Приточные установки с газовым нагревом, газовые воздухонагреватели

Горелки смесительных газовых воздухонагревателейГорелки смесительных газовых воздухонагревателей
Рис. 1. Горелки смесительных газовых воздухонагревателей
Как только не называют данные изделия — начиная от огневых нагревателей, тепловых пушек, просто горелок и далее: газовые калориферы, газовые печи, генераторы горячего (теплого) воздуха, воздушные теплогенераторы. Самое распространенное (верное) название все же газовые воздухонагреватели и, если смотреть со стороны приточных установок, газовые секции нагрева. Данный материал — это краткий обзор на тему для специалистов по вентиляции и кондиционированию, для которых газовые воздухонагреватели — это пока новинка.

Основной акцент — на приточные установки с газовым нагревом воздуха.

Газовые воздухонагреватели прямого нагрева

Прямой нагрев — это нагрев воздуха непосредственно пламенем горелки. Устройства прямого нагрева (их еще называют воздухонагревателями смесительного типа) не имеют ни камер сгорания, ни теплообменников (рис. 1).

Рекуперативный воздухонагреватель с атмосферной горелкой
Рис. 2. Рекуперативный воздухонагреватель с атмосферной горелкой
Современные системы горения позволяют высокоэффективно сжигать природный газ, однако при проектировании необходимо делать расчет разбавления вредностей, поступающих в помещение с продуктами сгорания ниже ПДК. Данные агрегаты особенно эффективны при больших кратностях воздухообмена, когда уровень вредностей, выделяемых внутри помещения, значительно превышает уровень продуктов сгорания от газовых воздухонагревателей прямого нагрева: литейное производство, сварочные цеха и т. д.

Диапазон тепловой мощности — 40–1500 (2000) кВт.

За счет меньшей металлоемкости смесительные газовые воздухонагреватели дешевле рекуперативных. Большой диапазон модуляции мощности. Отсутствие дымохода, продукты сгорания сразу же перемешиваются с нагреваемым воздухом — не нужно думать о конденсате продуктов сгорания при работе с отрицательными температурами уличного воздуха.

Широко распространены в США, Канаде, Великобритании. Есть производители во Франции, Германии и Голландии. В России пока сравнительно редко используются, хотя и у нас есть несколько отечественных производителей.

Газовые воздухонагреватели непрямого нагрева (рекуперативные)

Секция газового нагрева с атмосферной горелкой
Рис. 3. Секция газового нагрева с атмосферной горелкой
При непрямом нагреве воздух, подаваемый внутрь агрегата при помощи вентилятора, нагревается, проходя вокруг камеры сгорания и через теплообменник. Затем нагретый воздух выпускается либо непосредственно в помещение, либо подается через систему воздуховодов. Продукты сгорания выводятся через дымоход (рис. 2).

Устройства непрямого нагрева в свою очередь делят на воздухонагреватели со встроенной атмосферной горелкой (с трубчатым теплообменником) (рис. 2, 3, 4) и на теплообменные модули с дополнительной вентиляторной (надувной, дутьевой) горелкой (рис. 5).

Принципиальная схема агрегатов первого типа (рис. 3): на входе атмосферная горелка, т. е. работающая под атмосферным давлением и состоящая, как правило, из нескольких сопел/форсунок (аналогичных, как на любой домашней газовой плите). Далее после трубчатого (пластинчатого) теплообменника на выходе дымососный вентилятор, благодаря которому продукты сгорания и проходят теплообменник.

Секция газового нагрева с атмосферной горелкой в приточной установке
Рис. 4. Секция газового нагрева с атмосферной горелкой в приточной установке
Достоинства — простая конструкция, а значит, конкурентная цена.

Недостатки:

  • маленький диапазон тепловой мощности: 15–150 (200) кВт. Для обеспечения большей тепловой мощности данные теплообменные модули устанавливаются последовательно и/или параллельно, что ведет к увеличению стоимости данного решения;
  • сложности при необходимости работать в режиме конденсации продуктов сгорания.
    Принципиальная схема воздухонагревателя с вентиляторной горелкой: в камере сгорания теплообменного модуля установлена вентиляторная горелка (т. е. с вентилятором). Благодаря давлению, создаваемому горелкой, продукты сгорания проходят через камеру сгорания и теплообменные трубы (каналы).

Воздухонагреватель с вентиляторной горелкой
Рис. 5. Воздухонагреватель с вентиляторной горелкой
Диапазон тепловой мощности — 40–1000 (1200) кВт. Более дорогое решение по сравнению с соответствующими по тепловой мощности атмосферными горелками, но зато более значительный диапазон по мощности, проще решать вопрос с образованием конденсата продуктов сгорания — возможность использования дизельных горелок.

Промежуточный вывод: на данный момент из-за малого диапазона тепловой мощности газовые воздухонагреватели с атмосферной горелкой целесообразно использовать для небольших приточных установок или моноблочных (крышных — Roof Top) кондиционеров. Для больших центральных кондиционеров и приточных установок более конкурентны газовые воздухонагреватели (теплообменные модули) с дополнительной вентиляторной горелкой. Далее более подробно о варианте исполнения газовых секций нагрева состоящих из теплообменного модуля (воздухонагревателя) и вентиляторной (надувной) горелки.

Материалы, используемые для изготовления теплообменного модуля

Теплообменный модуль под вентиляторную горелку условно состоит из камеры сгорания и далее теплообменник.
Большинство производителей используют следующие материалы:

  • Камера сгорания выполняется из нержавеющей стали AISI 430 (ГОСТ — 12Х17) при работе с воздухом, нагреваемым максимум до 120 °С. Для камер сгорания и различных соединений при нагреве воздуха до температур от 120° до 280/300 °C и при степени нагрева воздуха (dT) более 80 °С используется жаропрочная нержавеющая сталь AISI 310 (ГОСТ — 20Х23 Н18).Иногда при различных давлениях и температурах воздуха используется различная толщина стали для камер сгорания.
  • При исключении конденсации продуктов сгорания внутри теплообменного модуля трубы теплообменника могут изготавливаться из углеродистой стали, например, из стали S235JR (ГОСТ — Ст3 сп) или алюминизированные стали. В случае возможной конденсации продуктов сгорания в теплообменнике необходимо приобретать воздухонагреватель с теплообменником из кислотостойкой нержавеющей стали: AISI 316 (ГОСТ — 08Х17 Н13 М2), AISI 441 (нет аналога в ГОСТе согласно DIN X2CrTiNb18), AISI 304 (ГОСТ — 08Х18 Н10) и на крайний случай AISI 409 (нет аналога в ГОСТе согласно DIN X2CrTi12), в котором должен быть предусмотрен слив конденсата.
    Секция нагрева с байпасом
    Рис. 6. Секция нагрева с байпасом
    Явление образования конденсата продуктов сгорания непосредственно в самом теплообменном модуле обусловлено повышенным охлаждением последнего. При постоянном номинальном расходе воздуха это может быть вызвано низкой температурой приточного воздуха или понижением тепловой мощности горелки ниже 60–65 % от номинальной при работе на 100 % рециркулируемом воздухе.

Один из способов уменьшить объем конденсата продуктов сгорания внутри теплообменного модуля — организация байпасной линии, работающей в зависимости от температуры продуктов сгорания в дымоходе (рис. 6).

Топливо

Топливом для газовых воздухонагревателей могут служить, во первых, сжиженные нефтяные или углеводородные газы (СУГ): пропан и бутан. Их еще называют тяжелыми углеводородами, поскольку они, в отличие от природного газа, тяжелее воздуха. При утечках они более опасны, так как не улетучиваются, а стелются по полу, заполняя ниши. Именно смесь пропана и бутана продают для бытовых нужд в баллонах.

Сжиженные углеродные газы при замене сопла и соответствующей перенастройке может использовать почти любая горелка. Однако из-за того, что СУГ не намного дешевле дизельного топлива, для промышленных объектов это очень редкий вариант.

Во вторых, топливом для горелок может быть сжиженный природный газ (СПГ), то есть сжиженный метан. Он дешевле СУГ, но в России с ее развитой сетью газопроводов его применение — экзотика.

Вентиляторная горелка с газовой рампой
Рис. 7. Вентиляторная горелка с газовой рампой
Наконец, третий и самый распространенный вариант: природный газ — метан.

Газопроводы под природный газ делятся на сети низкого (до 0,05 кгс/см2), среднего (от 0,05 до 3 кгс/см²) и высокого (от 3 кгс/см²) давления.

Атмосферные горелки и премикс горелки рассчитаны на низкое — 20 мбар — входное давление газа, при подключении их к газопроводу, как правило, нужно использовать дополнительные понижающие редукторы.

Входное давление у вентиляторных горелок (рис. 7) может быть различное в зависимости от используемой газовой рампы (мультиблока) (рис. 7). Нижняя граница зависит от характеристик рампы и теплообменного модуля. Верхний порог у горелок обычно фиксирован: 100, 360 или 500 мбар. Таким образом, вентиляторные горелки могут работать в сетях с низким и средним давлением.

Следует сказать, что в составе газовых теплогенераторов могут быть и дизельные горелки. Кроме того, существуют комбинированные горелки, работающие и на газе, и на дизельном топливе. Но такое решение довольно дорого, поэтому при необходимости на объектах сначала ставится дизельная горелка, а затем покупается газовая.

При использовании дизельных горелок следует избегать работы в режиме конденсации продуктов сгорания.

Газовые и дизельные вентиляторные горелки, автоматика

Приточная установка с газовым нагревом, размещенная внутри помещенияПриточная установка с газовым нагревом, размещенная внутри помещения
Рис. 8. Приточная установка с газовым нагревом, размещенная внутри помещения (цеха)
В зависимости от задачи горелки могут быть:
  • одноступенчатые — работают на одной фиксированной мощности;
  • двухступенчатые — работают на двух предварительно установленных значениях мощности (низком и высоком);
  • модулирующие — мощность ее работы может плавно варьироваться от значений min до max.
    Подбор горелки осуществляется по мощности теплогенератора и противодавлению, создаваемому в камере сгорания; кроме этого, необходимо учитывать длину сопла горелки. Длина сопла горелки должна быть в диапазоне, указанном производителем теплообменных модулей.

Воздухонагреватели (теплообменные модули) оборудованы блоком термостатов, которые обеспечивают внутреннюю логику работы и безопасность секции нагрева, но не управляют температурой в отапливаемом и/или вентилируемом помещении. Автоматика для управления температурой в помещении (в воздуховоде) является отдельным вопросом, зависящим от поставленной задачи и используемой горелки.

Особенности размещения приточных установок с газовым нагревом

Газовые воздухонагреватели, размещенные в вентиляционной камере на крышеГазовые воздухонагреватели, размещенные в вентиляционной камере на крыше
Рис. 9. Газовые воздухонагреватели, размещенные в вентиляционной камере на крыше
Размещение приточных установок с газовым нагревом внутри отапливаемых помещений (рис. 8) регламентируется документом НПБ 252–98 «Аппараты теплогенерирующие, работающие на различных видах топлива. Требования пожарной безопасности».

Если же воздухонагреватель помещается в вентиляционной камере (рис. 9), то здесь следует смотреть нормы СНиП II 35–76* «Котельные установки».

Самый простой вариант с точки зрения согласований и нормативных документов — уличное размещение. При этом не стоит забывать и об обслуживании на свежем воздухе.

Стандартные европейские напольные воздушные теплогенераторы (воздухонагреватели) уличного исполнения рассчитаны на эксплуатацию при температурах до –15 (20) °С. Автоматика горелки позволяет ей включаться при температуре не ниже –15 °С. Обычно горелку и электрический щит просто сверху закрывают кожухом из сэндвич-панелей (рис. 10).

Исполнение секции под горелку при уличном размещенииИсполнение секции под горелку при уличном размещении
Рис. 10. Исполнение секции под горелку при уличном размещении
В большинстве случаев этого достаточно, так как горелка при работе греет и себя, и окружающее пространство. Есть примеры, когда эти меры позволяют горелке нормально служить в российских условиях не один год.

На рис. 11 можно видеть пример более основательного исполнения секции газового воздухонагревателя: секция с горелкой изолирована со всех сторон, для вентиляции секции сделаны решетки.

В регионах, где температура зимой опускается ниже –30 °С, секцию с горелкой нужно обогревать. Чаще всего для этого устанавливают дополнительный электрический нагреватель, иногда подводят теплый воздух из отапливаемого помещения или вентиляционного канала.

Целесообразность применения газовых воздухонагревателей и ситуация на рынке

В общем случае газовый воздухонагреватель (приточная установка с газовой секцией нагрева) дороже по капитальным затратам аналогичной установки с водяным (электрическим) нагревом, но, с другой стороны, газовый воздухонагреватель всегда дешевле, чем котельная + водяная приточная установка аналогичной тепловой мощности.

Исполнение секции под горелку при наличном размещенииПример объекта с газовыми приточными установками
Рис. 11 Исполнение секции под горелку при наличном размещенииРис. 12. Пример объекта с газовыми приточными установками
Соответственно, газовые воздухонагреватели наиболее конкурентны, когда нет параллельной большой котельной (теплотрассы), а небольшая котельная используется, допустим, на какой-то небольшой АБК (офисный центр) и/или ГВС (рис. 12).

То есть на основе газовых воздухонагревателей строится единая система воздушного отопления и вентиляции: производственного помещения, склада, торгового комплекса, кинотеатра или спортзала. Как правило, в этом случае в приточных установках (воздухонагревателях) предусматриваются камеры смешения для одновременной работы с приточным и рециркулируемым воздухом. Возможно отапливать и/или вентилировать особо пожароопасные помещения за счет подачи перегретого 100 %-ного приточного воздуха, но такие установки более дорогие и сложные. Изначально основное назначение газовых воздухонагревателей — это воздушное отопление. Газовый воздухонагреватель в режиме чистой приточной установки, решающей только задачу вентиляции, применяют для помещений, обогреваемых газовыми инфракрасными обогревателями (лучистое отопление) или навесными газовыми воздухонагревателями (газовые АВО).

В настоящее время на рынке представлены несколько типов агрегатов c газовым нагревом воздуха. Первый тип — это напольные воздушные теплогенераторы (газовые воздухонагреватели). Такие устройства состоят, как правило, только из теплообменного модуля и секции вентиляторов. Второй — моноблочные крышные кондиционеры (на английском их называют Roof Top), которые кроме секции охлаждения могут иметь секцию нагрева на воде, электричестве или газе. Наконец, третий — заказные приточные и приточно-вытяжные установки с газовой секцией нагрева.

Понятно, что использование стандартных решений — это более низкие капитальные затраты, но иногда единственный приемлемый вариант — заказные установки, укомплектованные, например, секцией рекуперации, увлажнения и другим дополнительным оборудованием.

На этом тему считаем раскрытой. Какие-то нюансы по конкретной задаче лучше уточнить, обратившись к профильному специалисту.

Статью подготовил Дмитрий Лосев



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест