ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΜΕ ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

Transcript

1 Σεμινάριο : Δευτέρα ΚΑΥΣΙΜΑ ΑΕΡΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΜΕ ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Εισηγητής : Κουμπάκης Βασίλης Μηχανολόγος Μηχανικός Οργάνωσή Σχολικός Σύμβουλος Στ. Σπανομήτσιος

2 ΗθέρμανσητηςΓηςαπότονήλιο Η Γη δέχεται την ενέργεια που της αναλογεί από αυτή που εκπέμπει ο ήλιος. Η ενέργεια αυτή μεταφέρεται με φυσική διαδικασία, την ακτινοβολία.

3 Η ηλιακή ακτινοβολία Διάγραμμα της ηλιακής ακτινοβολίας. Διαστρωμάτωση της υπέρυθρης ηλιακής ακτινοβολίας.

4 Διάθλαση του ηλιακού φως Με το πείραμα της διάθλασης του φωτός ο Newton απέδειξε την ύπαρξη διαφορετικών ακτινών, από το ερυθρό έως το ιώδες (το βιολετί)

5 Υπέρυθρη ακτινοβολία Το 1800 ο Άγγλος αστρονόμος Sir W. Herschel χρησιμοποιώντας θερμόμετρο σε διάθλαση του ηλιακού φωτός με πρίσμα, ανακαλύπτει ότι οι ερυθρές ακτίνες φέρουν περισσότερη θερμότητα από τις μπλε και τιςιώδειςακτίνες. Σήμερα ξέρουμε ότι πάνω από το 50% της ηλιακής ενέργειας μεταφέρουν οι υπέρυθρες ακτίνες που βρίσκονται στην περιοχή της αόρατης ακτινοβολίας, δίπλα στις ερυθρές ακτίνες.

6 Ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες Ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες με διαφορετικές συχνότητες (διαφορετικό μήκος κύματος). Η θερμική ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητική εκπομπή με μήκος κύματος μεταξύ 0,02 και 800μm. Οι συχνότητες που είναι χαμηλότερες από το ορατό ερυθρό φως ονομάζονται υπέρυθρες (infrared) ακτινοβολίες και οι συχνότητες που είναι υψηλότερες από το ιώδες φως ονομάζονται υπεριώδεις (ultraviolet) ακτινοβολίες.

7 Διάγραμμα ακτινοβολίας του μέλανος σώματος Κάθε σώμα σε οποιαδήποτε θερμοκρασία και εάν βρίσκεται εκπέμπει θερμική ακτινοβολία. Στο διάγραμμα φαίνεται η ένταση ανά μονάδα μήκους κύματος σε συνάρτηση με το μήκος κύματος για το μελανό σώμα που βρίσκεται σε διάφορες θερμοκρασίες (σε Κ ). Η ακτινοβολία του μέλανος σώματος ερευνήθηκε από τον Max Plank το 1900

8 Απομίμηση της ηλιακής θέρμανσης Όπως ο ήλιος στέλνει ενέργεια με τις υπέρυθρες ακτίνες του, έτσι μιμούμενοι τον ήλιο, τα θερμαντικά σώματα ακτινοβολίας μεταφέρουν την ενέργειά τους στα στερεά σώματα. Ο αέραςδεν θερμαίνεται άμεσα από τις ακτίνες του ηλίου αλλά έμμεσα από το δάπεδο που έχει θερμανθεί και θερμαίνει τον αέρα.

9 Η αισθητή θερμοκρασία σε ένα χώρο t room εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα t air και τη θερμοκρασία της ακτινοβολίας t rad (των στοιχείων που τον περιβάλλουν) Θερμική άνεση

10 Όταν κάνουμε σκι στο βουνό και ηλιοθεραπεία μέσα στα χιόνια, νιώθουμε άνετα έστω και εάν η θερμοκρασία του αέρα είναι υπό το 0 С (αφού δεν λιώνουν τα χιόνια) διότι η αισθητή θερμοκρασία που νιώθουμε (η θερμική άνεσή μας) εξαρτάται από την έντονη ακτινοβολία που δεχόμαστε από τον ήλιο. Ηλιοθεραπεία στα χιόνια

11 Θέρμανση με αερόθερμα Στη θέρμανση βιομηχανικού χώρου με αερόθερμα έχουμε την κατανομή που φαίνεται στο άνω σχήμα. Τα αερόθερμα εκτοξεύουν τον αέρα μέχρι τους εργαζόμενους που βρίσκονται στο δάπεδο αλλά ως θερμότερος αυτός ανέρχεται προς τα πάνω με αποτέλεσμα η οροφή να είναι η θερμότερη περιοχή ενώ το δάπεδο όπου βρίσκονται οι εργαζόμενοι να είναι η ψυχρότερη περιοχή.

12 Μελέτη θερμικών απωλειών χώρου θερμαινόμενου με αερόθερμα Στη μελέτη θέρμανσης του βιομηχανικού χώρου με αερόθερμα λαμβάνεται υπόψη η διαφορά της θερμοκρασίας του χώρου που αυξάνει τις άμεσες υπολογίσιμες θερμικές απώλειες. Δεν λαμβάνεται όμως υπόψη η αδράνεια του συστήματος που έχουν τα συστήματα θέρμανσης με αερόθερμα

13 Μεταφορά της ενέργειας με ακτινοβολία Η ενέργεια που μεταφέρει ένα θερμό σώμα σύμφωνα με το νόμο του Stefan Boltzmann είναι Ε = ε.σ.τ 4 Όπου ε = βαθμός μελανότητας 0 < ε < 1 στο απόλυτο μελανό σώμα σ = 5, [Wm -2 K -4 ] T = Θερμοκρασία σε Κ

14 Θέρμανση με ακτινοβολία Στη θέρμανση βιομηχανικού χώρου με θερμάστρες ακτινοβολίας στην οροφή, έχουμε την άνω κατανομή. Από την οροφή οι θερμάστρες ακτινοβολούν στους εργαζόμενους που βρίσκονται στο δάπεδο. Θερμαίνονται οι εργαζόμενοι και το δάπεδο που είναι στερεά σώματα με αποτέλεσμα το δάπεδο όπου βρίσκονται οι εργαζόμενοι να είναι η θερμότερη περιοχή και η οροφή η ψυχρή περιοχή. Η θέρμανση ακτινοβολίας έχει τοπικό χαρακτήρα, θερμαίνει καλά αυτό που βλέπει, προσφέροντας τη δυνατότητα για σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.

15 Μελέτη θερμικών απωλειών χώρου θερμαινόμενου με θερμάστρες ακτινοβολίας Στη μελέτη θέρμανσης του βιομηχανικού χώρου με θερμάστρες ακτινοβολίας λαμβάνεται υπόψη η διαφορά της θερμοκρασίας του χώρου που μειώνει τις άμεσες υπολογίσιμες θερμικές απώλειες. Δεν λαμβάνεται υπόψη η άμεση ανταπόκριση που έχουν οι θερμάστρες ακτινοβολίας.

16 Προδιαγραφές Πίνακας απαιτούμενων θερμοκρασιών μεγάλων χώρων Α / Α Είδος του χώρου Θερμοκρασίες αέρος του χώρου Με ακτινοβολία Με αερόθερμα 1 Εργοστάσια C C 1α Καθιστική εργασία β Ελαφριά εργασία γ Βαριά εργασία Αποθήκες Θεάματα Γυμναστήρια Αθλητικά θεάματα Γενική αρχή είναι ότι σε χώρους που θερμαίνονται με συστήματα υπέρυθρης ακτινοβολίας η θερμοκρασία του αέρα στοχώροείναικατά3 ως 5 C χαμηλότερη από τη θερμοκρασία τουθερμαινόμενουχώρουμεσύστημαθέρμανσηςμεαέρα.

17 Διαχωρισμός συστημάτων ακτινοβολίας Οι θερμάνσεις ακτινοβολίας σύμφωνα με τον ASHRAE διαχωρίζονται σε υψηλής, μέσης και χαμηλής έντασης ακτινοβολίας Υψηλή και μέση ένταση ακτινοβολίας άνω των 820 C Χαμηλή ένταση ακτινοβολίας 820 C C Χαμηλή θερμοκρασία 180 C - 50 C

18 Διαχωρισμός συστημάτων ακτινοβολίας Η διαφορά είναι στη θερμοκρασία εκπομπής Τα συστήματα υψηλής ακτινοβολίας (ανοικτής φλόγας) ή ερυθρής επιφάνειας και στα συστήματα χαμηλής ακτινοβολίας (φλόγα σε σωληνωτό ακτινοβόλο σώμα) ή μαύρης επιφάνειας.

19 Τοποθετήσεις θερμαστρών ακτινοβολίας Ανάλογα από τις απαιτήσεις του κάθε χώρου οι θερμάστρες ακτινοβολίας μπορεί να τοποθετηθούν οριζόντια ή και γωνιακά. Πάντα όμως πρέπει να γίνεται μελέτη για την κατανομή της έντασης της θέρμανσης στο χώρο.

20 Συμμετρική κατανομή της θέρμανσης ακτινοβολίας Η κατανομή της ακτινοβολίας γίνεται με το νόμο του συνημίτονου (νόμος του Lampert)

21 Ασύμμετρη κατανομή της θέρμανσης ακτινοβολίας Αποτέλεσμα του νόμου του Lampbert είναι να έχουμε διαφορετικές ροές θερμότητας σε διάφορες περιοχές του δαπέδου

22 Θερμάστρα ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα Ο ακτινοβόλος σωλήνας εκπέμπει προς όλες τις κατευθύνσεις και λόγω της κίνησης του αέρα μεγαλύτερη θερμότητα φεύγει προς τα πάνω. Προστίθεται ο ανακλαστήρας που κατευθύνει τη ροή της θερμότητας προς τα κάτω.

23 Θερμάστρες ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα Διάφορες θερμάστρες ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα (μονής και διπλής διάταξης ).

24 Θερμάστρες ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα Θερμάστρες ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα σε U διάταξη που εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή της θέρμανσης. Φαίνεται ο καυστήρας και ο ανεμιστήρας αναρρόφησης. Ο θάλαμος καύσης βρίσκεται υπό πίεση δίνοντας τη δυνατότητα να ξεπεραστούν τυχόν προβλήματα διαρροών άκαυστου αερίου.

25 Θερμάστρες ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα Θερμάστρα ακτινοβολίας με ακτινοβόλο σωλήνα σε U διάταξη. Φαίνεται σε τομή ο καυστήρας και η ανάμιξη του αέριου καυσίμου με τον αέρα που γίνεται σε υποπίεση από τον ανεμιστήρα καυσαερίων.

26 Καυστήρας πιέσεων θερμάστρας ακτινοβολίας Fig. 1 start Animation

27 Καυστήρας πιέσεων θερμάστρας ακτινοβολίας Λειτουργία καυστήρα αερίου θερμάστρας ακτινοβολίας και ηφλόγατου

28 Θερμάστρες ακτινοβολίας ανοικτής φλόγας Σε πολλές καφετερίες χρησιμοποιούνται οι θερμάστρες ανοικτής φλόγας ή τύπου μανιτάρι όπως είναι γνωστές. Τροφοδοτούνται με υγραέριο από φιάλη, έχουν σχετικά μικρή ισχύ και χρησιμοποιούνται μόνο σε υπαίθριους χώρους αφού δεν έχουν απαγωγή των καυσαερίων.

29 Θερμάστρα ακτινοβολίας ανοικτής φλόγας Σε μεγαλύτερες και μόνιμες εγκαταστάσεις όπως εμπορικά καταστήματα χρησιμοποιούνται οι θερμάστρες ανοικτής φλόγας με κεραμική πλάκα Αυτά έχουν μεγαλύτερη ισχύ από τα μανιτάρια, τροφοδοτούνται μόνιμα από δίκτυο φυσικού αερίου ή υγραερίου. Χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση υπαίθριων χώρων αφού δεν έχουν απαγωγή καυσαερίων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το στέγνωμα επιχρισμάτων οικοδομικών εργασιών σε περιπτώσεις πολύ χαμηλών θερμοκρασιών.

30 Θερμάστρα ακτινοβολίας ανοικτής φλόγας Οι θερμάστρες με ανοικτή φλόγα έχουν διάτρητη κεραμική πλάκα που δημιουργεί πολλές μικρές φλόγες. Η θερμική ισχύς τους αυξάνεται με την επιφάνεια της πλάκας.

31 Σύγκριση συστημάτων θέρμανσης ενέργεια καυσίμου + ηλεκτρική ενέργεια Θάλαμος καύσης θερμική απόδοση απώλειες καυσαερίων ενέργεια καυσίμου + ηλεκτρική ενέργεια Θάλαμος καύσης θερμική απόδοση απώλειες καυσαερίων ηλεκτρική θερμικός εναλλάκτης ενέργεια καυσαέρια - νερού μεταφορά θερμικού φορέα θερμική απόδοση θερμικός εναλλάκτης νερού - αέρος θερμικές απώλειες Ακτινοβόλος σωλήνας θερμική απόδοση Θερμική άνεση τελικού καταναλωτή απώλειες ακτινοβολίας θερμική απόδοση Θερμική άνεση τελικού καταναλωτή Θέρμανση με μεταφορά αέρος Θέρμανση με ακτινοβολία

32 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε εργοστάσιο αεροπλάνων

33 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε εργοστάσιο ελικοπτέρων

34 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε γυμναστήριο

35 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε κλειστό γήπεδο

36 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε συνεργείο αυτοκινήτων

37 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε εργοστάσιο λεωφορείων

38 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε βιομηχανικό χώρο

39 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε αποθηκευτικό χώρο

40 Εφαρμογές σε υψηλούς χώρους Θέρμανση ακτινοβολίας σε βιομηχανική αποθήκη

41 Εφαρμογές σε εργαστήρια Σε μικρά εργαστήρια που έχουν σκόνη (ξυλουργεία) η θέρμανση με ακτινοβολία λύνει το πρόβλημα της επικάθησης σκόνης στο αερόθερμο και δίνει τη δυνατότητα καλύτερης εκμετάλλευσης των περιορισμένων χώρων. Θέρμανση ακτινοβολίας σε εργαστήριο

42 Εφαρμογές σε εκθεσιακούς χώρους Σεεκθεσιακούςχώρουςη θέρμανση ακτινοβολίας προσφέρει τη δυνατότητα διατήρησης της χαμηλής στάθμης θορύβου που έχουν ως απαίτηση οι χώροι αυτοί. Θέρμανση ακτινοβολίας σε έκθεση εικαστικών

43 Εφαρμογές σε θερμοκήπιο Σε θερμοκήπια η θέρμανση ακτινοβολίας προσφέρει τη δυνατότητα σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας ενώ τα καυσαέρια από τις θερμάστρες το εμπλουτίζουν με CO 2 απαραίτητο για την ανάπτυξη των φυτών Θέρμανση ακτινοβολίας σε θερμοκήπιο

44 Εφαρμογές σε εμπορικά κέντρα Σε εμπορικά κέντρα η θέρμανση ακτινοβολίας προσφέρει τη δυνατότητα σημαντικά μικρότερη κατανάλωση ενέργειας και αυτό μόνο στα επιλεγμένα σημεία που υπάρχει η ανάγκη θέρμανσης. Θέρμανση ακτινοβολίας σε εμπορικό κέντρο

45 Βιβλιογραφία Θέρμανση Υπέρυθρης Ακτινοβολίας - έκδοση Τ.Ε.Ε. του Μηχανολόγου-Ηλεκτρολόγου Μηχανικού Γ. Κοτζάμπαση Εγχειρίδια λειτουργίας συστημάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας της εταιρίας Delta Therm

46 Ευχαριστώ για την προσοχή σας