Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России

 

 

Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России

 

Отопительные  приборы являются элементом системы  отопления, предназначенным для  передачи теплоты от теплоносителя  воздуху ограждающим конструкциям обслуживаемого помещения.

К отопительным приборам обычно выдвигается ряд  требований, на основании которых  можно судить о степени их совершенства и производить сравнения.

А) Санитарно-гигиенические. Отопительные приборы по возможности должны обладать более низкой температурой корпуса, иметь наименьшую площадь горизонтальной поверхности для уменьшения отложений пыли, позволять беспрепятственно удалять пыль с корпуса и ограждающих поверхностей помещения вокруг них.

Б) Экономические. Отопительные приборы должны иметь наименьшие приведённые затраты на их изготовление, монтаж, эксплуатацию, а также обладать наименьшим расходом металла.

В) Архитектурно-строительные. Внешний вид отопительного прибора должен соответствовать интерьеру помещения, а занимаемый ими объём должен быть наименьшим, т.е. их объём, приходящийся на единицу теплового потока, должен быть наименьшим.

Г) Производственно-монтажные. Должна обеспечиваться максимальная механизация работ при производстве и монтаже отопительных приборов. Отопительных приборов. Отопительные приборы должны обладать достаточной механической прочностью.

Д) Эксплуатационные. Отопительные приборы должны обеспечить управляемость их теплоотдачей и обеспечивать теплоустойчивость и водонепроницаемость при предельно допустимом в рабочих условиях гидростатическом давлении внутри прибора.

Г) Теплотехнические. Отопительные приборы должны обеспечивать наибольшую плотность удельного теплового потока, приходящегося на единицу площади (Вт/м).

 

Источники теплоты  автономных систем теплоснабжения

 

   Активное  развитие систем децентрализованного  теплоснабжения является следствием  значительных объемов нового  коттеджного строительства в  пригородных и сельских зонах  застройки, а также реализации  масштабных объемов жилищного  строительства и реконструкции  старой застройки городов. Расширению  сферы применения децентрализованного  теплоснабжения содействует рост  количества нетиповых объектов, возводимых как в коттеджной, так и в городской застройке,  где часто встают проблемы  получения лимитов на отпуск  тепловой энергии, возникающие  из-за нехватки имеющихся мощностей  централизованных источников и  тепловых сетей.

   Устойчивая  тенденция роста числа крышных,  встроенных, пристраиваемых и отдельно  стоящих автономных котельных,  обеспечивающих теплоснабжение  отдельных зданий (реже группы  зданий), тепловой мощностью от 30 кВт до 3,5 МВт, подтверждается  на протяжении двух последних  лет и может оцениваться для  различных регионов значением  20-80% от тепловых мощностей, вводимых  в жилищно-коммунальном хозяйстве.

   Современная  система децентрализованного теплоснабжения  представляет сложный комплекс  функционально взаимосвязанного  оборудования, включающего автономную  теплогенерирующую установку и  инженерные системы здания (горячее  водоснабжение, системы отопления  различного назначения и вентиляции). Требования, предъявляемые потребителями  теплоты современного здания  к параметрам и характеристикам  теплоносителя, условиям контроля  и управления режимами отпуска  теплоты, продолжительности функционирования, ставят целый комплекс теплотехнических  задач перед теплогенерирующей  установкой, существенно усложняя  ее структуру.

   Технические  решения тепловых схем автономных  источников должны учитывать  особенности исходных условий:  по виду используемого топлива;  типу теплогенератора; качеству исходной воды; условиям потребления горячей воды; по конструктивному исполнению систем отопления (центральные, напольные, включая подогрев воды в бассейнах); по режимам работы систем вентиляции и др. Эти технические решения требуют тщательного обоснования выбора теплогидравлической схемы, анализа условий работы, обеспечения надежности функционирования и защиты оборудования от нерасчетных режимов эксплуатации.

   Выпущенный  Госстроем России Свод правил  по проектированию СП 41-104-2000 "Проектирование  автономных источников теплоснабжения" в силу объективных факторов  охватывает только основные требования  к конструктивным решениям и  не может содержать исчерпывающего  объема рекомендаций для проектирования (в частности, р. 5 "Котлы и  вспомогательное оборудование котельных", р. 6 "Водоподготовка и водно-химический  режим").

   Целью  публикации является дополнение  рекомендаций нормативных документов [1-5] детальным рассмотрением перечисленных  выше факторов в конкретных  технических решениях принципиальных  тепловых схем автономных источников  теплоснабжения с использованием  примеров расчета и комментариев, предоставляющих разработчикам  схем теплоснабжения (или их узлов)  информацию для обоснования проектных  решений.

 

 

Газовое отопление

 

Следующий по частоте применения в России вид  отопления загородного дома - газовый. Приспособленные для сжигания газа отопительные приборы в этом случае устанавливаются непосредственно  в обогреваемых помещениях.

Газовые печи экономичны и имеют высокие теплотехнические показатели. Отличительная особенность  таких печей - равномерность нагрева  внешней поверхности. Как дополнительные источники тепла используют газовые камины, которые также придают особый комфорт интерьеру.

Достоинство газового отопления заключается, прежде всего, в относительно низкой стоимости  природного газа. Его использование  позволяет автоматизировать процесс  горения топлива, значительно повышает эффективность отопительного оборудования, снижает затраты на эксплуатацию. Но оно взрывоопасно и недопустимо  для самостоятельного изготовления и монтажа.

 

Воздушное отопление

 

Системы воздушного отопления различают в зависимости  от способа создания циркуляции воздуха: гравитационные и вентиляторные. Гравитационная воздушная система отопления основана на разности плотности воздуха при различных температурах. В процессе прогрева возникает естественная циркуляция воздуха в системе. В вентиляторной системе используется электрический вентилятор, который повышает давление воздуха и распределяет его по воздуховодам и помещениям (принудительная механическая циркуляция).

Воздух нагревается  в калориферах, подогревающихся  изнутри водой, паром, электричеством или горячими газами. Калорифер размещается  либо в отдельной вентиляторной камере (центральная система отопления), либо непосредственно в помещении, которое отапливается (местная система).

Отсутствие  замерзающего теплоносителя делает удачным этот вид отопления для  домов с непостоянным использованием. Воздушное отопление быстро прогреет дом, а автоматические регуляторы будут  поддерживать заданную вами температуру. К недостаткам такого отопления  можно отнести разве что опасность  распространения движущимся воздухом вредных веществ.

 

Электрическое отопление

 

Системы прямого стационарного электроотопления весьма надежны, экологически чисты и безопасны. Электричеством обогревается до 70% малоэтажных домов в странах Скандинавии и Финляндии.Оборудование для электроотопления можно разделить на 4 группы:- настенные электроконвекторы;- потолочные обогреватели;- кабельные и пленочные системы для подогрева пола и потолка;- регулирующие термостаты и программируемые устройства.

Благодаря такому разнообразию легко выбрать подходящий вариант для каждого конкретного  помещения. Затраты на оборудование и эксплуатацию электросистем очень низкие. Системы могут автоматически включаться и выключаться для поддержания температуры на заданном уровне. Скажем, понижать ее до минимума на время вашего отсутствия. Эта функция существенно экономит затраты на электроэнергию. Рост цен на различные виды топлива делают электроотопление весьма привлекательным для владельцев частных домов. Минусом систем электроотопления является то, что придется устанавливать дополнительное оборудование для обеспечения дома горячей водой. Кроме того, у нас все еще случаются длительные отключения электроэнергии, и владельцам такой системы следует продумать дополнительный источник отопления - на всякий случай.

 

 

 

 Системы  горячего водоснабжения от автономных теплогенераторов

 

   Автономные  системы горячего водоснабжения  в жилищно-коммунальном секторе  имеют длительную историю развития как в малоэтажной застройке, так и в многоэтажных зданиях. Первыми теплогенераторами были водогрейные колонки. Однако уже в самом начале их использования они имели различную конструкцию в зависимости от вида используемого топлива (дровяные и газовые). Газовые водогрейные колонки - термоблоки - как элемент единой системы теплоснабжения (при централизованном отоплении) в настоящее время широко используются в газифицированных районах городской застройки. Развитие социальной сферы расширяет область применения и увеличивает мощность автономных источников в системах горячего водоснабжения объектов питания, гостиниц, спортивных сооружений, предприятий автосервиса и др.

   Разделение автономной системы теплоснабжения на две функциональные структуры - систему горячего водоснабжения и систему отопления зданий - может быть рациональным только при использовании в качестве энергоносителя газообразного (природный и сжиженный газ) или жидкого топлива (в данном обзоре не рассматривается электроэнергия), которые позволяют полностью автоматизировать работу теплогенераторов, что при использовании твердого топлива в автономных теплогенераторах представляется весьма дорогостоящим и проблематичным в комплексе технически наиболее сложных и трудоемких процессов топливоподачи и золоудаления с учетом необходимости обслуживания нескольких очагов горения.

   Существенное  влияние на технические решения  и режимы работы автономной  системы горячего водоснабжения  оказывает тип теплогенераторов, которые можно классифицировать как проточные и емкостные.

Проточные теплогенераторы

   Основной особенностью проточных автономных теплогенераторов является форсированный гидравлический режим водяного контура с движением теплоносителя со скоростью более 1,5 м/с. Такие гидравлические режимы работы теплогенератора реализуются за счет существенного уменьшения (по сравнению с емкостными теплогенераторами) объема теплоносителя в нем до 0,025-0,035 дм3 на 1 кВт теплопроизводительности. Малые объемы теплоносителя улучшают динамические характеристики теплогенератора, обеспечивая период релаксации по тепловому возмущению 0,5-2 с/°C, и позволяют создать компактные высокоэффективные теплообменники теплогенераторов при использовании со стороны продуктов сгорания развитых поверхностей нагрева с высоким ребром и большой степенью оребрения. В большинстве конструкций проточных теплогенераторов для теплообменников используется медь или нержавеющая сталь.

   Проточные  теплогенераторы имеют сравнительно высокое гидравлическое сопротивление, однако, их важным эксплуатационным качеством является устойчивость к отложению накипи в поверхностях нагрева, что объясняется явлением "смывания" отложений солей жесткости при значительной скорости потока (для меди - уже при скорости потока от 1 м/с, а при скорости 5 м/с - полное исключение отложений).

   В технических решениях схемы гидравлической обвязки проточного теплогенератора важно обеспечить защиту теплообменника от низких температур теплоносителя на входе и, как следствие, возникновение внутренних механических напряжений в элементах конструкции теплообменника, а также защитить горелочное устройство от попадания в него образующегося в этом случае конденсата, что наиболее характерно для систем горячего водоснабжения при подаче в холодный период года воды с температурой 5°C. Для исключения таких режимов работы необходимо обеспечить температуру поступающей в теплогенератор воды не ниже 40°C за счет рециркуляции горячей воды соответствующей обвязки трубопроводами баков-накопителей или подбора поверхности теплообменников.   Простейшая схема горячего водоснабжения от проточного водонагревателя, тупиковая без циркуляционной линии, используется в малопротяженных квартирных системах, оснащенных теплогенераторами мощностью до 30 кВт, в которых для предварительного подогрева воды перед основным оребренным теплообменником и для защиты атмосферной горелки от конденсата достаточно часто используется экранирование топочной камеры листовой медью с внешним змеевиком большого шага из медной трубы.В ряде случаев решающим фактором при выборе схемы горячего водоснабжения является возможность регулирования мощности горелочного устройства, а следовательно, и теплогенератора. При позиционном регулировании мощности проточного теплогенератора (Q/Qн=0-1 или Q/Qн=0-0,5-1) использование схемы горячего водоснабжения без накопительной емкости требует установки оборудования, подбираемого по максимальному "пиковому" теплопотреблению в системе, что в совокупности приводит к существенным колебаниям температуры