Различают два вида теплоснабжения - централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:

1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;

2. районное - ТС городского района;

3. городское - ТС города;

4. межгородское - ТС нескольких городов.

Процесс ЦТС состоит из трех операций - подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.

Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.

Различают две основные категории потребления тепла:

Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование;

Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на :

Низкопотенциальное, с температурой до 150 0 С;

Среднепотенциальное, с температурой от 150 0 С до 400 0 С;

Высокопотенциальное, с температурой выше 400 0 С.

относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 0 С (в прямом трубопроводе), минимальная - 70 0 С (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа.

В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.

Весь комплекс оборудования ис-точника теплоснабжения, тепловых сетей и абонентских установок на-зывается системой централи-зованного теплоснабже-ния.

Системы теплоснабжения клас-сифицируются по типу источника теплоты (или способу приготовле-ния теплоты), роду теплоносителя, способу подачи воды на горячее водоснабжение, числу трубопрово-дов тепловой сети, способу обеспе-чения потребителей, степени цент-рализации.

По типу источника теплоты раз-личают три вида теплоснабжения:

Централизованное теплоснабже-ние от ТЭЦ, называемое тепло-фикацией;

Централизованное теплоснабже-ние от районных или промышлен-ных котельных;

Децентрализованное теплоснаб-жение от местных котельных или индивидуальных отопительных аг-регатов.

По сравнению с централизован-ным теплоснабжением от котель-ных теплофикация имеет ряд пре-имуществ, которые выражаются в экономии топлива за счет комбини-рованной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ; в возможности широкого использова-ния местного низкосортного топли-ва, сжигание которого в котельных затруднительно; в улучшении сани-тарных условий и чистоты воздуш-ного бассейна городов и промыш-ленных районов благодаря концент-рации сжигания топлива в неболь-шом количестве пунктов, размещен-ных, как правило, на значительном расстоянии от жилых кварталов, и более рациональному использова-нию современных методов очистки дымовых газов от вредных при-месей.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения разделяются на водяные и паровые. Паровые системы распространены в основ-ном на промышленных предприя-тиях, а водяные системы применя-ются для теплоснабжения жилищ-но-коммунального хозяйства и не-которых производственных потреби-телей. Объясняется это рядом пре-имуществ воды как теплоносителя по сравнению с паром: возмож-ностью центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, меньшими энергетическими потеря-ми при транспортировке и большей дальностью теплоснабжения, отсут-ствием потерь конденсата греюще-го пара, большей комбинированной выработкой энергии на ТЭЦ, повы-шенной аккумулирующей способ-ностью.

По способу подачи воды на го-рячее водоснабжение водяные си-стемы делятся на закрытые и открытые.

В закрытых системах се-тевая вода используется только как теплоноситель и из системы не отбирается. В местные установки горячего водоснабжения поступает вода из питьевого водопровода, на-гретая в специальных водоводяных подогревателях за счет теплоты се-тевой воды.

В открытых системах се-тевая вода непосредственно посту-пает в местные установки горя-чего водоснабжения. При этом не требуются дополнительные тепло-обменники, что значительно упро-щает и удешевляет устройство або-нентского ввода. Однако потери воды в открытой системе резко возрастают (от 0,5—1 % до 20— 40 % общего расхода воды в систе-ме) и состав воды, подаваемой по-требителям, ухудшается из-за при-сутствия в ней продуктов коррозии и отсутствия биологической обра-ботки.

Достоинства закрытых систем теплоснабжения заключаются в том, что их применение обеспечи-вает стабильное качество горячей воды, поступающей в установки го-рячего водоснабжения, одинаковое с качеством водопроводной воды; гидравлическую изолированность воды, поступающей в установки го-рячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети; простоту контроля герметичности системы по величине подпитки.

Основными недостатками закры-тых систем являются усложнение и удорожание оборудования и экс-плуатации абонентских вводов из-за установки водо-водяных подо-гревателей и коррозии местных установок горячего водоснабжения вследствие использования недеаэрированной воды.

Основные достоинства открытых систем теплоснабжения заключают-ся в возможности максимального использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева большого количества подпиточной воды. Поскольку в закрытых систе-мах подпитка не превышает 1 % расхода сетевой воды, возможность утилизации теплоты сбросной и продувочной воды на ТЭЦ с закры-той системой значительно ниже, чем в открытых системах. Кроме того, в местные установки горячего водоснабжения в открытых систе-мах поступает деаэрированная во-да, поэтому они меньше подвер-жены коррозии и более долго-вечны.

Недостатками открытых систем являются : необходимость устройст-ва на ТЭЦ мощной водоподготовки для подпитки тепловой сети, что удорожает станционную водоподготовку, особенно при повышенной жесткости исходной сырой воды; усложнение и увеличение объема санитарного контроля за системой; усложнение контроля герметичности системы (поскольку величина под-питки не характеризует плотность системы); нестабильность гидравли-ческого режима сети.

По числу трубопроводов разли-чают одно-, двух- и многотрубные системы. Причем для открытой си-стемы минимальное число трубо-проводов — один, а для закры-той— два. Самой простой и перс-пективной для транспортировки теплоты на большие расстояния яв-ляется однотрубная открытая си-стема теплоснабжения. Однако об-ласть применения таких систем ог-раничена в связи с тем, что ее реа-лизация возможна лишь при усло-вии равенства расхода воды, необ-ходимого для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагруз-ки, расходу веды для горячего водоснабжения потребителей дан-ного района. Для большинства районов нашей страны расход воды на горячее водоснабжение значи-тельно меньше (в 3—4 раза) рас-хода сетевой воды на отопление и вентиляцию, поэтому в теплоснаб-жении городов преимущественное распространение получили двух-трубные системы. В двухтрубной системе тепловая сеть состоит из двух линий: подающей и обратной.

По способу обеспечения потре-бителей теплотой различают одно-
ступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одно-
ступенчатых системах потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям непосредственно. Узлы присоединения потребителей к сети
называются абонентскими вводами или местными теп-ловыми пунктами (МТП). На абонентском вводе каждого здания устанавливаются подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, контрольно-измерительные приборы и регулирующая армату-ра для изменения параметров теп-лоносителя в местных системах по-требителей.

В многоступенчатых системах между источником теплоты и по-требителями размещаются цент-ральные тепловые пункты или под-станции (ЦТП), в которых пара-метры теплоносителя изменяются в зависимости от расходования теп-лоты местными потребителями. На ЦТП размещаются центральная по-догревательная установка горячего водоснабжения, центральная смеси-тельная установка сетевой воды, подкачивающие насосы холодной водопроводной воды, авторегулирующие и контрольно-измеритель-ные приборы. Применение много-ступенчатых систем с ЦТП позво-ляет снизить начальные затраты на сооружение подогревательной ус-тановки горячего водоснабжения, насосных установок и авторегулирующйх устройств благодаря уве-личению их единичной мощности и сокращению числа элементов обо-рудования.

Оптимальная расчетная произ-водительность ЦТП зависит от планировки района, режима работы потребителей и определяется на ос-нове технико-экономических расче-тов.

По степени централизации теп-лоснабжение можно разделить на групповое — теплоснабжение группы зданий, районные - теплоснабжение нескольких групп зданий, городское - теплоснабжение нескольких районов, межгородское - теплоснабжение нескольких городов.

Устройство и конструкции тепловых сетей.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; изоляционная конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающая при его эксплуатации.

Трубы являются ответственными элементами трубопроводов и должны отвечать следующим требованием:

Достаточная прочность и герметичность при максимальных значениях давления и температуры теплоносителя,

Низкий коэффициент температурных деформации,

Обеспечивающий небольшие термические напряжение при переменном тепловом режиме тепловой сети,

Малая шероховатость внутренней поверхности,

Антикорозинная стойкость,

Высокая термическая сопротивление стенок трубы,

Способствующее сохранению теплоты и температуры теплоносителя,

Неизменность свойств материала при длительном воздействий высоких температур и давлений, простота монтажа,

Надежность соединения труб и др.

Имеющейся стальные трубы не удовлетворяют в полной мере всем предъявлемым требованиям, однако их механические свойства, простота, надежность и герметичность соединений (сваркой) обеспечили им преимущественное применение в тепловых сетях.

Трубы для тепловых сетей изготавливаются в основном из сталей марок Ст2сп, Ст3сп, 10, 20, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС.

В тепловых сетях применяются бесшовные горячекатаные и электросварные. Бесшовные горячекатаные трубы выпускаются с наружными диаметрами 32 - 426мм. Бесшовные горячекатаные электросварные трубы используется при всех способах прокладки сетей. Электросварные трубы используются при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются к использованию при канальных и надземных прокладках сетей.

Опоры . При сооружений тепловых сетей применяются опоры двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение при температурных деформациях. Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в характерных точках сети и воспринимают усилия, возникающие в месте фиксации как в радиальном, так и в осевом направлениях под действием веса, температурных деформаций и внутреннего давления.

Компенсаторы . Компенсация температурных деформации в трубопроводах производится специальными устройствами, называемыми компенсаторами. По принципу действия они разделяются на две группы:

Компенсаторы радиальные или гибкие, воспринимающие удлинения теплопровода изгибом или кручением криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

Компенсаторы осевые, в которых удлинение воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинных вставок.

Наиболее широкое применение в практике имеют гибкие компенсаторы различной конфигурации, выполненные из самого трубопровода (П - и -S-образные, лирообразные со складками и без них и т.д.). Простота устройства, надежность, отсутствия необходимости в обслуживании, разгруженность неподвижных опор - достоинство этих компенсаторов.

К недостаткам гибких компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое сопротивление, увеличенный расход труб, поперечное перемещение деформируемых участках, требующее увеличение ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций, бесканальных трубопроводов, а так же большие габариты, затрудняющие их применение в городах при насыщенности трассы городскими подземными коммуникациями.

Осевые компенсаторы выполняются скользящего типа (сальниковые) и упругими (линзовые компенсаторы).

Сальниковый компенсатор изготавливается из стандартных труб и состоит из корпуса, стакана и уплотнение. При удлинений трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая выполняется из прографиченного асбестового шнура, пропитанного маслом. Со временем набивка истирается и теряет упругость, поэтому требуется периодическая подтяжка сальника и замена набивки. От этого недостатка свободны линзовые компенсаторы, изготавливаемые из листовой стали. Линзовые компенсаторы сварного типа находят основное применение на трубопроводах низкого давления (до 0,4-0,5 МПа).

Конструктивное выполнение элементов трубопровода зависит так же от способа его прокладки, который выбирается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов.

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

(, Хабаровский центр энергоресурсосбережения)

В Хабаровске и Хабаровском крае, как и во многих других регионах Росси, преимущественно используются «открытые» системы теплоснабжения .

Под «открытой» системой в термодинамике понимается система, обменивающаяся массой с окружающей средой, т. е. «неплотная» система.

В данной публикации под «открытой» системой понимается система теплоснабжения, в которой система горячего водоснабжения (ГВС) подключена по «открытой» системе, т. е. с непосредственным водоразбором из трубопроводов системы теплоснабжения, а система отопления и вентиляции подключены по зависимой схеме присоединения к тепловым сетям.

Открытые системы теплоснабжения имеют следующие недостатки:

1. Большие расходы подпиточной воды и, следовательно, большие затраты на водоподготовку. При данной схеме теплоноситель может использоваться как продуктивно (на нужды ГВС), так и непродуктивно: несанкционированные утечки.

К несанкционированным утечкам относятся:

Утечки через запорно-регулирующую арматуру;

Утечки при повреждении трубопроводов;

Утечки через стояки системы отопления (сбросы) при разрегулированных системах отопления и при недостаточных перепадах давления на элеваторных вводах;

Утечки (сбросы) при ремонтах системы отопления, когда приходится полностью сливать воду и затем снова наполнять систему, а если выходные задвижки «не держат», то приходится «обесточивать» целый квартал или врезку.

Пример – авария в ноябре 2001 г. в Хабаровске на микрорайоне Большая – Вяземская. Чтобы провести в одной из школ ремонт системы теплоснабжения, пришлось отключить целый квартал.

2. При открытой схеме ГВС потребитель получает воду непосредственно из тепловой сети. В этом случае горячая вода может иметь температуру 90оС и более и давление 6-8 кгс/см2, что приводит не только к перерасходу тепла, но и потенциально создает опасную ситуацию как для санитарного оборудования, так и для людей.

3. Неустойчивый гидравлический режим теплопотребления (один потребитель вместо другого).

4. Плохое качество теплоносителя, который содержит большое количество механических примесей, органических соединений и растворенных газов. Это приводит к уменьшению срока эксплуатации трубопроводов систем теплоснабжения из-за повышенной коррозии и к уменьшению их пропускной способности из-за «обрастания», что нарушает гидравлический режим.

5. Невозможность, в принципе, создания комфортных условий у потребителя при использовании элеваторных систем отопления.

Необходимо ответить, что практически все тепловые пункты абонентов г. Хабаровска оборудованы элеваторным тепловым вводом.

Главное достоинство элеватора – это то, что он не потребляет энергии на свой привод. Сложилось мнение, что элеватор имеет низкий КПД, и это было бы справедливо, если для его работы необходимо было бы расходовать энергию. На самом деле для работы смешения используется разность давлений в трубопроводах системы теплоснабжения. Если бы не элеватор, то пришлось бы дросселировать поток теплоносителя, а дросселирование – это потеря энергии. Поэтому применительно к тепловым вводам, элеватор – это не насос с низким КПД, а устройство для вторичного использования энергии, затраченной на привод циркуляционных насосов ТЭЦ. Также к достоинствам элеватора можно отнести то, что для его обслуживания не требуются высококвалифицированные специалисты, так как элеватор – это простое, надежное и непритязательное в эксплуатации устройство.

Основной недостаток элеватора – это невозможность пропорционального регулирования тепловой мощности, так как при не изменяющемся диаметре отверстия соплового аппарата он имеет постоянный коэффициент смешения, а процесс регулирования предполагает возможности изменения этой величины. По этой причине на Западе элеватор отвергнут как устройство для тепловых пунктов. Отметим, что данный недостаток можно ликвидировать, если использовать элеватор с регулируемым соплом.

Однако практика использования элеваторов с регулируемым соплом показала их низкую надежность при плохом качестве сетевой воды (наличие механических примесей). Кроме того, такие устройства имеют небольшой диапазон регулирования. Поэтому в г. Хабаровске эти устройства не нашли широкого применения.

Другой недостаток элеватора – это ненадежность его работы при малом располагаемом перепаде давления. Для устойчивой работы элеватора необходимо иметь перепад давления от 120 кПа и более. Однако до настоящего времени в г. Хабаровске проектируются элеваторные узлы при перепаде давления 30-50 кПа. При таком перепаде нормальная эксплуатация элеваторных узлов, в принципе, невозможна и поэтому очень часто потребители с такими узлами работают на «сброс», что приводит к сверхнормативным потерям сетевой воды.

Применение элеваторных узлов тормозит внедрение в системах теплоснабжения энергосберегающих мероприятий, таких как комплексное автоматическое регулирование параметров теплоносителя в здании и адекватную этим задачам конструкцию системы отопления, обеспечивающих точность и стабильность комфортных условий и экономичный расход тепла.

Комплексное автоматическое регулирование включает в себя следующие базовые принципы:

регулирование в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) или автоматизированных узлах управления (АУУ), обеспечивающих в соответствии с отопительным графиком изменение температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;

индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе при помощи термостата, обеспечивающего поддержание заданной температуры в помещении.

Все вышеизложенное привело к тому, что, начиная с 2000 г., в г. Хабаровске начался масштабный переход от «открытых» зависимых систем теплоснабжения к «закрытым» независимым системам с автоматизированными тепловыми пунктами.

Реконструкция системы теплоснабжения с применением энергосберегающих мероприятий и переходом от «открытых» зависимых систем к «закрытым» независимым системам позволит:

Повысить комфортность и надежность обеспечения теплом за счет поддержания необходимой температуры в помещениях вне зависимости от погодных условий и параметров теплоносителя;

Повысит гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения: гидравлический режим магистральных тепловых сетей нормализуется вследствие того, что автоматика не допускает сверхнормативного превышения потребления тепла;

Получить экономию тепла в размере 10-15% за счет регулирования температуры теплоносителя в соответствии с температурой наружного воздуха и ночного снижения температуры в отапливаемых зданиях до 30% в переходный период отопительного сезона;

Увеличить срок эксплуатации трубопроводов системы отопления здания в 4-5 раз, вследствие того, что при независимой схеме теплоснабжения во внутреннем контуре системы отопления циркулирует чистый теплоноситель, не содержащий растворенного кислорода и поэтому отопительные приборы и подводящие трубопроводы не забиваются грязью и продуктами коррозии;

Резко уменьшить подпитку тепловых сетей и, следовательно, затраты на водоподготовку, а также повысить качество горячей воды.

Применение независимых систем теплоснабжения открывает новые перспективы в развитии внутриквартальных сетей и внутренних систем отопления: использование гибких предизолированных пластиковых распределительных трубопроводов, имеющих срок службы около 50 лет, полипропиленовых труб для внутренних систем, штампованных панельных и алюминиевых радиаторов и т. п.

Однако переход в Хабаровске к современным системам теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами поставил перед проектными и монтажными организациями, энергоснабжающей организацией, потребителями тепла ряд проблем таких как:

Отсутствие круглогодичной циркуляции теплоносителя в магистральных тепловых сетях.

Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения.

Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения.

Рассмотрим эти проблемы более подробно.

Проблема №1 Отсутствие круглогодичной циркуляции в магистральных трубопроводах тепловых сетей.

В Хабаровске магистральные трубопроводы системы теплоснабжения находятся под циркуляцией только в течение отопительного сезона: примерно с середины сентября до середины мая. В остальное время теплоноситель поступает по одному из трубопроводов: подающему или обратному, причем часть времени он подается по одному, а часть по другому трубопроводу.

Это приводит к большим неудобствам и дополнительным затратам при внедрении энергосберегающих технологий в системах теплоснабжения, в частности, в системах горячего водоснабжения (ГВС). Из-за отсутствия циркуляции в межотопительном сезоне приходится использовать смешанную «открыто-закрытую» систему ГВС: «закрытую» в отопительном сезоне и «открытую» в межотопительном сезоне, что увеличивает капитальные затраты на монтаж и оборудование теплового пункта на 0,5-3%.

Проблема №2. Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения зданий.

В доперестроечный период развития нашего государства правительством была поставлена задача по экономии металла. В связи с этим началось массовое внедрение однотрубных нерегулируемых систем отопления, что было обусловлено более низкими (по сравнению с двухтрубными) металлозатратами, затратами на монтаж и более высокой теплогидравлической устойчивостью в многоэтажных зданиях.

В настоящее время при вводе новых объектов в городах России, таких как Москва и Санкт-Петербург, а также на Украине в целях энергосбережения обязательно применение терморегуляторов перед нагревательными приборами, что фактически, за незначительным исключением, предопределяет проектирование двухтрубных систем отопления.

Поэтому широкое распространение однотрубных систем при оснащении каждого отопительного прибора термостатом потеряло смысл. В регулируемых системах отопления при установке термостата перед нагревательным прибором двухтрубная система отопления оказывается высокоэффективной и обладающей повышенной гидравлической устойчивостью. При этом расхождения по металлозатратам по сравнению с однотрубными находятся в пределах ±10%.

Следует также отметить, что за рубежом однотрубные системы отопления практически не применяются

Схемы двухтрубных систем могут быть различными, однако наиболее целесообразно применять независимую схему, так как при применении терморегуляторов (термостатов) зависимая схема ненадежна в эксплуатации из-за низкого качества теплоносителя. При незначительных отверстиях в термостатах, измеряемых миллиметрами, они быстро выходят из строя.

В предлагается применять однотрубные системы отопления с терморегуляторами только для зданий не более 3-4 этажей. Там же отмечается нецелесообразность применения в системах отопления с терморегуляторами чугунных нагревательных приборов, так как в процессе эксплуатации из них вымываются формовочная земля, песок, окалина, которые забивают отверстия терморегуляторов.

Применение независимых схем теплоснабжения открывает новые перспективы: использование полимерных или металлополимерных трубопроводов для внутренних систем, современных нагревательных приборов (алюминиевые и стальные нагревательные приборы со встроенными терморегуляторами).

Следует отметить, что двухтрубная система отопления, в отличие от однотрубной, требует обязательной наладки с использованием специального оборудования и высококвалифицированных специалистов.

Необходимо отметить, что даже при проектировании и монтаже автоматизированных тепловых пунктов с погодным регулированием в г. Хабаровске до настоящего времени проектируются и внедряются только однотрубные системы отопления без терморегуляторов перед отопительными приборами. Причем эти системы гидравлически разбалансированы, а иногда настолько (например, детский дом по ул. Ленина), что для того, чтобы поддерживать нормальную температуру в здании, концевые стояки работают «на сброс» и это при независимой схеме отопления!

Хочется верить, что недооценка важности балансировки гидравлики систем отопления связана просто с отсутствием необходимых знаний и опыта.

Если Хабаровским проектировщикам и монтажным организациям задать вопрос: «Нужно ли проводить балансировку колес автомобиля?», то последует очевидный ответ: «Несомненно!» Но почему же тогда балансировка системы отопления, вентиляции и ГВС не считается необходимым делом. Ведь неправильные расходы теплоносителя приводят к неправильным температурам воздуха в помещении, плохой работе автоматики, шумам быстрому выходу из строя насосов, неэкономичной работе всей системы.

Проектировщики полагают, что достаточно провести гидравлический расчет с подбором труб и при необходимости шайб, и проблема будет решена. Но это не так. Во-первых, расчет имеет приближенный характер, а, во-вторых, при монтаже возникает масса дополнительных неконтролируемых факторов (чаще всего монтажники просто не устанавливают дроссельные шайбы).

Существует мнение , что гидравлику систем отопления можно увязать с помощью расчета настроек термостатических клапанов. Это тоже неверно. Например, если по каким-либо причинам через стояк не проходит достаточное количество теплоносителя, то термостатические клапаны будут просто открыты, а температура воздуха в помещении при этом будет низкой. С другой стороны, при перерасходе теплоносителя может возникнуть ситуация, когда открыты форточки и термостатические клапаны. Все вышесказанное абсолютно не умаляет необходимости и важности установки перед отопительными приборами термостатических клапанов, а лишь подчеркивает, что для их хорошей работы необходима балансировка системы.

Под балансировкой системы понимается наладка гидравлики, чтобы каждый элемент системы: радиатор, калорифер, ветвь, плечо, стояк, магистраль – имели проектные расходы. При этом определение и выставление настроек термостатических клапанов является частью процесса наладки.

Как было указано выше, в г. Хабаровске проектируются и монтируются только гидравлически разбалансированные однотрубные системы отопления без термостатов.

Покажем на примерах новых, вводимых в эксплуатацию объектах к чему это приводит.

Пример 1. Детский дом №1 по ул. Ленина.

Введен в эксплуатацию в конце 2001г. Система ГВС закрытая, а система отопления однотрубная, без термостатов, подключенная по независимой схеме. Проектировал – Хабаровскгражданпроект, монтаж системы отопления и ГВС – Хабаровское монтажное управление №1. Проектирование и монтаж теплового пункта – специалисты ХЦЭС. Тепловой пункт находится на техническом обслуживании в ХЦЭС.

После запуска системы теплоснабжения выявились следующие недостатки:

Система отопления не сбалансирована. В одних помещениях наблюдался перегрев: 25-27оС, а в других недогрев: 12-14оС. Это связано с несколькими причинами:

для балансировки системы отопления проектировщики предусмотрели шайбы, а монтажники их не врезали, мотивируя это тем, что «все равно они засорятся через 2-3 недели»;

отдельные отопительные приборы выполнены без замыкающих участков, их поверхность завышена, что приводит к перегреву отдельных помещений.

Кроме того, для того чтобы обеспечить циркуляцию и нормальную температуру, в недогретых помещениях, концевые стояки работали на «сброс», что приводило к утечкам воды 20-30 т в сутки и это при независимой схеме!!!

Система приточной вентиляции не работает, а это недопустимо, так как в здании установлены термостатические окна с низкой воздухопроницаемостью.

По просьбе Заказчика специалисты ХЦЭС установили на стояках балансировочную арматуру и провели балансировку системы отопления. В результате этого температура в помещениях выровнялась и составила 20-22оС, подпитка системы сократилась до нуля, а экономия тепловой энергии составила около 30%. Наладка системы вентиляции не проводилась.

Пример 2. Институт повышения квалификации врачей.

Введен в эксплуатацию в октябре 2002 . Система ГВС закрытая, система отопления однотрубная без термостатов подключена по независимой схеме.

После запуска системы отопления были выявлены следующие недостатки: система отопления не сбалансирована, арматура для регулировки системы отсутствует (проектом даже не предусмотрены дроссельные шайбы). Температура воздуха в помещениях изменяется от 18 до 25оС, причем для того, чтобы довести температуру в угловых помещениях до 18оС пришлось увеличить расход тепла в 3 раза по сравнению с требуемым. То есть если теплопотребление здания уменьшить в три раза, то в большинстве помещений будет температура 18-20оС, но при этом в угловых помещениях температура не превысит 12оС.

Эти примеры распространяются на все вновь введенные здания с независимыми схемами отопления в г. Хабаровске: цирк и гостиница цирка (в гостинице открыты форточки (перетоп), а в закулисной части холодно (недотоп), жилые дома по ул. Фабричной, ул. Дзержинского, терапевтический корпус Железнодорожной больницы и т. д.

С проблемой №2 тесно сплетается проблема №3.

Проблема №3. Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения.

Как показывает наш трехлетний опыт, современные системы теплоснабжения зданий, выполненные с использованием энергосберегающих технологий, в процессе эксплуатации нуждаются в постоянном уходе. Для этого необходимо привлекать высококвалифицированных, специально обученных специалистов, используя специальные технологии и инструменты.

Покажем это на примерах автоматизированных тепловых пунктов внедренных в г. Хабаровске.

Пример 1. Тепловые пункты, не обслуживаемые специализированными организациями.

В 1998 г. в г. Хабаровске было введено в эксплуатацию здание Хакобанка по улице Ленинградской г. Хабаровска. Система теплоснабжения здания была спроектирована и смонтирована специалистами из Финляндии. Оборудование использовано также финское. Система отопления выполнена по независимой двухтрубной схеме с термостатами, снабжена балансировочной арматурой. Система ГВС закрытая. Обслуживалась система специалистами банка. В первые три года эксплуатации во всех помещениях поддерживалась комфортная температура. Через 3 года пошли жалобы от жильцов отдельных квартир на то, что в квартире «холодно». Жильцы обратились в ХЦЭС с просьбой обследовать систему и помочь наладить «комфортный» режим.

Обследование ХЦЭС показало: система автоматического регулирования не работает (вышел из строя погодный регулятор ECL), теплообменные поверхности теплообменника системы отопления засорились, что привело к уменьшению его теплопроизводительности примерно на 30% и разбалансировке системы отопления.

Аналогичная картина наблюдалась на жилом доме по ул. Дзержинского 4, где современная система теплоснабжения обслуживалась силами жильцов.

Пример 2. Тепловые пункты, обслуживаемые специализированными организациями.

На сегодняшний день на обслуживании в Хабаровском центре энергоресурсосбережения находится около 60 автоматизированных тепловых пунктов. Как показал наш опыт эксплуатации, в процессе обслуживания таких узлов возникают следующие проблемы:

очистка фильтров, установленных перед теплообменниками ГВС и отопления и перед циркуляционными насосами;

контроль за работой насосов и теплообменного оборудования;

контроль за работой автоматики и регулирования.

Качество теплоносителя и, даже холодной воды, в г. Хабаровске очень низкое и поэтому постоянно возникает проблема очистки фильтров, которые установлены в первичном контуре теплообменников ГВС и отопления, перед циркуляционными насосами во вторичном контуре теплообменников. Например, при запуске в эксплуатацию в отопительном сезоне 2002/03г. блока жилых домов по переулку Фабричному, в каждом из которых был смонтирован ИТП, фильтр установленный в первичном контуре теплообменника отопления пришлось промывать 1-2 раза в день в течение первых 10-ти дней после запуска и затем, в последующие две недели, не менее одного раза в 2-3 дня. На здании цирка и гостиницы цирка в отопительном сезоне 2001/02г. пришлось промывать фильтр холодной воды 1-2 раза в неделю.

Казалось бы, что очистка фильтра, установленного в первичном контуре, это рутинная операция, которую может выполнить неквалифицированный специалист. Однако, для очистки (проливки) фильтра необходимо на какое-то время остановить всю систему теплоснабжения, отключить холодную воду, отключить циркуляционный насос в системе ГВС и затем все это снова запустить. Также при отключении системы теплоснабжения для очистки фильтров желательно отключить, а потом перезапустить систему автоматики, чтобы при запуске системы теплоснабжения не возникало гидроударов. При этом если при отключении первичного контура системы ГВС не отключить вторичный контур по холодной воде, то из-за температурных расширений в теплообменнике ГВС может появиться «течь».

Вторая проблема, которая возникает в процессе эксплуатации автоматизированных тепловых пунктов – это проблема контроля за работой оборудования: насосов, теплообменников, приборов учета и регулирования.

Например, часто перед запуском после межотопительного периода циркуляционные насосы находятся в «сухом» состоянии, т. е. не заполнены сетевой водой, и их сальниковые уплотнения засыхают, а иногда даже прикипают к валу насоса. Поэтому перед запуском, чтобы избежать протечек сетевой воды через сальниковые уплотнения, необходимо насос несколько раз плавно прокрутить вручную.

Также в процессе эксплуатации необходимо периодически следить за работой регулирующих клапанов, чтобы они не работали постоянно в режиме «закрыто» или «открыто», регуляторов давления, перепада давления и т. д., кроме того необходимо следить за изменением гидравлического сопротивления и теплопередающей поверхности теплообменников.

Контролировать изменения гидравлического сопротивления и площади теплопередающей поверхности теплообменников можно регистрируя или периодически измеряя температуру теплоносителя в первичном и во вторичном контуре теплообменника и перепад давлений и расход теплоносителя в этих контурах.

Например, в отопительном сезоне 2001/02г. в гостинице цирка через месяц после начала эксплуатации резко упала температура горячей воды. Исследования показали, что в начале эксплуатации расход теплоносителя в первичном контуре системы ГВС составлял составлял 2-3 т/час, а через месяц после начала эксплуатации он составлял не более 1 т/час. Это произошло из-за того что первичный контур теплообменника ГВС оказался забит продуктами сварки (окалиной), что привело к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению площади теплопередающей поверхности. После того, как теплообменник был разобран и промыт, температура горячей воды достигла нормы.

Как показал опыт обслуживания современных систем теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами, в процессе их эксплуатации необходимо осуществлять постоянный контроль и вносить коррективы в работу систем автоматики и регулирования. В Хабаровске в последние 3-5 лет температурный график 130/70 не соблюдается: даже при температуре ниже минус 30оС температура теплоносителя на входе у абонентов не превышает 105оС. Поэтому специалисты ХЦЭС, обслуживающие автоматизированные тепловые пункты, на основе статистических наблюдений за режимом теплопотребления объектов перед началом отопительного сезона для каждого объекта вносят в контроллер свой температурный график, который затем корректируют в течение отопительного сезона.

Проблема обслуживания автоматизированных тепловых пунктов тесно связана с отсутствием достаточного количества высококвалифицированных специалистов, которых целенаправленно не готовят в пределах Дальневосточного региона. В Хабаровском центре энергоресурсосбережения обслуживанием автоматизированных тепловых узлов занимаются специалисты – выпускники кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Хабаровского государственного технического университета, прошедшие обучение на фирмах-изготовителях оборудования (Данфос, Альфа-Лаваль и т. д.).

Отметим, что ХЦЭС является региональным сервисным центром фирм-поставщиков оборудования для автоматизированных тепловых пунктов, таких как: Данфос (Дания) – поставщик контроллеров, термодатчиков, регулирующих клапанов и т. д.; Вило (Германия) - поставщик циркуляционных насосов и насосовой автоматики; Альфа-Лаваль (Швеция-Россия) – поставщик теплообменного оборудования; ТБН «Энергосервис» (Москва) – поставщик теплосчетчиков и пр.

В соответствии с соглашением о сервисном партнерстве, заключенном между ХЦЭС и фирмой Альфа-Лаваль, ХЦЭС проводит работы по обслуживанию теплообменного оборудования фирмы Альфа-Лаваль, используя для этого персонал, прошедший обучение в сервисном центре Альфа-Лаваль, и используя для этих целей только разрешенные к эксплуатации Альфа-Лаваль оригинальные запасные части и материалы.

В свою очередь Альфа-Лаваль поставило ХЦЭС оборудование, инструмент, расходные материалы и запасные части, необходимые для обслуживания пластинчатых теплообменников компании Альфа-Лаваль, провело обучение специалистов ХЦЭС в своем сервисном центре.

Это позволяет ХЦЭС осуществлять разборную и безразборную промывку теплообменников непосредственно у потребителей в г. Хабаровске.

Поэтому все вопросы, связанные с эксплуатацией и ремонтом оборудования автоматизированных тепловых пунктов, решаются на месте - в г. Хабаровске.

Отметим также, что в отличие от других фирм, занимающихся внедрением автоматизированных тепловых пунктов, ХЦЭС устанавливает более дорогое, но более надежное и более качественное оборудование (например, разборные, а не паянные теплообменники, насосы с сухим, а не мокрым ротором). Это гарантирует надежную работу оборудования в течение 8-10 лет.

Использование же дешевого, но менее качественного оборудования не гарантирует бесперебойную работу автоматизированных тепловых пунктов. Как показывает наш опыт, а также опыт других фирм , это оборудование выходит из строя, как правило, через 2-3 года и потребитель начинает ощущать тепловой дискомфорт (см., например, пример 1 из проблемы № 3).

Тепловые испытания теплообменников, проведенные в г. Санкт-Петербурге , показали:

Снижение тепловой эффективности теплообменного аппарата составляет после первого года 5%, после второго – 15%, после третьего более 25 %, после четвертого – 35 %, а после пятого – 40-45%;

Снижение теплопроизводительности аппарата и коэффициента теплопередачи связано с загрязнением поверхности теплообмена как со стороны первичного контура, так и со стороны вторичного контура; эти загрязнения проявляются в виде отложений, причем со стороны первичного контура отложения имеют коричневый цвет, а со стороны вторичного – черный;

Коричневый цвет отложений определяется в основном окислами железа, которые образуются в сетевой воде из-за коррозии внутренней поверхности трубопроводов теплотрасс; данные загрязнения со стороны первичного контура легко удаляются с помощью мягкой тряпки под струей теплой воды;

Черный цвет отложений вторичного контура определяется, в основном, органическими соединениями, которые в большом количестве находятся в воде вторичного контура, которая циркулирует по замкнутому контуру системы отопления здания и не подвергается никакой очистке; удалить отложения со стороны вторичного контура тем же способом, что и с первичного не удается, так как они являются не рыхлыми, а плотными; для очистки теплообменных пластин со стороны вторичного контура приходилось пластины замачивать в керосине на 15-20 мин., а затем они протирались со значительными усилиями влажными тряпками, смоченными в керосине;

Вследствие того, что биологические отложения, образующиеся на пластинах со стороны вторичного контура, имеют очень сильное сцепление (адгезию) с поверхностью металла, безразборная химическая промывка вторичного контура не дает удовлетворительных результатов .

Дешевое оборудование, как правило, используют те внедренческие фирмы, которые не занимаются сервисным обслуживанием внедренного ими оборудования, так как для этого требуется иметь соответствующее оборудование и материалы, а также квалифицированный персонал, т. е. вкладывать значительные средства в развитие своей производственной базы.

Поэтому потребитель находится перед выбором:

Затратить минимум капвложений и внедрить дешевое оборудование (мокророторные насосы, паяные теплообменники и т. д.), которое через 2-3 года в значительной мере утратит свои свойства или придет в полную негодность; при этом эксплуатационные затраты на ремонт и поддержание оборудования после 2-3 лет резко возрастут и могут быть того же порядка, что и первоначальные вложения;

Затратить максимум капвложений, внедрить надежное дорогостоящее оборудование (разборные теплообменники проверенных фирм, например. Альфа-Лаваль, сухороторные насосы с частотным приводом, надежную автоматику и т. д.) и за счет этого значительно снизить свои эксплуатационные расходы.

Выбор остается за потребителем, но не надо забывать, что «скупой платит дважды».

Резюмируя вышеизложенное можно сделать следующие выводы:

1. В Хабаровске в последние 2-3 года начался процесс перехода с устаревших «открытых» систем к современным «закрытым» системам теплоснабжения с внедрением энергосберегающих технологий. Однако чтобы ускорить этот процесс и сделать его необратимым, необходимо:

1.1. Переломить психологию Заказчиков, проектировщиков, монтажников и эксплуатационников, которая заключается в следующем: проще и дешевле внедрять устаревшие традиционные схемы теплоснабжения с однотрубными системами отопления и элеваторными узлами, которые не нуждаются в обслуживании и регулировке, чем создавать себе дополнительную боль и финансовые затруднения, переходя к современным системам теплоснабжения с системами автоматики и регулирования. То есть построить объект с минимумом капитальных затрат, затем передать его, например, муниципалитету, который должен будет выискивать средства на эксплуатацию этого объекта. В результате крайним снова окажется потребитель (гражданин), который будет потреблять «ржавую» воду из системы теплоснабжения, мерзнуть зимой от недотопа и страдать от жары в переходный период (октябрь, апрель) при перетопе, осуществляя форточное регулирование, что приводит к простудным заболеваниям из-за сквозняков.

1.2. Создать специализированные организации, которые бы занимались всей цепочкой: от проектирования и монтажа до пусконаладки и обслуживания современных систем теплоснабжения. Для этой цели необходимо проводить целенаправленную работу по подготовке специалистов в области энергосбережения.

2. При проектировании этих систем необходимо тесно увязывать между собой все элементы систем теплоснабжения: отопление, вентиляцию и ГВС, учитывая не только требования СНиПов и СП, но и рассматривая их под углом с точки зрения эксплуатационников.

3. В отличие от устаревших, традиционных систем, современные системы нуждаются в обслуживании, которое могут осуществлять только специализированные организации, имеющие специальное оборудование и высококвалифицированных специалистов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. О практике применения двухтрубных систем отопления// Инженерные системы. АВОК. Северо-Запад, №3, 2002г.

2. Лебедев гидравлики систем ОВК// АВОК, №5, 2002г.

3. Иванов эксплуатации пластинчатых подогревателей в условиях г. Санкт-Петербурга// Новости теплоснабжения, №5, 2003г.

Правильный выбор, грамотное проектирование и качественный монтаж системы отопления – залог тепла и уюта в доме в течение всего отопительного сезона. Обогрев должен быть качественным, надежным, безопасным, экономичным. Чтобы правильно подобрать систему отопления, необходимо ознакомиться с их видами, особенностями монтажа и работы нагревательных приборов. Важно также учитывать доступность и стоимость топлива.

Типы современных систем отопления

Системой отопления называют комплекс элементов, используемых для обогрева помещения: источник тепла, трубопроводы, нагревательные приборы. Тепло передается с помощью теплоносителя – жидкой или газообразной среды: воды, воздуха, пара, продуктов сгорания топлива, антифриза.

Системы отопления зданий необходимо подбирать так, чтобы добиться максимально качественного обогрева с сохранением комфортной для человека влажности воздуха. В зависимости от вида теплоносителя различают такие системы:

• воздушные;
• водяные;
• паровые;
• электрические;
• комбинированные (смешанные).

Нагревательные приборы системы отопления бывают:

• конвективные;
• лучистые;
• комбинированные (конвективно-лучистые).

Схема двухтрубной отопительной системы с принудительной циркуляцией

В качестве источника тепла могут использоваться:

• уголь;
• дрова;
• электричество;
• брикеты – торфяные или дровяные;
• энергия солнца или других альтернативных источников.

Воздух нагревается непосредственно от источника тепла без использования промежуточного жидкого или газообразного теплоносителя. Системы применяют для обогрева частных домов небольшой площади (до 100 м.кв.). Установка отопления этого типа возможна как при возведении здания, так и при реконструкции уже существующего. В качестве источника тепла служит котел, ТЭН или газовая горелка. Особенность системы заключается в том, что она является не только отопительной, но и вентиляционной, поскольку нагревается внутренний воздух в помещении и свежий, поступающий снаружи. Воздушные потоки поступают через специальную заборную решетку, фильтруются, нагреваются в теплообменнике, после чего проходят через воздуховоды и распределяются в помещении.

Регулировка температуры и степени вентиляции осуществляется с помощью термостатов. Современные термостаты позволяют заранее задавать программу изменений температуры в зависимости от времени суток. Системы функционируют и в режиме кондиционирования. В этом случае воздушные потоки направляются через охладители. Если нет необходимости в обогреве или охлаждении помещения, система работает как вентиляционная.

Схема устройства воздушного отопления в частном доме

Установка воздушного отопления обходится относительно дорого, но его преимущество в том, что нет необходимости прогревать промежуточный теплоноситель и радиаторы, за счет чего экономия топлива составляет не менее 15%.

Система не замерзает, быстро реагирует на изменения температурного режима и прогревает помещения. Благодаря фильтрам воздух в помещения поступает уже очищенным, что снижает количество болезнетворных бактерий и способствует созданию оптимальных условий для поддержания здоровья проживающих в доме людей.

Недостаток воздушного отопления – пересушивание воздуха, выжигание кислорода. Проблема легко решается, если установить специальный увлажнитель. Система может быть усовершенствована с целью экономии и создания более комфортного микроклимата. Так, рекуператор подогревает поступающий воздух, за счет выводимого наружу. Это позволяет сократить энергозатраты на его подогрев.

Возможна дополнительная очистка и дезинфекция воздуха. Для этого, помимо механического фильтра, входящего в комплектацию, устанавливают электростатические фильтры тонкой очистки и ультрафиолетовые лампы.

Воздушное отопление с дополнительными приборами

Водяное отопление

Это замкнутая система отопления, в качестве теплоносителя в ней используется вода или антифриз. Вода подается по трубам от источника тепла к радиаторам отопления. В централизованных системах температура регулируется на тепловом пункте, а в индивидуальных – автоматически (с помощью термостатов) или вручную (кранами).

Виды водяных систем

В зависимости от типа присоединения нагревательных приборов системы делят на:

• однотрубные,
• двухтрубные,
• бифилярные (двухтопочные).

По способу разводки различают:

• верхнюю;
• нижнюю;
• вертикальную;
• горизонтальную системы отопления.

В однотрубных системах подключение отопительных приборов последовательное. Чтобы компенсировать потерю тепла, которая происходит при последовательном прохождении воды из одного радиатора в другой, применяют отопительные приборы с различной поверхностью теплоотдачи. Например, могут быть использованы чугунные батареи с большим количеством секций. В двухтрубных применяют схему параллельного подключения, что позволяет устанавливать одинаковые радиаторы.

Гидравлический режим может быть постоянным и изменяемым. В бифилярных системах отопительные приборы соединены последовательно, как в однотрубных, но условия теплопередачи радиаторов такие же, как в двухтрубных. В качестве отопительных приборов используются конвекторы, стальные или чугунные радиаторы.

Схема двухтрубного водяного отопления загородного дома

Преимущества и недостатки

Водяной обогрев широко распространен благодаря доступности теплоносителя. Еще одно преимущество – возможность обустроить систему отопления своими руками, что немаловажно для наших соотечественников, привыкших полагаться только на собственные силы. Впрочем, если бюджет позволяет не экономить, проектирование и монтаж отопления лучше доверить специалистам.

Это избавит от многих проблем в будущем – протечек, прорывов и т.п. Недостатки – замерзание системы при отключении, длительное время прогрева помещений. Особые требования предъявляют к теплоносителю. Вода в системах должна быть без посторонних примесей, с минимальным содержанием солей.

Для разогрева теплоносителя может использоваться котел любого типа: на твердом, жидком топливе, газе или электричестве. Чаще всего используют газовые котлы, что предполагает подключение к магистрали. Если такой возможности нет, то обычно устанавливают твердотопливные котлы. Они более экономичны, чем конструкции, работающие на электричестве или жидком топливе.

Обратите внимание! Специалисты рекомендуют подбирать котел из расчета мощности 1 кВт на 10 м.кв. Эти показатели – ориентировочные. Если высота потолков более 3 м, в доме большие окна, есть дополнительные потребители или помещения недостаточно хорошо теплоизолированы, все эти нюансы обязательно нужно учесть в расчетах.

Закрытая система отопления дома

В соответствии со СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», использование паровых систем запрещено в жилых и общественных зданиях. Причина – небезопасность этого вида обогрева помещений. Отопительные приборы разогреваются почти до 100°C, что может стать причиной ожогов.

Монтаж сложный, требует навыков и специальных знаний, при эксплуатации возникают сложности с регулированием теплоотдачи, при заполнении системы паром возможен шум. На сегодня паровое отопление используют ограничено: в производственных и нежилых помещениях, в пешеходных переходах, тепловых пунктах. Его преимущества – относительная дешевизна, низкая инерционность, компактность отопительных элементов, высокая теплоотдача, отсутствие теплопотерь. Все это обусловило популярность парового обогрева до середины ХХ века, позже его вытеснило водяное. Однако на предприятиях, где пар используют для производственных нужд, он все еще широко применяется и для обогрева помещений.

Котел для парового отопления

Электрическое отопление

Это надежный и наиболее простой в эксплуатации вид отопления. Если площадь дома не более 100 м, электричество – неплохой вариант, однако обогрев большей площади экономически не выгоден.

Электрическое отопление может использоваться как дополнительное на случай отключения или ремонта основной системы. Также это хорошее решение для загородных домов, в которых владельцы проживают лишь периодически. Как дополнительные источники тепла применяются электрические тепловентиляторы, инфракрасные и масляные обогреватели.

В качестве отопительных приборов используются конвекторы, электрокамины, электрокотлы, силовые кабели теплого пола. Каждый тип имеет свои ограничения. Так, конвекторы неравномерно прогревают помещения. Электрокамины больше пригодны в качестве декоративного элемента, а работа электрокотлов требует значительных энергозатрат. Теплый пол монтируют с заблаговременным учетом плана расстановки мебели, потому что при ее перемещении возможно повреждение силового кабеля.

Схема традиционного и электрического отопления зданий

Инновационные системы отопления

Отдельно следует упомянуть об инновационных системах отопления, приобретающих все большую популярность. Наиболее распространены:

• инфракрасные полы;
• тепловые насосы;
• солнечные коллекторы.

Инфракрасные полы

Эти системы обогрева лишь недавно появились на рынке, но уже стали довольно популярными благодаря эффективности и большей экономичности, чем привычное электрическое отопление. Теплые полы работают от электросети, их устанавливают в стяжку или плиточный клей. Нагревательные элементы (карбон, графит) излучают волны инфракрасного спектра, которые проходят через напольное покрытие, разогревают тела людей и предметы, от них в свою очередь нагревается воздух.

Саморегулирующиеся карбоновые маты и пленку можно монтировать под ножками мебели, не боясь повреждений. «Умные» полы регулируют температуру благодаря особому свойству нагревательных элементов: при перегреве расстояние между частицами увеличивается, растет сопротивление – и температура снижается. Энергозатраты относительно невелики. При включении инфракрасных полов потребляемая мощность составляет порядка 116 Ватт на метр погонный, после прогрева снижается до 87 Ватт. Контроль за температурой обеспечивается за счет термогуляторов, что снижает затраты энергии на 15-30%.

Инфракрасные карбоновые маты удобны, надежны, экономичны, просты в монтаже

Тепловые насосы

Это устройства для переноса тепловой энергии от источника к теплоносителю. Сама по себе идея теплонасосной системы не нова, ее предложил лорд Кельвин еще в 1852 г.

Принцип работы: геотермальный тепловой насос забирает тепло из окружающей среды и передает ее в систему отопления. Системы также могут работать и для охлаждения зданий.

Принцип работы теплового насоса

Различают насосы с открытым и закрытым циклом. В первом случае установки забирают воду из подземного потока, передают в систему обогрева, отбирают тепловую энергию и возвращают к месту забора. Во втором – по специальным трубам в водоеме прокачивается теплоноситель, который передает/забирает тепло у воды. Насос может использовать тепловую энергию воды, земли, воздуха.

Преимущество систем – можно устанавливать в домах, не подключенных к газоснабжению. Тепловые насосы сложны и дороги в установке, зато позволяют экономить на энергозатратах при эксплуатации.

Тепловой насос предназначен для использования тепла окружающей среды в системах обогрева

Солнечные коллекторы

Солнечные установки представляют собой системы для сбора тепловой энергии Солнца и передачи ее теплоносителю

В качестве теплоносителя может быть использованы вода, масло или антифриз. В конструкции предусмотрены дополнительные электрические нагреватели, которые включаются, если КПД солнечной установки снижается. Существует два основных типа коллекторов – плоские и вакуумные. В плоских установлен абсорбер с прозрачным покрытием и теплоизоляцией. В вакуумных это покрытие многослойное, в герметично закрытых коллекторах создается вакуум. Это позволяет нагревать теплоноситель до 250-300 градусов, в то время как плоские установки способны нагреть его лишь до 200 градусов. К преимуществам установок следует отнести простоту монтажа, небольшую массу, потенциально высокую эффективность.

Впрочем, есть одно «но»: эффективность работы солнечного коллектора слишком сильно зависит от разности температур.

Солнечный коллектор в системе горячего водоснабжения и отопления дома Сравнение систем отопления показывает, что не существует идеального способа обогрева

Наши соотечественники по-прежнему чаще всего отдают предпочтение водяному отоплению. Обычно сомнения возникают лишь в том, какой конкретно источник тепла выбрать, как лучше осуществить подключение котла к системе отопления и т.п. И все же готовых рецептов, подходящих абсолютно всем, не существует. Необходимо тщательно взвесить плюсы и минусы, учесть особенности здания, для которого подбирается система. Если есть сомнения, следует проконсультироваться со специалистом.

Видео: виды систем отопления

> Документация Современные системы теплоснабжения (стс) представляют собой достаточно сложные технические системы со значительным количеством разнообразных по своему функциональному назначению элементов. характерным. В работе выбраны основные показатели систем теплоснабжения и газоснабжения, которые позволили обосновать оптимальные схемы теплоснабжения микрорайона. Приведен анализ основных факторов, влияющих на работу системы теплоснабжения. Приводятся рекомендации по выбору оптимальной системы теплоснабжения. Россия получила в наследство от СССР высокий уровень централизации теплоснабжения. При этом обеспечивалась комбинированная выработка теплоты и электричества. Эффективно очищались и рассеивались продукты сгорания. Но в то же время существующие централизованные системы теплоснабжения обладают существенными недостатками. Это перегрев зданий в переходный период, большие потери теплоты трубами, отключение потребителей на время проведения профилактических работ. Состояние систем теплоснабжения в России является критическим. Число аварий на сетях теплоснабжения возросло в пять раз по сравнению с 1991 г. (2 аварии на 1 км тепловых сетей). Из 136 тысяч км тепловых сетей 29 тысяч км находятся в аварийном состоянии. Потери теплоты при транспортировании теплоносителя достигают 65 %. То есть каждая пятая тонна условного топлива идет на обогрев атмосферы и грунта. Сокращение финансирования и плохое качество перекладки ухудшают ситуацию. Существует противоречие, которое заключается в том, что производители сверхнормативные потери теплоты включают в тарифы и требуют оплаты по произведенной, а не по потребляемой теплоте. Кроме того, потребители должны платить по площади отапливаемого помещения, то есть независимо от количества и качества теплоносителя. В настоящее время крайне велик интерес к децентрализованному теплоснабжению. Это связано с появлением на рынке большого разнообразия малых автоматизированных котлов зарубежного и отечественного производства, работающих в автоматическом режиме и потому, что в качестве топлива в таких системах используется газ. При таких условиях они становятся конкурентоспособными с централизованными источниками, которыми являются ТЭЦ и большие котельные. В России эксплуатируются несколько десятков многоэтажных домов с поквартирным отоплением до пяти этажей. Этажность ограничена действующими строительными нормами. В порядке эксперимента Госстрой и ГУПО МВД РФ разрешили строительство 9-14-этажных домов с поквартирным отоплением в Смоленской, Московской, Тюменской, Саратовской областях. При эксплуатации настенных котлов с закрытой топкой поступление воздуха должно быть обеспечено не только на горение, но и на 3-хкратный воздухообмен в помещении кухни, где, как правило, их устанавливают. Дымоудаление при поквартирном теплоснабжении связано с устройством наружных и внутренних газоходов из коррозионно-стойкого металла с теплоизоляцией, исключающей конденсацию при периодической работе теплогенераторов в переходный период отопительного сезона. В высотных зданиях возникают проблемы с тягой на нижних этажах (самая большая тяга) и верхних (слабая тяга) этажах. При использовании децентрализованного теплоснабжения подвалы и лестничные марши не отапливаются, что приводит к промерзанию фундамента и снижению срока службы здания в целом. Жители квартир, находящихся в центральной части, могут греться за счет владельцев окружающих квартир. Создается определенный тип «энергопаразитов». Экологические параметры настенных котлов находятся в норме, и показатель эмиссии NOx лежит в пределах от 30 до 40 мг/(кВт ч). В то же время настенные котлы имеют рассредоточенные в жилом районе выбросы продуктов сгорания при относительно низкой высоте дымовых труб, что оказывает существенное влияние на экологическую ситуацию, загрязняя воздух в жилом районе. В связи с перечисленными выше недостатками и преимуществами систем централизованного и автономного теплоснабжения сразу же возникает вопрос: где и в каких случаях наиболее целесообразно автономное теплоснабжение, а в каких централизованное? После сбора всей необходимой информации выполнено сравнение четырех вариантов систем теплоснабжения на примере микрорайона Куркино г. Москвы. При этом во всех квартирах устанавливаются электрические плиты. I вариант - централизованное теплоснабжение от котельных. II вариант - централизованное теплоснабжение от АИТ (автономных источников теплоты). III вариант - децентрализованное теплоснабжение от крышных котельных. IV вариант - поквартирное теплоснабжение. В первом варианте разработана система централизованного теплоснабжения, где источником теплоты является котельная, от которой предусмотрена двухтрубная прокладка тепловых сетей до ЦТП, и после ЦТП четырехтрубная на отопление и горячее водоснабжение. В этом случае подача газа осуществляется к котельной. В четвертом варианте в квартире устанавливается местный источник теплоты, который обеспечивает подачу теплоносителя в системы отопления и горячего водоснабжения. В этой схеме предложена 2-хступенчатая система подачи газа. 1–я ступень – газопровод среднего давления, который прокладывается внутри квартала (в каждом доме устанавливается шкафной регуляторный пункт). 2–я ступень – внутридомовые газопроводы низкого давления (газ подводится только к местному источнику теплоты). Второй и третий варианты являются промежуточными между первым и четвертым. Во втором случае в качестве источника теплоты используются АИТ (Автономный Источник Теплоты), от которых предусмотрена двухтрубная прокладка от АИТ до ИТП (Индивидуального Теплового Пункта), а от ИТП – четырехтрубная на отопление и горячее водоснабжение. В этом случае предусматривается подача газа к АИТ (автономным источникам теплоты) по газопроводам среднего давления. В третьем случае в качестве источника теплоты используются крышные котельные сравнительно малой мощности (от 300 до 1000 кВт), которые располагаются непосредственно на крыше здания и удовлетворяют потребность в теплоте на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Газопровод к котельной подводится по наружной стене здания открыто в местах, удобных для обслуживания и исключающих возможность его повреждения. Варианты систем теплоснабжения представлены на рис. 1. Технические решения по теплоснабжению на базе нескольких вариантов должны приниматься на основе технико-экономических расчетов, оптимальный вариант которых находится путем сравнения возможных решений . Наиболее дорогостоящим вариантом теплоснабжения является первый - централизованное теплоснабжение от котельной. При такой системе большая часть затрат приходится на тепловые сети с учетом ЦТП, что составляет 63,8 % от общей стоимости системы в целом. Из них на прокладку только тепловых сетей приходится 84,5 %. Затраты на сам источник теплоты – 34,7 %, на долю газовых сетей с учетом ГРП и ГРПШ приходится 1,6 % от общей суммы на систему. Четвертый вариант (с поквартирным теплоснабжением) всего на 4,2 % дешевле первого (рис. 2). Значит, их можно принять как взаимозаменяемые. Если в первом варианте большую часть затрат составляют тепловые сети, то при поквартирном теплоснабжении – источник теплоты, то есть настенные котлы – 62,14 % от общей стоимости системы в целом. Кроме этого при поквартирном теплоснабжении увеличиваются затраты на прокладку газовых сетей. Стоит обратить внимание на два других варианта. Это крышные котельные и АИТ. С точки зрения экономики наиболее выгодным является второй вариант, то есть централизованное теплоснабжение от АИТ (автономных источников теплоты). В данном варианте большая часть затрат приходится на тепловые сети с учетом ИТП, что составляет 67,3 % от общей стоимости системы в целом. Из них на сами тепловые сети приходится 20,3 %, остальные 79,7 % - на ИТП. Затраты на источник теплоты составляют 26 %, на долю газовых сетей с учетом ГРП и ГРПШ приходится 6,7 % от общей суммы на систему. Затраты на прокладку труб системы теплоснабжения зависят от протяженности тепловых сетей. Следовательно, приближение источника теплоты, работающего на газе, к потребителю путем устройства пристроенных, встроенных, крышных и индивидуальных теплогенераторов значительно снизит затраты на систему. Кроме этого статистика говорит о том, что большая часть отказов системы централизованного теплоснабжения приходится на тепловые сети, а значит, сокращение протяженности тепловых сетей повлечет за собой повышение надежности системы теплоснабжения в целом . Поскольку теплоснабжение в России имеет большое социальное значение, повышение его надежности, качества и экономичности является важнейшей задачей. Любые сбои в обеспечении населения и других потребителей тепловой энергией негативным образом воздействуют на экономику страны и усиливают социальную напряженность. При сложившейся напряженной ситуации необходимо производить внедрения ресурсосберегающих технологий. Кроме этого, для повышения надежности прокладываемых теплопроводов необходимо применять предварительно изолированные трубы бесканальной прокладки с пенопололиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке («труба в трубе»). Сутью реформы жилищно-коммунального хозяйства должно стать не повышение тарифов, а регулирование прав и обязанностей потребителя и производителя теплоты. Необходимо согласовать нормативно-правовые вопросы и разработать базу технологического регулирования. Должны быть созданы все условия экономической привлекательности для инвестиций. Рис. 1. Принципиальные схемы систем теплоснабжения Рис. 2. График приведенных затрат Литература 1. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции: Учеб. для вузов / Л. Д. Богуславский, А. А. Симонова, М. Ф. Митин. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1988. - 351 с. 2. Ионин А. А. и др. Теплоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. - с. 336. Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», 23 – 25 ноября 2005, МГСУ В статье рассмотрены вопросы оптимизации параметров функционирования системы теплоснабжения с использованием эксергетических методов. К таким методам относится метод термоэкономики, в котором сочетаются и термодинамические, и экономические составляющие анализа систем. Полученные в результате применения указанного метода модели позволяют получить оптимальные параметры функционирования системы теплоснабжения в зависимости от внешних воздействий. Современные системы теплоснабжения (СТС) представляют собой достаточно сложные технические системы со значительным количеством разнообразных по своему функциональному назначению элементов. Характерным для них является общность ехнологического процесса получения пара или горячей воды на котельной за счет энергии, выделяемой при сжигании органического топлива. Это позволяет в различных экономико-математических моделях учитывать только конечный результат работы СТС – подачу к потребителю теплоты Qпот в тепловых или стоимостных показателях, а в качестве главных факторов, определяющих величину Qпот, считать затраты на производство и транспортирование теплоты: расход на топливо, электроэнергию и другие материалы, заработную плату, амортизацию и ремонт оборудования и пр. Обзор методов термодинамического анализа позволяет сделать вывод, что оптимизацию параметров функционирования СТС целесообразно проводить с использованием эксергетических методов. К таким методам относится метод термоэкономики, в котором удачно сочетаются и термодинамические, и экономические составляющие анализа СТС. Основной идеей метода термоэкономики является использование для оценки изменений, происходящих в энергетической системе, некоторой обобщенной термодинамической характеристики, обеспечивающей получение конечного полезного эффекта. Учитывая, что в СТС энергия может передаваться как в форме теплоты, так и в форме механической работы, в качестве обобщенной термодинамической характеристики выбрана эксергия . Под эксергией теплоты следует понимать работу, которая может быть получена в обратимом прямом цикле при переходе некоторого количества теплоты Qh от греющего источника с температурой Th к окружающей среде с температурой Toc : где hT - термический КПД прямого обратимого цикла. При использовании термоэкономического метода анализируются изменения, происходящие с основным потоком эксергии, обеспечивающим получение полезного конечного эффекта (в случае анализа СТС - эксергии воздуха в помещении). При этом рассматриваются и учитываются потери эксергии, возникающие при передаче и преобразовании энергии в отдельных элементах СТС, а также экономические затраты, связанные с эксплуатацией соответствующих элементов СТС, наличие которых определяется выбранной схемой. Анализ изменений, претерпеваемых только основным потоком эксергии, обеспечивающим получение полезного конечного эффекта, дает возможность представить термоэкономическую модель СТС в виде ряда отдельных зон, соединенных последовательно. Каждая зона представляет собой группу элементов, обладающих относительной самостоятельностью в рамках системы. Такое линеаризованное представление технологической схемы СТС значительно упрощает все дальнейшие расчеты за счет исключения из рассмотрения отдельных технологических связей. Таким образом, метод термоэкономики, включающий термоэкономическую модель СТС, позволяет оптимизировать параметры функционирования СТС. На основе метода термоэкономики разрабатывается термоэкономическая модель СТС, принципиальная схема которой показана на рис. 1, где система водяного отопления с искусственной циркуляцией воды присоединяется к тепловой сети по независимой схеме. Рис. 1. Принципиальная схема СТС На рис. 1 обозначены элементы СТС, учитываемые при разработке модели: 11 - насос (компрессор) с электродвигателем для подачи топлива в котлоагрегат; 12 – теплообменный аппарат (котел); 13 – сетевой насос с электродвигателем для обеспечения циркуляции воды в теплосети; 14 - подающий теплопровод; 15 - обратный теплопровод; 211 – водоводяной теплообменник местного теплового пункта; 221 – циркуляционный насос местной системы отопления с электродвигателем; 212 – подогреватель сырой воды; 222 – насос исходной воды с электродвигателем; 232 – подпиточный насос с электродвигателем; 31 - отопительные приборы. При построении термоэкономической модели СТС в качестве целевой функции используется функция энергетических затрат. Энергетические затраты, непосредственно связанные с термодинамическими характеристиками системы, определяют с учетом эксергии стоимость всех потоков вещества и энергии, поступающих в рассматриваемую систему. Кроме того, для упрощения получаемых выражений сделаны следующие допущения: · не учитывается изменение потерь давления в теплопроводах при транспортировке теплоносителя. Потери давления в трубах и теплообменных аппаратах считаются постоянными и не зависящими от режима работы; · потери эксергии, происходящие во вспомогательных теплопроводах (трубах в котельной) и теплопроводах системы отопления (внутренних трубах) в результате теплообмена теплоносителя с окружающей средой, считаются постоянными, не зависящими от режима работы СТС; · потери эксергии, вызванные утечками воды из сети, считаются постоянными, не зависящими от режима работы СТС; · не учитывается теплообмен рабочего тела с окружающей средой, происходящий в котле, баках различного назначения (декарбонизаторах, баках-аккумуляторах) и теплообменных аппаратах через их наружную поверхность, омываемую воздухом; · нагрев теплоносителя за счет передачи ему дополнительной теплоты дымовых газов, также как и подогрев воздуха, поступающего в топку, теплотой уходящих газов, в рассматриваемом случае не оптимизируются. Считается, что основная часть теплоты дымовых газов используется для подогрева питательной или сетевой воды в экономайзере. Оставшаяся часть теплоты дымовых газов выбрасывается в атмосферу, при этом температура уходящих дымовых газов Туг в установившемся режиме работы котлоагрегата принимается равной 140 °С; · не учитывается нагрев перекачиваемой воды в насосах. Учитывая изложенные исходные положения и сделанные допущения, термоэкономическая модель СТС, принципиальная схема которых приведена на рис. 1, может быть представлена в виде трех последовательно соединенных зон, изображенных на рис. 2 и ограниченных контрольной поверхностью. Зона 1 объединяет насос (компрессор) с электродвигателем для подачи топлива в котлоагрегат 11, теплообменный аппарат (котел) 12, сетевой насос с электродвигателем для подачи теплоносителя потребителям 13, подающий 14 и обратный 15 теплопроводы. В зону 2(1) входит водоводяной теплообменник местного теплового пункта 211 и циркуляционный насос с электродвигателем 221, а в зону 2(2) – подогреватель сырой воды 212, насос сырой воды с электродвигателем 222 и подпиточный насос с электродвигателем 232. Зоны 2(1) и 2(2) представляют собой параллельное соединение отдельных элементов термоэкономической модели многоцелевой СТС, обеспечивающей подвод теплоты к объектам с различной температурой. В зону 3 входят отопительные приборы 31. От внешнего источника через контрольную поверхность к различным зонам термоэкономической модели СТС подводится эксергия: е11 - для привода электродвигателя топливного насоса (компрессора); е13 - для привода электродвигателя сетевого насоса; е22(1) - для привода электродвигателя циркуляционного насоса; е22(2) - для привода электродвигателя насоса сырой воды; е23(2) - для привода электродвигателя подпиточного насоса. Цена эксергии, подводимой от внешнего источника, т. е. электрической энергии, известна и равна Цэл. Равенство электрической энергии и эксергии объясняется тем, что электрическая энергия может быть полностью превратима в любой другой вид энергии . От внешнего источника подводится топливо, расход которого равен vт, а цена Цт. Так как в процессе функционирования СТС основное место занимают тепловые процессы, то в качестве оптимизируемых переменных используются такие, которые позволяют разработать термоэкономическую модель СТС и обеспечивают сравнительно простое определение температурных условий протекания процессов, имеющих место в СТС. При решении задачи статической оптимизации СТС с учетом сделанных допущений и принятых обозначений величина энергетических затрат, включающих затраты на электрическую энергию и топливо, определяется по зависимости: где t - время работы СТС. Расход электрической энергии на привод двигателей насосов и расход топлива зависят от режима работы СТС, а значит, от температурных напоров в теплообменных аппаратах, температуры уходящих газов и интервала изменения температуры теплоносителя. Поэтому правая часть выражения (2) является функцией выбранных оптимизируемых переменных. Следовательно, величина энергетических затрат является функцией нескольких переменных, экстремальное значение которой определяется при условии равенства нулю частных производных функции энергетических затрат по оптимизируемым переменным. Такой подход справедлив, если все оптимизируемые переменные рассматриваются как независимые и задача сводится к определению безусловного экстремума. В действительности эти переменные связаны между собой. Получение аналитических выражений, описывающих взаимосвязь между всеми оптимизирующими переменными, представляется достаточно сложной задачей. В то же время применение в ходе исследований метода термоэкономики позволяет упростить эту задачу. Как показано на рис. 2, термоэкономическая модель СТС представлена в виде ряда последовательно соединенных зон, что позволяет выразить эксергию, подводимую к каждой из зон, в виде функциональных зависимостей от потока эксергии, выходящего из рассматриваемой зоны, и воздействующих на эту зону оптимизируемых переменных. С учетом сказанного, количество эксергии, подводимой к различным элементам СТС от внешнего источника ej (см. рис. 2), и объемный расход топлива vт, могут быть в общем виде представлены следующим образом: Уравнения, входящие в систему (4), относятся к разным зонам термоэкономической модели, связь между которыми осуществляется основным потоком эксергии. Поток эксергии, связывающий отдельные зоны, представлен в виде функциональной зависимости от выходящего из зоны потока эксергии и воздействующих на рассматриваемую зону оптимизируемых переменных: В выражениях (4) и (5) ej - означает количество эксергии, а Ej - функцию, описывающую его изменение. Наличие связей между оптимизируемыми переменными заставляет рассматривать оптимизацию величины энергетических затрат как задачу оптимизации функции нескольких переменных при наличии ограничений типа равенств (уравнений связи), т. е. как задачу нахождения условного экстремума. Задачи, связанные с нахождением условного экстремума, могут быть решены с помощью метода неопределенных множителей Лагранжа. Применение метода неопределенных множителей Лагранжа сводит задачу нахождения условного экстремума исходной функции энергетических затрат (1) к задаче отыскания безусловного экстремума новой функции – лагранжиана. С учетом приведенных выше систем уравнений (4) и (5) выражение лагранжиана для рассматриваемой задачи оптимизации параметров функционирования СТС записывается следующим образом: При сравнении выражения для энергетических затрат (2) и для лагранжиана (6) с учетом зависимостей (4) и (5) можно убедиться в их полной тождественности. Для нахождения условий экстремума должны быть взяты частные производные от функции Лагранжа (6) по всем переменным (как оптимизируемым, так и дополнительным, которые вводятся уравнениями связи) и приравнены нулю. Частные производные по потокам эксергии, связывающим отдельные зоны термоэкономической модели ej, позволяют вычислить значения множителей Лагранжа lj. Так, частная производная по e2(1) имеет следующий вид: Система уравнений (8) устанавливает связь между диссипацией энергии и энергетическими затратами в каждой зоне термоэкономической модели при определенных значениях экономических показателей Цэл, Цт, l2(1), l2(2), l3. Величины l2(1), l2(2), l3 в общем случае выражают собой скорость изменения энергетических затрат при изменении количества эксергии или другими словами – цену единицы эксергии, выходящей из каждой зоны термоэкономической модели. Решение системы (8) с учетом уравнений (7) позволяет определить необходимые условия для нахождения минимума лагранжиана (6). Для решения систем уравнений (7) и (8) выражения (4) и (5), записанные в общем виде, необходимо представить в виде развернутых аналитических соотношений, являющихся составляющими математического описания процессов, происходящих в отдельных элементах СТС. Литература Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. Под. ред. В. М. Бродянского - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288 с.

Как улучшить показатели отопительной системы и сделать ее обслуживание более комфортным для собственника частного дома. Для решения этой задачи необходимо знать новые тенденции и разработки в области теплоснабжения. Все современные системы отопления частного дома должны быть не только удобны, но и иметь оптимальные эксплуатационные характеристики.

Требования к современному отоплению дома

Назначение любого теплоснабжения – поддержание комфортного уровня температуры в помещении. Однако помимо этого современное отопление частного дома должно отвечать целому ряду дополнительных требований.

Прежде всего – это максимальная безопасность для проживающих в доме. Т.е. никакой элемент теплоснабжения или его работа не должны нанести вред человеку. В особенности это относится к относительно новым полимерным материалам изготовления. Также при выборе системы следует учитывать такие факторы:

• Экономическая целесообразность . Важно, чтобы количество получаемой тепловой энергии стремилось к аналогичному показателю потребляемой. Современное отопление частного дома должно иметь КПД, близкий к 100%;
• Минимальные ресурсы на обслуживание . У традиционных отопительных схем есть несколько существенных недостатков – большое количество сажи (твердотопливные котлы и печи), необходимость ежегодной очистки труб, постоянный контроль за объемом топлива и режимом работы. Современные виды отопления частного дома практически полностью исключают влияние этих факторов на работу;
• Максимальная автономность работы .

Что нужно предпринять, чтобы выполнить эти условия максимально? Для этого рекомендуется изучить предложения на рынке отопительных приборов и схем, выбрав оптимальную сборку для конкретного дома.

В большинстве случаев экономически целесообразнее провести модернизацию существующей системы, чем делать полностью новую.

Способы улучшения характеристик отопления

Далеко не всегда современные котлы отопления или трубы из новых материалов являются единственными факторами улучшения параметров системы. Сначала специалисты рекомендуют провести комплексный анализ внешних и внутренних факторов, влияющих на характеристики теплоснабжения.

Определяющим из них является уменьшение тепловых потерь здания. Именно они напрямую влияют на оптимальную мощность, которой должно обладать современное отопление без электричества или традиционного типа. Однако при этом следует учитывать нормы вентиляции – воздухообмен в каждой комнате должен соответствовать нормативам. Современные способы отопления частного дома не должны ухудшать комфорта проживания.

Способы оптимизации работы отопительной системы можно условно разделить на несколько видов – установка котлов с высоким показателем КПД, монтаж труб с пониженной теплоотдачей и применение батарей с хорошим коэффициентом теплопередачи.

Модернизация системы отопления

Для повышения текущих параметров системы можно поменять ряд ее компонентов. Подобное улучшение выполнятся только после расчета текущих характеристик и выявления «слабых» мест в отопительной схеме.

Самый простой способ – установить бак косвенного нагрева (теплоаккумулятор). Современное электроотопление в совокупности с многотарифным счетчиком дадут возможность снизить затраты на энергоноситель. Важно правильно рассчитать объем бака.

Также можно сделать более глобальные изменения в схеме:

• Монтаж коллекторной разводки трубопроводов . Актуален для домов с большой площадью;
• Замена стальных труб на полимерные меньшего диаметра . Это даст возможность уменьшить общий объем теплоносителя, что повлечет за собой экономию на его нагреве;
• Установка контролирующих устройств – программаторов, терморегуляторов и т.д. Эти современные приборы отопления предназначены для слежения за текущими параметрами системы и изменения режима ее работы в зависимости от настроек.

Также значительно улучшит характеристики установка нового котла отопления. Современные газовые модели потребляют на порядок меньше энергоносителя и имеют встроенные приборы контроля и группы безопасности. Нередко современные методы отопления загородного дома предусматривают монтаж пиролизных котлов долгого горения, работающих на топливных гранулах или брикетах.

Необходимо заранее проверить, смогут ли новые элементы отопления монтироваться со старыми. Например – в открытом отоплении установка полипропиленовых труб небольшого диаметра невозможна. Они не смогут обеспечить естественную циркуляцию без монтажа насоса.

Альтернативное теплоснабжение дома

В состав современного отопления частного дома должны входить новые методы получения тепловой энергии. В отличие от стандартных они имеют низкое энергопотребление, но при этом характеризуются небольшим количеством вырабатываемого тепла.

В качестве источника тепловой энергии можно использовать солнечное излучение или почвенный нагрев теплоносителя. Все зависит от климатических условий, площади участка и финансовых возможностей:

• . Работает по принципу разницы температур между различными слоями почвы. Для организации системы потребуются большие затраты и специальное оборудование – тепловой насос;
• Солнечный коллектор . Это один из видов современного отопления без электричества. Напрямую зависит от интенсивности солнечного излучено в конкретном регионе. В летний период может использоваться в качестве ГВС.

Зачастую эти системы устанавливаются в качестве вспомогательных для уменьшения затрат на отопление. Каждая из них требует детального просчета для выявления целесообразности приобретения и монтажа. Так, комплексная геотермальная установка для дома площадью 150 м² будет стоить около 700 тыс. рублей.

Котлы

Центральным узлом любой классической отопительной схемы является котел. От его функциональных возможностей во многом зависят параметры теплоснабжения. Так, современные электрокотлы для отопления дома могут занимать немного места и при этом вырабатывать оптимальное количество тепловой энергии.

К отопительному оборудованию этого вида предъявляются довольно жесткие требования. Оно должно быть максимально безопасно в эксплуатации, технические характеристики соответствовать существующим нормам, а управление иметь понятно-интуитивный интерфейс.

Электрические котлы отопления

Установка электрических нагревательных приборов актуальна в том случае, если площадь помещения относительно небольшая или нет подвода магистрального газа. На практике для организации современного электроотопления можно применять не только котлы классической конструкции с ТЭНом, но и новые модели, у которых другой принцип работы.

Принцип работы электродного котла заключается в создании движения электродов в паре катод-анод. Это приводит к нагреву воды и повышению давления. В результате возникает циркуляция теплоносителя. У современных котлов отопления электродного типа помимо зоны нагрева есть блоку управления, а также предусмотрена возможность подключения к программатору.

Для получения большего количества тепла можно установить индукционный котел. Он работает по принципу электромагнитной индукции, возникающей между сердечником и обмоткой. Для обеспечения безопасности катушка и сердечник полностью изолированы от контакта с водой.

Эти современные виды электрического отопления частного дома имеют несколько особенностей. Главным из них является низкая инерционность – нагрев воды происходит очень быстро. Однако помимо этого нужно учитывать следующие особенности эксплуатации:

• Текущие расходы на отопление. Нагрев теплоносителя с помощью электроприборов считается наиболее затратным;
• Приобретение и монтаж дополнительных элементов – расширительного бака, циркуляционного насоса, группы безопасности;
• У электродных котлов особые требования к теплоносителю. Он должен содержать относительно большое количество солей для поддержания реакции электролиза.

Но несмотря на эти факторы, электроотопление нашло широкое применение в зданиях с отсутствием газовых магистралей. Еще одним преимуществом является возможность организации отдельных контуров нагрева воздуха в каждом помещении.

Во время установки электрических котлов необходим монтаж УЗО. Также рекомендуется провести отдельную линию электропроводки.

Газовые конденсационные котлы отопления

Одним из современных способов отопления частного дома является установка газовых конденсационных котлов. Внешне они практически ничем не отличаются от традиционных. Разница состоит в дополнительном внутреннем теплообменнике.

Суть новаторского дополнения заключается в использовании тепловой энергии продуктов сгорания. Относительная сложная сеть внутреннего дымохода снижает температуру угарных газов до образования точки росы на дополнительном теплообменнике. Он соединен с обратной трубой отопления. В результате этого вода в нем нагревается из-за воздействия горячего конденсата.

По заверениям производителя у этого современного прибора отопления КПД может быть выше 100%. На практике он достигает 99%, что является рекордом для нагревательных котов. Но для правильного выбора определенной модели следует учитывать такие факторы:

• Полученный конденсат нельзя сливать в канализационную систему. Он должен храниться в герметичной емкости;
• Для каждой модели котла этого типа есть рекомендуемый температурный режим работы, при котором происходит формирование конденсата на поверхности вторичного теплообменника;
• Высокая стоимость оборудования.

Так как этот современный метод отопления частного дома предусматривает низкотемпературный режим работы – рекомендуется увеличить площади радиаторов и батарей. Это влечет дополнительные затраты на приобретение компонентов системы.

В низкотемпературных газовых котлах можно использовать пластиковые дымоходы, так как степень нагрева угарных газов будет невысокой – до +60°С.

Твердотопливные котлы длительного горения

Альтернативной современному печному отоплению частного дома являются котлы длительного горения. В отличие от традиционных моделей нагрев теплоносителя происходит не за счет сгорания топлива, а в результате воспламенения древесных или угольных газов.

Для этого ограничивают приток воздуха в камеру сгорания, что влечет за собой тление твердого топлива. Выделяемые газы по каналам поступают в зону дожига, где происходит нагнетание кислорода с помощью вентилятора или турбины. В результате газовая смесь воспламеняется, выделяя большое количество тепловой энергии.

Преимуществами этого современного способа обогрева частного дома являются:

• Экономичный расход топлива;
• Долгое время работы на одной загрузке дров или угля;
• Возможность регулировки степени нагрева теплоносителя с помощью интенсивности работы вентилятора.

Одним из недостатков этого современного отопления без электроэнергии является низкая температура угарных газов. Это приводит к образованию конденсата на дымоходной трубе. Поэтому все котлы длительного горения должны комплектоваться теплоизолированной дымоходной системой.

Стоимость всех вышерассмотренных котлов отопления отличается в зависимости от фирмы-производителя и удельной мощности.

Особенностью работы котлов длительного сгорания является большое количество сажи в камере сгорания и на теплообменнике. Поэтому их чистку нужно проводить чаще, чем у классических моделей.

Отопление дома без электричества

Но что делать, если установка современных электрокотлов для отопления дома нецелесообразна, а газовая магистраль в доме отсутствует? В качестве альтернативы можно улучшить систему печного или каминного отопления. Для этого необходимо установить систему воздушных каналов, соединенных с теплообменником печи.

Современное печное или каминное отопление частного дома с дополнительными воздушными каналами использует всю энергию от сгорания топлива. Для правильной организации необходимо продумать систему трубопроводов. Чаще всего они располагаются вверху, скрытые декоративным потолком. Для регулирования мощности притока горячего воздуха в каждом помещении должны быть установлены дефлекторы.

Кроме этого, следует знать особенности комплектации, свойственные только этому современному методу отопления загородного коттеджа:

• Для нормальной вентиляции следует установить канал забора воздуха с улицы. Во избежание попадания пыли в систему монтируют фильтры;
• Улучшить циркуляцию потоков можно с помощью вентиляторов или турбин. Они же являются частью современного электроотопления дома, если дополнительно установить электрические нагревательные элементы;
• Обязательная герметичность теплообменника. Ни в коем случае угарный газ не должен попасть в воздушные каналы.

Если же анализировать стоимость обустройства, то печное или каминное виды отопления частного дома будут на порядок дороже, чем традиционные способы нагрева воздуха. Однако самая простая схема может включать в себя только воздушные каналы без системы фильтрации и принудительной циркуляции горячих воздушных потоков.

Если в отопительной системе нет канала притока воздуха с улицы – следует обеспечить вентиляцию в доме. Она может быть принудительная или естественная.

Радиаторы и трубы отопления

Помимо современных отопительных котлов не менее важными компонентами являются трубы и радиаторы. Они необходимы для эффективной передачи тепловой энергии воздуху в помещении. Во время проектирования системы необходимо решить две задачи – уменьшить тепловые потери при транспортировке теплоносителя по трубам и улучшить теплоотдачу батарей.

Любые современные радиаторы отопления должны не только иметь хорошие показатели теплопередачи, но и удобную для ремонта и обслуживания конструкцию. Это же касается трубопроводов. Их монтаж не должен вызывать затруднений. В идеале установку может осуществить сам владелец дома без применения дорогого оборудования.

Современные радиаторы отопления

Для увеличения теплоотдачи в качестве основного материала изготовления батарей все чаще используют алюминий. Он имеет хорошие показатели теплопроводности, а для получения нужной формы можно применять технологию литья или сварки.

Но нужно учитывать, что алюминий очень чувствителен к воздействию воды. Современные чугунные радиаторы отопления лишены этого недостатка, хотя и обладают меньшей энергоемкостью. Для решения этой проблемы была разработана новая конструкция батарей, у которых водяные каналы изготавливаются из стальных или медных труб.

Эти современные трубы для отопления практически не подвергаются коррозии, имея минимальные размеры и толщину стенок. Последнее необходимо для эффективной тепловой передачи алюминию энергии от горячей воды. У современных радиаторов отопления есть несколько преимуществ, заключающихся в следующем:

• Долгий срок эксплуатации – до 40 лет. Однако он зависит от условий работы и своевременного выполнения прочистки системы;
• Возможность выбора способа подключения – верхнее, нижнее или боковое;
• В комплектацию может входить кран Маевского и терморегулятор.

В большинстве случаев модели современных чугунных радиаторов отопления делают дизайнерскими. Они имеют классические формы, некоторые из них изготавливаются в напольном варианте с элементами художественной ковки.

КПД радиатора отопления зависит от правильной установки и способа подключения. Это обязательно учитывается при монтаже системы.

Современные трубы отопления

Выбор современных труб отопления во многом зависит от материала их изготовления. В настоящее время чаще всего используют полимерные магистрали из полипропилена или сшитого полиэтилена. Они имеют дополнительный армирующий слой из алюминиевой фольги или стекловолокна.

Однако они имеют один существенный недостаток – относительно низкий порог температурного воздействия до +90°С. Это влечет большое температурное расширение и как следствие – повреждение трубопровода. Альтернативой полимерным трубам могут служить изделия из других материалов:

• Медные . С точки зрения функциональности медные трубопроводы соответствуют всем требованиям к отопительной системе. Они просты в монтаже, практически не изменяют форму даже при экстремально высоких температурах теплоносителя. Даже при замерзании воды стенки медных магистралей будут расширяться без повреждения. Недостаток – высокая стоимость;
• Нержавеющая сталь . Она не подвергается ржавлению, ее внутренняя поверхность имеет минимальный коэффициент шероховатости. К недостаткам можно отнести стоимость и трудоемкий монтаж.

Как правильно подобрать оптимальную комплектацию современного отопления? Для этого необходимо воспользоваться комплексным подходом – сделать правильный расчет системы и согласно полученным данным выбрать котел, трубы и радиаторы с соответствующими эксплуатационными характеристиками.

В видеоматериале показан пример современного отопления дома с помощью системы теплый пол: