CC BY
14
Научная статья
УДК 628.1 (082)
https://elibrary.ru/cbfkbw
http://doi.org/10.21285/2227-2917-2023-2-239-251
Исследование эффективности аддитивного инфракрасного отопления промышленных зданий на территориях с пониженными температурами наружного воздуха
О.А. Гребнева1^, О.Л. Лавыгина2, А.В. Алексеев3
1,2Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия 13Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск, Россия
Аннотация. Обогрев промышленных зданий является сложной и трудоемкой задачей, требующей вложения больших денежных средств. Сложность задачи обуславливается большими габаритами рассматриваемых объектов и повышенными требованиями к их надежности, экономичности и энергоэффективности. Задача еще больше усложняется при ее рассмотрении для регионов России, в которых наблюдается большая продолжительность стояния низких температур. Существенное вложение денежных средств объясняется физическим и моральным износом существующих систем отопления, имеющих огромные тепловые потери. За счет больших размеров рассматриваемых типов объектов недвижимости сложно подобрать оборудование систем отопления, обеспечивающее поддержание требуемых температур внутри здания и удовлетворяющее всем перечисленным выше требованиям. Решением данной проблемы является использование популярных в настоящее время промышленных инфракрасных обогревателей, которые не только позволяют обеспечить равномерный обогрев рассматриваемого здания или помещения, но и значительную экономию энергоресурсов. Использование в качестве основного оборудования для систем отопления инфракрасных обогревателей позволяет организовать зональный (аддитивный) обогрев зданий любого типа и назначения с обеспечением различных температур воздуха даже внутри одного помещения. В данной статье на примере здания складского назначения проведены численные исследования эффективности создания аддитивных систем обогрева с газовыми инфракрасными излучателями (ГИИ). На основе анализа полученных результатов проведено экономическое обоснование предлагаемого технического решения.
Ключевые слова: система отопления, аддитивное отопление, инфракрасное отопление, инфракрасные обогреватели, регионы с пониженной температурой, энергоэффективные технологии
Финансирование: Исследование выполнено в рамках государственного задания программы фундаментальных научных исследований в РФ на 2021-2030 гг. (№ FWEU-2021-0002, АААА-А21-121012090012-1).
Для цитирования: Гребнева О.А., Лавыгина О.Л., Алексеев А.В. Исследование эффективности аддитивного инфракрасного отопления промышленных зданий на территориях с пониженными температурами воздуха // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2023. Т. 13. № 2. С. 239-251. https://elibrary.ru/cbfkbw. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2023-2-239-251.
Original article
Study into the efficiency of additive infrared heating of industrial buildings in areas with low outside temperatures
Oksana A. Grebneva1H, Olga L. Lavygina2, Aleksandr V. Alekseev3
12Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia 13Energy Systems Institute SB RA, Irkutsk, Russia
Abstract. Heating of industrial buildings is a complex and labor-consuming task requiring major financial investments. The complexity of this task grows in the case of large-size construction objects and strict requirements to their reliability, economic performance, and energy efficiency. The problem is
© Гребнева О.А., Лавыгина О.Л., Алексеев А.В., 2023
Том 13 № 2 2023 ISSN 2227-2917
even more complicated in those Russian regions, where low temperatures remain for a longer period of time. Significant financial investments are caused by the wear and obsolescence of the existing heating systems, leading to enormous heat losses. Due to the large size of the considered property types, it is difficult to select heating equipment that could provide the required temperatures inside the building while meeting all the aforementioned requirements. The solution can be found in the currently popular industrial infrared heaters, which provide both uniform heating of the building or room in question under significant energy savings. The application of infrared heaters as the main heating system equipment makes it possible to organize zonal (additive) heating of buildings of any type and purpose allowing different air temperatures even inside a single room. In this paper, a numerical study of the efficiency of additive heating systems with gas infrared emitters was carried out using a warehouse building as an example. Based on the analysis of the obtained results, the economic justification of the proposed technical solution was provided.
Keywords: heating systems, additive heating, infrared heating, infrared heaters, low temperature regions, energy saving and efficient technologies
Funding: The research was carried out within the framework of the state task (No. FWEU-2021-0002, Reg. No. AAAA21-121012090012-1) The Program of Fundamental Scientific Research in the Russian Federation for the long-term period (2021-2030).
For citation: Grebneva O.A., Lavygina O.L., Alekseev A.V. Study into the efficiency of additive infrared heating of industrial buildings in areas with low outside temperatures. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2023;13(2):239-251. (In Russ.). https://elibrary.ru/cbfkbw. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2023-2-239-251.
ВВЕДЕНИЕ
Системы отопления промышленных объектов недвижимости должны обеспечивать благоприятные условия (температура внутреннего воздуха, влажность, воздухообмен, состав загрязнений и т.д.) как для нахождения обслуживающего персонала в рассматриваемом помещении (в рабочей зоне), так и для проходящих в них технологических и производственных процессов. В зависимости от типа и назначения производственных зданий зависит состав параметров и требований к микроклимату, устанавливаемые нормативными документам и стандартами1. В работах [1] доказано благоприятное воздействие инфракрасного лучистого отопления на самочувствие людей.
В соответствии со ст. 11 «Обеспечение энергетической эффективности зданий, строений, сооружений» Федерального закона2, од-
ной из первоочередных задач является использование при проектировании, эксплуатации и реконструкции систем жизнеобеспечения объектов недвижимости (в том числе и зданий промышленного назначения) современных технологий, обеспечивающих экономию и эффективность использования энергетических ресурсов, т.е. обеспечение их энергоэффек-тивности23 [2, 3] и отвечающих экологическим требованиям [4-6]. В современных условиях существующие системы обеспечения тепловой энергией зданий имеют значительный моральный и физический износ, и, как следствие большие теплопотери. Поэтому эти системы требуют больших вложений при их эксплуатации, а также проведение профилактических и ремонтных мероприятий4 [7, 8]. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что вопрос создания энергоэффективных систем
1СанПиН 1.2.3685-21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Допустимые величины параметров микроклимата на рабочих местах в помещениях // Kodeks.ru [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (01.02.2023). 2Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: федер. закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 14.07.2022) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.01.2023) // [Электронный ресурс]. URL: https://base.garant.ru/12171109/ (01.02.2023). 3Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации за 2019 г. // Министерство экономического развития РФ [Электронный ресурс]. URL: https://www.economy.gov. ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii _energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2019_god.html (01.02.2023).
4Об утверждении муниципальной программы «Развитие инженерной инфраструктуры. Повышение энергоэффективности»: постановление от 21 января 2020 № 031-06-23/0 // Kodeks.ru [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/561713195 (01.02.2023)._
Том 13 № 2 2023
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 239-251 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 13 No. 2 2023 _pp. 239-251
ISSN 2227-2917 240 (Print)
240 ISSN 2500-154X (online)
обогрева зданий (особенно промышленного назначения) становится наиболее острым.
Одним из вариантов экономии энергетических ресурсов, а также увеличения энергетической эффективности систем отопления зданий промышленного назначения в целом является внедрение и использование систем аддитивного инфракрасного (или радиационного) отопления на основе газовых инфракрасных обогревателей [9]. Особенно это актуально для объектов недвижимости, расположенных в регионах, где наблюдается продолжительное стояние низких (отрицательных) температур.
Стоит отметить, что трудности в обеспечении промышленных объектов недвижимости возникают в следствие:
1) больших размеров зданий. Площадь помещений может доходить до десятков тысяч квадратных метров. Высота помещений промышленных объектов может достигать десятки метров. Эти факторы способствуют увеличению затрат на обогрев, так как, например, из-за необходимости поддержания повышенной температуры в рабочей зоне обслуживающего персонала требуется нагревать весь объем помещений. Для поддержания различных температур в пределах одного помещения приходится поддерживать наибольшую из них;
2) повышенных требований:
- надежности. Это требование связано с необходимостью непрерывности протекающих технологичных и производственных процессов;
- энергетической эффективности как к объ-
ектам промышленной инфраструктуры.
- экономической эффективности. Уменьшение затрат на собственные нужды промышленных объектов, которые могут повлечь удорожание результатов деятельности объекта.
Исследованиям использования инфракрасного излучения для отопления зданий и его эффективности посвящены многочисленные работы [9-18]. Предметом данной статьи является исследование возможности и эффективности использования аддитивного инфракрасного обогрева промышленных зданий с газовыми промышленными инфракрасными обогревателями.
СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Принцип работы инфракрасного отопления зданий и его сравнение с традиционным (конвективным) отоплением проиллюстрирован на рис. 1. Принцип работы инфракрасного отопления заключается в нагреве поверхности излучением, при этом нагревается поверхность, на которую они направлены, в результате чего происходит теплообмен и нагревается воздух. Преимуществом инфракрасного отопления над традиционным является нагрев требуемой поверхности, при этом максимальная температура воздуха достигается в зоне этой поверхности. При использовании традиционной системы отопления значение максимальных температур (за счет конвективного теплообмена) достигается вне рассматриваемой зоны.
30 оС
20 оС
15 оС
t
о.
РЗ
t
10 м
5 м
1 м
18 оС
18 оС
20 оС
Рис. 1. Сравнение принципа работы систем традиционного (водяного) и инфракрасного обогрева здания: РЗ - рабочая зона, - направление распространения температурного фронта Fig. 1. Comparison of the principle of operation of a traditional (water) and infrared building heating system: WZ - work zone; - direct of temperature front
На рис. 1 показано, как излучаемая инфракрасными излучателями энергия сосредотачивается и накапливается в приповерхностных слоях. Нагретая ограждающая конструкция посредством конвекции обеспечивает нагрев
непосредственно воздуха рабочей зоны. Таким образом, при использовании обогрева зданий с помощью ГИИ (рис. 2) средняя температура поверхностей ограждающих поверхностей (стен (¿ст) и пола (¿п)) выше температуры воз-
Том 13 № 2 2023 ISSN 2227-2917
духа непосредственно в рабочей зоне (¿вр).
При этом в свободном от инфракрасных лучей объеме помещения (на рисунке эта зона находится выше уровня установки ГИИ) температу-
СанПиН 1.2.3685-211 в рабочей зоне помещений промышленного назначения допускается снижение величины ¿вр по сравнению с предусмотренными до 4°С [19].
ра
( fB ) ниже
чем температура t (согласно
Рис. 2. Иллюстрация обогрева здания газовыми инфракрасными обогревателями Fig. 2. Illustration of heating a building with gas infrared heaters
Моделирование происходящего теплообмена при применении аддитивного отопления промышленных зданий является сложной задачей. Вопросам исследования математических зависимостей, используемых для описания и моделирования физических процессов, происходящих при обогреве зданий инфракрасными излучателями с учетом конвективной составляющей посвящена работа [20]. В дан-
ной работе они используются в качестве исходной модели.
ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта для исследования аддитивного инфракрасного отопления выбрано здание, выполняющее функцию складского помещения, общий вид которого приведен на рис. 3. В качестве места расположения выбран г. Иркутск.
b
Рис. 3. Общий вид (а) и разрез (b) выбранного здания Fig. 3. General view (a) and section (b) of the selected building
Природно-климатическая характеристика района объекта исследования. Климатологические характеристики района распо-
ложения здания приняты в соответствии с существующими строительными нормами и правилами5. Район расположения объекта отно-
a
5СП 131.13330.2020 Строительная климатология. Введ. 25.06.2021 // Kodeks.ru [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/573659358 (21.10.22);
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Введ. 04.06.2017 // Kodeks.ru [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/456044318 (21.10.22).
Том 13 № 2 2023
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 239-251 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 13 No. 2 2023 _pp. 239-251
ISSN 2227-2917 ОЛО (print)
242 ISSN 2500-154X (online)
сится к 1 климатическому району, подрайон 1 В. обходимые и используемые при проектирова-Основные параметры климата г. Иркутска, не- нии систем отопления, сведены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристика климатических условий района эксплуатации здания складского назначения Table 1. Climate characteristics
or heating systems design___
Параметр Ед. изм. Значение
Среднегодовая температура воздуха °С 0,5
Средняя температура наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) °С -33
Средняя температура наиболее холодных суток °С -37
Среднемесячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца % 81
Температура воздуха наиболее жаркого месяца года (июля) °С 17,6
Продолжительность отопительного сезона сут 232
Средняя температура отопительного сезона °С -7,7
Нормативный скоростной напор ветра (для III района) кПа 0,38
Нормативный вес снегового покрова (для II района) кПа 1,2
Нормативная глубина сезонного промерзания м 2,8
Характеристика объекта исследования. Характеристика складского помещения:
1) холодный/теплый склад 48 х 30 площадью 1 468 м2;
2) высота от пола до нижней точки несущих ферм - 5-7 м;
3) максимальная высота - 10 м.
Проектирование аддитивной системы
обогрева здания с газовыми инфракрасными излучателями. Выберем схему размещения объектов инфракрасного отопления внутри выбранного складского помещения, исходя из двух вариантов обогрева:
1) с обеспечением единой температуры
внутреннего воздуха из условия постоянного нахождения внутри помещения обслуживающего персонала (рис. 4, а). Созданные при этом температурные поля внутри помещения приведены на рис. 4, Ь. При таком обогреве промышленного здания будет наблюдаться перерасход средств, который можно сэкономить (как будет показано при экономическом обосновании) за счет организации второго типа отопления;
2) аддитивного инфракрасного отопления (рис. 5, а). Созданные при этом температурные поля внутри помещения приведены на рис. 5, Ь.
о см t= t=20° t=20° t=20°
t=20°
t=20° t=20° t=20°
L
b
Рис. 4. Инфракрасное отопление складского помещения с обеспечением единой температуры внутреннего воздуха (а) и создаваемые при этом тепловые поля (b) Fig. 4. Infrared heating of a warehouse with a uniform internal air temperature (a) and created thermal fields (b)
a
Том 13 № 2 2023 ISSN 2227-2917
iflrvr N1 !
l l 1 1 t=20' i i 1 1 t=14"
Ы Ы
t=14"
t=l+" 1 |t=14' t=l+n t=14' t
a b
Рис. 5. Инфракрасное отопление складского помещения с обеспечением аддитивной температуры внутреннего воздуха (а) и создаваемые при этом тепловые поля (b) Fig. 5. Infrared heating of a warehouse with the provision of an additive temperature of the internal air (a) and the created thermal fields (b)
Как видно на рис. 5, а и Ь, при аддитивном отоплении в складском помещении создаются зоны с разными температурами внутреннего воздуха: верхняя зона - для хранения товаров с требованием повышенной температуры внутреннего воздуха (20°С); оставшаяся зона -для остальных типов товаров (14°С). Однако для зоны постоянного нахождения обслуживающего персонала требуется создание еще одной зоны с температурой 20°С. Для этого предлагается использовать специальную каркасную конструкцию куполообразной формы, покрытием для которой может служить либо стекло, либо менее дорогостоящие полимерные материалы (рис. 6).
Конструкция может иметь различные формы: сферический купол, прямоугольная форма, полностью закрытые, полуоткрытые и т.д. Дан-
ную конструкцию предлагается установить в складском помещении, как показано на рис. 7.
Установка данной конструкции позволяет существенно уменьшить конвективную составляющую при создании инфракрасного отопления, тем самым эффективно поддерживать требуемую локальную температуру. Подбор оборудования для создания аддитивного инфракрасного отопления. На примере объекта исследования, технические характеристики которого приведены выше, в статье проводились численные исследования эффективности применения аддитивного инфракрасного отопления и анализ полученных результатов в сравнении с инфракрасным (с обеспечением единой температуры во всем объеме рассматриваемого помещения) и традиционным водяным отоплением.
a b
Рис. 6. Каркасно-металлический купол для создания зоны постоянного нахождения обслуживающего персонала (а) и один из вариантов его покрытия (b) Fig. 6. Frame-metal dome to create a zone of permanent residence of service personnel (a) and one of the options for its coverage (b)
ISSN 2227-2917 Том 13 № 2 2023 плл (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 239-251 244 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 13 No. 2 2023 _(online)_pp. 239-251
Рис. 7. Схема расположения конструкции для постоянного нахождения людей (вид сверху) Fig. 7. The layout of the structure for the permanent presence of people (top view)
Теплопотери здания определялись на основе теплотехнического расчета его ограждающих конструкций двух вариантов:
1) при условии полного обогрева помещения. В результате расчета величина тепловых потерь составила
О = 104038.2 Вт « 0.104 МВт « 0.121 Гкал/ч;
2) при условии зонального обогрева. В результате расчета величина тепловых потерь составила
О = 83230.6 Вт « 0.083 МВт « 0.097 Гкал/ч .
В качестве приборов отопления приняты газовые инфракрасные излучатели ГИИ-106 (ООО «РегнумГаз», г. Екатеринбург).
Монтаж приборов обогрева - потолочный, настенный. Высота размещения газовых инфракрасных излучателей - 7 м.
Выбор типа оборудования и его количества проводится на основе расчета установленной мощности также для двух вариантов на основе зависимостей, приведенных в работах [5, 9].
В результате расчета установленная мощность газовых инфракрасных обогревателей составила:
1) при условии полного обогрева помещения - М = 88.12 кВт;
2) при условии зонального обогрева -М = 70.5 кВт .
В соответствии с полученной величиной М для обогрева промышленного помещения выполнен подбор оборудования, состав ко-
торого представлен в табл. 2.
Таблица 2. Технические характеристики газовых инфракрасных излучателей ГИИ-10 Table 2. Technical characteristics
gas infrared emitters ГИИ-10
Параметр Значение
Тепловая мощность ГИИ, кВт 10
Тип монтажа Потолочный,
настенный
Количество:
- вариант 1; 9
- вариант 2 7
Расход газа
при номинальной
тепловой мощности:
- для природного газа, м3/ч; 1,0
- для сжиженного газа, кг/ч 0,78
Экономическое обоснование использования аддитивного инфракрасного отопления.
Ниже приводится расчет технико-экономических показателей при создании трех типов отопления:
1) инфракрасного отопления с обеспечением единого температурного поля;
2) аддитивного инфракрасного отопления с обеспечением зонального распределения температуры внутреннего воздуха;
3) традиционного водяного отопления.
Инфракрасное отопление с ГИИ. Затраты
6Газовый инфракрасный излучатель ГИИ-10 (серия 2100) // Regnumgaz96.ru [Электронный ресурс]. URL:https://www.regnumgaz96.ru/products/101784115-gazovy_infrakrasny_izluchatel_gii_10_seriya_2100 (01.02.2023).
Том 13 № 2 2023 ISSN 2227-2917
на эксплуатацию системы отопления с ГИИ в течение года можно определить как
Згод = Вг • С ; (1)
Вг = 24 • п • Ь • N • к>, (2)
где В - годовой расхода газа, м3; Сг - стоимость 1кг м3 газа (принимается согласно7, С = 2.75 руб/кг); 24 - коэффициент для перевода размерности; п - количество излучателей; Ь - расход газа одного излучателя в час (согласно табл. 2 для ГИИ-10: природный газ -1,0 м3/ч; сжиженный газ - 0,429 кг/ч). Для расчета годового расхода топлива выбираем в качестве сырья природный газ с Ьг = 1.0 м3 / ч; N - продолжительность отопительного периода, сут; к - коэффициент использования отопительной системы: для производственного здания с автоматическим контролем температуры воздуха принимается равным 0,5. Учитывая (5), эксплуатационные затраты на обогрев здания ГИИ составят 68 904,00 руб/год.
Аддитивное инфракрасное отопление с ГИИ. Затраты на эксплуатацию системы отопления с ГИИ в течение года рассчитываются аналогично пункту 1 с использованием
формул (1)-(2). Годовые эксплуатационные затраты на обогрев здания гИи составят 53 592,00 руб/год.
Традиционное водяное отопление. Затраты на традиционную водяную систему отопления здания принимаются с учетом тарифа на тепловую энергию на теитории, где расположено здание. Для простоты расчета принимаем тариф на тепловую энергию по тарифу для населения (для г. Иркутска - 1 733,30 руб/Гкал (с 01.12.2022 по 31. 12.20238).
Таким образом, годовые затраты на производство тепловой энергии для водяной системы отопления составят
3;од = 0.121 • 24 • 233 • 1730.30 = 1170776.35руб. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Результаты расчета годовых затрат на энергоресурсы, используемые оборудованием для обогрева выбранного здания, приведены в табл. 3 и на рис. 8 и 9.
Экономический эффект от создания аддитивного инфракрасного отопления по сравнению с традиционным водяным отоплением составляет (1170776,35-53592,00) / 1170776,35*100 = 95,4%.
Таблица 3. Результаты расчета затрат по разным типам систем отопления здания
Параметр Инфракрасное Аддитивное инфракрасное Водяное
Годовые затраты, руб. 68 904,00 53 592,00 1 170 776,35
Тип системы отопления Рис. 8. Результаты расчета затрат для систем отопления разного типа: 1 - инфракрасное; 2 - аддитивное инфракрасное Fig. 8. Calculation results of different types heating systems: 1 - infrared heating system; 2 - additive infrared heating system
7Карта тарифов на природный газ с 1 января 2020 года // Энерго-24. [Электронный ресурс]. URL: https://energo-24.ru/tariffs/gaz/gaz2020/13389.html (01.02.2023).
8О внесении изменений в отдельные приказы службы по тарифам по Иркутской области: приказ от 29 ноября 11.20222 N 76-670-спр. Служба по тарифам Иркутской области // Kodeks.ru [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/406408346 (01.02.23).
Том 13 № 2 2023
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 239-251 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 13 No. 2 2023 _pp. 239-251
ISSN 2227-2917
Рис. 9. Результаты расчета для систем отопления разного типа: 1 - инфракрасное; 2 - аддитивное инфракрасное; 3 - традиционное водяное
Fig. 9. Calculation results for heating systems different types: 1 - infrared heating system with gas infrared emitters; 2 - additive infrared heating system with gas infrared emitters; 3 - traditional water heating system
Экономический эффект от создания аддитивного инфракрасного отопления по сравнению с инфракрасным отоплением составляет
(68904,00-53592,00) / 68904,00*100 = 22,2%.
Из рис. 11 видно, что затраты на эксплуатацию традиционных водяных систем отопления выше, чем для систем отопления с инфракрасными излучателями, а создание аддитивного отопления (см. рис. 10) позволяет еще более снизить годовые затраты.
Для анализа экономической эффективности использования аддитивного инфракрасного отопления с использованием газовых инфракрасных излучателей рассчитаем срок окупаемости после проведения мероприятий по реконструкции системы отопления с заменой основного оборудования на ГИИ: Т = К/П, где К - капитальные вложения; П - ожидаемая прибыль.
Анализ рынка оборудования для организации инфракрасного обогрева зданий показал, что средняя стоимость газового инфракрасного излучателя ГИИ-10 составляет 77 200 руб1. В данной работе для здания складского назначения требуется установка 9 и 7 таких обогревателей (в соответствии с вариантом обогрева здания).
Суммарные затраты на основное оборудование составят
1) при условии полного обогрева помещения - 694 800 руб.;
2) при условии зонального обогрева -540 400 руб.
Кроме этого, необходимо учитывать затраты на монтаж оборудования, которые в среднем не превышают 30% от стоимости монтиру-
емого оборудования. Затраты на монтаж составят
1) при условии полного обогрева помещения - 208 440 руб.;
2) при условии зонального обогрева -162 120 руб.
Капитальные вложения на систему отопления с ГИИ составят:
1) при условии полного обогрева помещения - К=903240.00 руб./год;
2) при условии зонального обогрева -К=702520.00 руб./год.
Ожидаемая прибыль от внедрения технического решения по организации аддитивного обогрева здания по сравнению с традиционной системой отопления составит П=3;-3ГГ = (1170776.35 - 53592.00) = 1117184.35 руб. /год. Таким образом, срок окупаемости Т = 702520.00/1117184.35 = 0,63 года и 8 мес.
При создании инфракрасного отопления при условии полного обогрева помещения:
- ожидаемая прибыль составит П=3;-3ГГ = (1170776.35 - 68904.00) = 1101872.35 руб. /год;
- срок окупаемости составит Т = 903240.00 /1101872.35 = 0,82 года и 10 мес.
ВЫВОДЫ
Обогрев производственных помещений, как было сказано ранее, является сложной задачей. Одним из способов преодоления трудностей, возникающих при ее решении, является использование инфракрасного отопления. Современные условия эксплуатации производственных помещений диктуют требования к созданию аддитивного (послойного) температурного фона для обеспечения возможности
Том 13 № 2 2023
с. 239-251 Vol. 13 No. 2 2023 pp. 239-251
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
создания зон с различными температурами внутреннего воздуха.
Численные исследования, проведенные в статье, подтвердили, что при использовании инфракрасного обогрева зданий существенно сокращается расход тепла по сравнению с водяным отоплением. А создание аддитивного инфракрасного отопления еще в большей степени усиливает этот эффект.
Как следствие, сокращение расхода тепла уменьшает затраты на систему отопления здания в целом. Еще большую степень экономии затрат можно достичь за счет выбора оптимального типа инфракрасного обогревателя для конкретного типа производственного помещения, исходя из условий его эксплуатации. При этом не следует забывать, что выбор типа
излучателя должен производиться с учетом требований к условиям их использования и эксплуатации.
Годовые затраты для обогрева здания при внедрении аддитивной системы отопления существенно сокращаются (на = 90%, за счет по-зонного обогрева рабочих зон промышленного помещения) по сравнению с повсеместно используемыми традиционными водяными системами отопления.
Однако степень данного эффекта может быть различна для разных регионов вследствие различия тарифов на энергоресурсы. Этот факт требует обязательного учета при выборе типа системы отопления. Срок окупаемости для рассмотренных условий составил чуть меньше года.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Шелехов И.Ю., Пожидаев В.В. Аддитивные инфракрасные системы обогрева // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020. Т. 10. № 1. С. 124-129. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-1-124-129. EDN: RAKSYY.
2. Grebneva O., Lavygina O. Study of ecological and economic efficiency for resource supplying organizations in the transition to alternative sources // IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciencethis link is disabled. 2021. Vol. 751. No. 1. P. 012007. https:10.1088/1755-1315/751 /1/012007.
3. Хан В.В., Деканова Н.П., Романова Т.А., Ша-раева С.А. Комплексный анализ эффективности энергосберегающих мероприятий для объектов социальной сферы Восточной Сибири на основе системного подхода // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. Т. 7. № 1. C. 84-93. EDN: YHQXFT.
4. Grebneva O., Lavygina O. Study of the possibility for reducing of environmental damage when the transition to alternative sources of heat supply systems in housing and communal services // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 880. No. 1. P. 012043.
5. Лавыгина О.Л., Гребнева О.А., Корабенкова О.В., Смоляр А.В. Оценка предотвращенного экологического ущерба при внедрении инновационных технологий в системах жилищно-коммунального хозяйства // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020. Т. 10. № 2. C. 234-241. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-2-234-241. EDN: JRHHSP.
6. Lavygina O., Grebneva O. Study of changes in emissions into the atmosphere with the reconstruction of heat supply systems // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 880. No. 1. P. 012048.
7. Khan V.V, Dekanova N.P., Khan P.V. Actual problems of the operation of apartment buildings // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 880. P. 012044. https://doi.org/10.1088/1757-899X/880/1 /012044.
8. Khan V.V., Dekanova N.P., Khan P.V. Assessment of the energy performance of buildings // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 880. P. 012045. https://doi.org/10.1088/1757-899X/880/1 /012045.
9. Гребнева О.А., Широких А.Э., Макеева К.И. Эффективность инфракрасного обогрева производственных помещений в условиях Сибири // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020. Т. 10. № 4. С. 552-559. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-4-552-559. EDN: DJODXP.
10. Yurkevich Yu., Spodyniuk N. Energy-saving infrared heating systems in industrial premises // Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale En-ergetycznym. 2015. Vol. 2. No. 16. P. 140-144.
11. Chao Chen. Case Studies: Infrared Heating in Industrial Applications // ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry. 2007. P. 6-28.
12. Aboud S.A., Altemimi A.B., Al-HiIphy A.R.S., Lee Yi-Chen, Cacciola F. A comprehensive review on infrared heating applications in food processing // Molecules. 2019. Vol. 24. No. 22. P. 4125. https://doi.org/10.3390/molecules24224125.
13. Aleksander Klepaczka. Possibilities of using infrared heaters in production of corrugated paper-board and packaging products // 2002.
14. Brown K.J., Farrelly R., O'Shaughnessy S.M., Robinson A.J. Energy efficiency of electrical infrared heating elements // Applied Energy. 2016. Vol. 162. P. 581-588. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.064.
ISSN 2227-2917 Том 13 № 2 2023 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 239-251 248 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 13 No. 2 2023 _(online)_pp. 239-251
15. Butturini R., Ngo M. Flux mapping of radiant electric heaters. Maryland: U.S. Consumer Product Safety Commission, 2005. 20 p.
16. Schmidt F.M., Le Maoult Ya., Monteix S. Modelling of infrared heating of thermoplastic sheet used in thermoforming process // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 143-144. P. 225-231.
17. Куриленко Н.И., Максимов В.И., Мамонтов Г.Я., Нагорнова Т.А. Тепловой режим производственных помещений с системами отопления на базе газовых инфракрасных излучателей. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. 101 с.
18. Шелехов И.Ю., Шишелова Т.И., Иноземцев В.П., Пожидаев В.В. Эффективная конструкция нагревательного элемента для инфракрасного обогрева // Известия вузов. Инвестиции. Строи-
тельство. Недвижимость. 2016. № 3 (18). C. 118— 124. EDN: WMNBFB.
19. Бодров В.И., Смыков А.А. Температурный режим помещений с системами лучистого отопления // Конгресс «Устойчивое развитие регионов в бассейнах великих рек. приоритеты в условиях глобальных изменений», в рамках 17-го Междунар. науч.-промышленного форума «Великие реки -2015» (г. Нижний Новгород, 1922 мая 2015 г.). Нижний Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2015. С. 76-80. EDN: VCGDBV.
20. Бодров В.И., Смыков А.А. Методика теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций зданий, отапливаемых инфракрасными излучателями // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2017. № 1 (181). С. 92-95. EDN: ZEOVBJ.
REFERENCES
1. Shelekhov I.Yu., Pozhidaev V.V. Additive infrared heating systems. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2020;10(1):124-129. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-1-124-129. EDN: RAKSYY.
2. Grebneva O., Lavygina O. Study of ecological and economic efficiency for resource supplying organizations in the transition to alternative sources. IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciencethis link is disabled. 2021;751(1):012007. https:10.1088/1755-1315/751/1/012007.
3. Khan V.V., Dekanova N.P., Romanova T.A., Sharaeva S.A. Complex analyses of efficiency of energy effectiveness measures for the objects of social sphere in the Eastern Siberia on the
basis of system approach. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate. 2017;7(1):84-93. (In Russ.). EDN: YHQXFT.
4. Grebneva O., Lavygina, O. Study of the possibility for reducing of environmental damage when the transition to alternative sources of heat supply systems in housing and communal services. IOP Con-fer-ence Series: Materials Science and Engineering. 2020;880(1):012043.
5. Lavygina O.L., Grebneva O.A., Korabenkova O.N., Smolyar A.V. An assessment of prevented ecological deprivation during the implementation of innovative technologies in the systems of housing and utility infrastructure. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2020;10(2):234-241. (In Russ.). EDN: JRHHSP. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-2-234-241.
6. Lavygina O., Grebneva O. Study of changes in emissions into the atmosphere with the reconstruc-
Том 13 № 2 2023
с. 239-251 Vol. 13 No. 2 2023 pp. 239-251
tion of heat supply systems. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;880(1):012048.
7. Khan V.V, Dekanova N.P., Khan P.V. Actual problems of the operation of apartment buildings. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020;880:012044. https://doi.org/10.1088/1757-899X/880/1/012044.
8. Khan V.V., Dekanova N.P., Khan P.V. Assessment of the energy performance of buildings. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020;880:012045. https://doi.org/10.1088/1757-899X/880/1/012045.
9. Grebneva O.A., Shirokih A.E., Makeeva K.I. Efficiency of infrared heating of industrial premises under Siberian conditions. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2020;10(4):552-559. (In Russ.). EDN: DJODXP. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-4-552-559.
10. Yurkevich Yu., Spodyniuk N. Energy-saving infrared heating systems in industrial premises. Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale En-ergetycznym. 2015;2(16):140-144.
11. Chao Chen. Case Studies: Infrared Heating in Industrial Applications. ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry. 2007:6-28.
12. Aboud S.A., Altemimi A.B., Al-HiIphy A.R.S., Lee Yi-Chen, Cacciola F. A comprehensive review on infrared heating applications in food processing. Molecules. 2019;24(22):4125.
https://doi.org/10.3390/molecules24224125.
13. Aleksander Klepaczka. Possibilities of using infrared heaters in production of corrugated paper-board and packaging products // 2002.
14. Brown K.J., Farrelly R., O'Shaughnessy S.M., Robinson A.J. Energy efficiency of electrical infrared heating elements. Applied Energy.
ISSN 2227-2917
2016;162:581-588.
https://d0i.0rg/l 0.1016/j.apenergy.2015.10.064.
15. Butturini R., Ngo M. Flux mapping of radiant electric heaters. Maryland: U.S. Consumer Product Safety Commission; 2005. 20 p.
16. Schmidt F.M., Le Maoult Ya., Monteix S. Modelling of infrared heating of thermoplastic sheet used in thermoforming process. Journal of Materials Processing Technology. 2003;143-144:225-231.
17. Kurylenko N.I., Maksimov V.I., Mamontov G.Ya., Nagornova T.A. Thermal regime of industrial premises with heating systems based on gas infrared emitters. Tomsk: Tomsk polytechnic university; 2013. 101 p.
18. Shelekhov I.Iu., Shishelova T.I., Inozemtsev V.P., Pozhidaev V.V. Effective construction of a heating element for infra-red heating. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Pro-
ceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2016;3:118-124. EDN: WMNBFB.
19. Bodrov V.l., Smykov A.A. Temperature regime of rooms with radiant heating systems. Kongress «Ustoichivoe razvitie regionov v basseinakh velikikh rek. prioritety v usloviyakh global'nykh izmenenii», v ramkakh 17-go Mezhdunarodnogo nauchno-promyshlennogo foruma «Velikie reki -2015» = Abstracts of the "Great Rivers - 2015" 17th International scientific and industrial forum. 19-22 May 2015, Nizhnii Novgorod. Nizhnii Novgorod: Nizhegorodskii gosudarstvennyi arkhitekturno-stroitel'nyi universi-teta; 2015. p. 76-80. EDN: VCGDBV.
20. Bodrov V.l., Smykov A.A. Method of thermal calculation external walling in a building with heating system based infrared emitters. Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie = Plumbing, heating, air-conditioning. 2017;1:92-95. EDN: ZEOVBJ.
Информация об авторах
Гребнева Оксана Александровна,
к.т.н., доцент,
доцент кафедры городского
строительства и хозяйства,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
старший научный сотрудник,
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева
СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия, e-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-1492-5552
Лавыгина Ольга Леонидовна,
к.т.н., доцент,
доцент кафедры городского строительства и хозяйства,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
e-mail: [email protected]
https://orcid.org/ 0000-0002-9558-5018
Алексеев Александр Владимирович,
к.т.н., старший научный сотрудник,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия,
e-mail: [email protected]
https://orcid.org/ 0000-0003-4051 -8245
Вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Information about the authors
Oksana A. Grebneva,
Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Urban Construction and Economy, Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia, Senior Researcher, Energy Systems Institute SB RAS,
130 Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia, e-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-1492-5552
Olga L. Lavygina,
Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Urban Construction and Economy, Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia, e-mail: [email protected] https://orcid.org/ 0000-0002-9558-5018
Aleksandr V. Alekseev,
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Energy Systems Institute SB RAS,
130 Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia, e-mail: [email protected] https://orcid.org/ 0000-0003-4051 -8245
Contribution of the authors
The authors contributed equally to this article.
ISSN 2227-2917 Том 13 № 2 2023 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 239-251 250 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 13 No. 2 2023 _(online)_pp. 239-251
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Информация о статье
Статья поступила в редакцию 12.01.2023. Одобрена после рецензирования 01.02.2023. Принята к публикации 03.02.2023.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
Information about the article
The article was submitted 12.01.2023. Approved after reviewing 01.02.2023. Accepted for publication 03.02.2023.
Том 13 № 2 2023 ISSN 2227-2917
