 Расчет теплопотерь через вентиляцию

Поток теплоты теряемый на нагрев приточного воздуха:

= q х n х р х с х (Тв - Тн)

где q - нормативный воздухообмен на одного человека 50 куб м /час

р - плотность воздуха 1,2 кг/кв м

с - массовая изобарная теплоемкость воздуха = 1000 Дж/кг*°С- количество человек проживающих в домевозд = 50 м3 х 4чел.х 1,21 кг/м3 х 1000Дж/кг х 38 К = 9,2 мДж = 2,55 кВт час

Общие тепловые потери по зданию : Q = 17713 Вт

.7 Оценка предполагаемой эффективности

 = S х A + Qвозд х k

Где: S - площадь дома;- потребление на обогрев не более 15 кВтч/м.кв в год(4.2 Вт час/м.кв)возд- количество теплоты на вентиляцию;- коэффициент рекуперации = (1-0,85)= 954.3 Втобщ / Qpassiv = 17713 / 954.3 ≈ 18.6