Перспективы развития децентрализованного
теплоснабжения
Развитие рыночных отношений в России коренным образом меняет принципиальные подходы к выработке и потреблению всех видов энергии. В условиях постоянного роста цен на энергоресурсы и их неизбежного сближения с мировыми ценами проблема энергосбережения становится по настоящему актуальной, во многом определяющей будущее отечественной экономике.
Вопросы разработке энергосберегающих технологий и оборудования всегда занимали значительное место в теоретических и прикладных исследованиях наших учёных и инженеров, но на практике в энергетику передовые технические решения внедрялись не достаточно активно. Государственная система искусственно заниженных цен на топливо (уголь, мазут, газ) и ложные представления о неограниченных запасах дешёвого, природного топлива в российских недрах привели к тому, что отечественная промышленная продукция является в настоящее время одной из самых энергоёмких в мире, а наше ЖКХ экономически убыточным и технически отсталым.
Малая энергетика ЖКХ оказалась заложницей большой энергетики. Ранее принятые коньюктурные решения о закрытии малых котельных (под предлогом их низкой эффективности, технической и экологической опасности) сегодня обернулись сверх централизацией теплоснабжения, когда горячая вода проходит от ТЭЦ до потребителя путь в 25-30 км, когда отключение источника тепла из-за неплатежей или аварийной ситуации приводит к замерзанию городов с миллионным населением.
Большинство индустриально развитых стран шло другим путем: совершенствовали теплогенерирующее оборудование повышая уровень его безопасности и автоматизации, КПД газогорелочных устройств, санитарно гигиенические, экологические, эргономические и эстетические показатели; создали всеобъемлющую систему учёта энергоресурсов всеми потребителями; приводили нормативно-техническую базу в соответствие с требованиями целесообразности и удобства потребителя; оптимизировали уровень централизации теплоснабжения; перешли к широкому внедрению
альтернативных источников тепловой энергии. Результатом такой работы стало реальное энергосбережение во всех сферах экономике, включая ЖКХ.
Наша страна находится в начале сложного пути преобразования ЖКХ, которое потребует проведения в жизнь многих непопулярных решений. Энергосбережение является магистральным направлением развития малой энергетики, движение по которому способно значительно смягчить болезненные для большей части населения последствия от роста цен на коммунальные услуги.
Постепенное увеличение доли децентрализованного теплоснабжения, максимальная приближения источника тепла к потребителю, учёт потребителем всех видов энергоресурсов позволят не только создать потребителю более комфортные условия, но и обеспечить реальную экономию газового топлива.
Традиционное для нашей страны система централизованного снабжения теплом через ТЭЦ и магистральные теплопроводы, известна и обладает рядом достоинств. В общем, объеме источников тепловой энергии на централизованные котельные приходится 68% , децентрализованные –28%, прочие –3% . Крупными теплофикационными системами вырабатывается около 1,5млрд.Гкал в год, из них 47% на твердом топливе,41% на газе, 12% на жидком топливе. Объемы производства тепловой энергии имеют тенденцию к росту примерно на 2-3% в год (доклад зам. министра энергетики РФ). Но в условиях перехода к новым хозяйственным механизмам, известной экономической нестабильности и слабости межрегиональных, межведомственных связей, многие из достоинств системы централизованного теплоснабжения оборачиваются недостатками.
Главным из которых является протяженность теплотрасс. Cсогласно сводным данным по объектам теплоснабжения 89 регионов РФ, суммарная протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении составляет 183,3 млн.км. Cредний процент изношенности оценивается в 60-70% . Удельная повреждаемость теплопроводов в настоящее время выросла до 200 зарегистрированных повреждений в год на 100 км тепловых сетей. По экстренной оценке не менее 15% тепловых сетей требуют безотлагательной замены. Чтобы прервать процесс старения тепловых сетей и остановить их средний возраст на существующем сейчас уровне, необходимо ежегодно перекладывать порядка 4% трубопроводов, что составляет около 7300 км сетей в двухтрубном исчислении.Это потребует выделения примерно 40 млрд. . руб. в текущих ценах (доклад зам. министра РФ) .В дополнению к этому, за последние 10 лет в результате недофинансирования практически не обновлялся основной фонд отрасли. Вследствие этого, потери теплоэнергии при производстве, транспортировке и потреблении достигли 70%, что привело к низкому качеству теплоснабжения при высоких затратах.
Организационная структура взаимодействия потребителей и теплоснабжающих предприятий не стимулирует последних к экономии энергетических ресурсов. Система тарифов и дотаций не отражает реальных затрат на теплоснабжение.
В целом, критическое положение, в котором оказалась отрасль, предполагает в ближайшем будущем возникновение крупномасштабной кризисной ситуации в сфере теплоснабжения для разрешения которой потребуются колоссальные финансовые вложения.
Насущный вопрос времени – разумная децентрализация теплоснабжения, по квартирное теплоснабжение. Децентрализация теплоснабжения (ДТ) – наиболее радикальный, эффективный и дешёвый способ устранения многих недостатков. Обоснованное применения ДТ в сочетании с энергосберегающими мероприятиями при строительстве и реконструкции зданий даст большую экономию энергоресурсов в России. Вот уже четверть века в наиболее развитых странах не строят квартальных и районных котельных. В сложившихся сложных условиях единственным выходом является создание и развитие системы ДТ за счёт применения автономных тепло источников.
По квартирное теплоснабжение – это автономное обеспечение теплом и горячей водой индивидуального дома или отдельной квартиры в многоэтажном здании. Основными элементами таких автономных систем является: теплогенераторы – отопительные приборы, трубопроводы отопления и горячего водоснабжения, системы подачи топлива, воздуха и дымоудаления.
Сегодня разработаны и серийно выпускаются модульные котельные установки, предназначенные для организации автономного ДТ. Блочно-модульный принцип построения обеспечивает возможность простого построения котельной необходимой мощности. Отсутствие необходимости прокладки теплотрасс и строительства здания котельной снижают стоимость коммуникаций и позволяют существенно повысить темпы нового строительства. Кроме того, это дает возможность использовать такие котельные для оперативного обеспечения теплоснабжения в условиях аварийных и чрезвычайных ситуаций в период отопительного сизона.
Блочные котельные представляют собой полностью функционально законченное изделие, оснащены всеми необходимыми приборами автоматики и безопасности. Уровень автоматизации обеспечивает бесперебойную работу всего оборудования без постоянного присутствия оператора.
Автоматика отслеживает потребность объекта в тепле в зависимости от погодных условий и самостоятельно регулирует работу всех систем для обеспечения заданных режимов. Этим достигается более качественное соблюдение теплового графика и дополнительная экономия топлива. В случае возникновения нештатных ситуаций, утечек газа, система безопасности автоматически прекращает подачу газа и предотвращает возможность аварий.
Многие предприятия, сориентировавшиеся к сегодняшним условиям и просчитав экономическую выгоду, уходят от централизованного теплоснабжения, от отдалённых и энергоёмких котельных.
ОАО *Левокумскрайгаз* имело энергоёмкую котельную с четырьмя котлами «Универсал-5» балансовой стоимостью в 750 тыс. рублей, теплотрассу общей протяжённостью 220 метров и стоимостью 150тыс. рублей (рис. 1).
Ежегодные затраты на ремонт и поддержания котельной, системы отопления в исправном состоянии составляли 50 тыс. рублей. В течении отопительного периода 2001-2002г затраты на содержания обслуживающего персонала
(80т.р.), электроэнергию (90т.р.), воду(12т.р.), газ(130т.р.), автоматику безопасности (8 т.р.) и пр. (30 т.р.) составили 340 т.р.
В 2002 году райгазом была демонтирована центральная котельная, и были установлены в административном 3-х этажном корпусе (общей отапливаемой площадью 1800кв.м), два 100-киловатных отопительных бытовых котла Зеленокумского сельмаша и в производственном корпусе (500кв.м) установлено два бытовых котла (Дон-20) для отопления и горячего водоснабжения.
Реконструкция обошлась предприятию в 80 тыс. р. Затраты на газ, электроэнергию, воду, зарплата одному оператору составили за отопительный период 110т.р.
Доходы от продажи высвободившегося оборудования составили 90т.р, а именно:
ШГРП (шкафной газорегуляторный пункт) -- 20 т.р
4 котла «Универсал» -- 30 т.р
два центробежных насоса -- 10 т.р
автоматика безопасности котлов -- 20 т.р
электрооборудование, запорная арматура и пр. -- 10 т.р
Здание котельной было переоборудовано в мастерские.
Отопительный период 2002-2003 гг. прошел успешно и гораздо менее затратно, чем предыдущие.
Экономический эффект от перехода ОАО «Левокумскрайгаз» на автономное теплоснабжение составил ориентировочно в год 280 тыс. р., а продажа демонтированного оборудования покрыла затраты по реконструкции.
Другой пример.
В с. Левокумском имеется котельная, которая обеспечивает теплом и горячей водой поликлинику и инфекционный корпус Левокумского ТМО, находящаяся на балансе Левокумских теплосетей (рис. 2). Стоимость котельной 414 тыс.р., стоимость теплотрасс 230тыс. р. Протяжённость теплотрасс составляет около 500 м. Из-за длительной эксплуатации и изношенности сетей ежегодно идут большие потери тепла в теплотрассах. Затраты на ремонт сетей в 2002 г. составили около 60 т.р. Затраты, сложившиеся в отопительный период
VIII. Использование возобновляемых энергоресурсов
По всей территории России зимой приходится обеспечивать подогрев воздуха в помещениях, где живут или работают люди. Оборудование для этих целей стоит колоссальные деньги. Естественной является жесткая конкуренция на рынке отопительного оборудования, а так как выбор лозунгов не очень велик, все говорят одно и то же: цена, качество, экология и энергосбережение. Иногда борьба за рынок напоминает информационную войну, в которой стороны говорят прямо противоположные вещи, не слушая друг друга.
С первой волны демократии к нам пришла эйфория крышных котельных, потом поквартирного отопления, а сейчас модно обсуждать мини-ТЭЦ.
Достойную конкуренцию пропагандистам децентрализации составляют производители ИТП и трубопроводов в ППУ изоляции.
Плохо то, что на чью-то сторону позволяют себе становиться политики и представители власти.
У централизованных систем теплоснабжения есть всего 5, но неоспоримых преимуществ:
- - вывод взрывоопасного технологического оборудования из жилых домов;
- - точечная концентрация вредных выбросов на источниках, где с ними можно эффективно бороться;
- - возможность работы на разных видах топлива, включая местное, мусоре, а также возобновляемых энергоресурсах;
- - возможность замещать простое сжигание топлива (при температуре 1500-2000 °С для подогрева воздуха до 20 °С) тепловыми отходами производственных циклов, в первую очередь теплового цикла производства электроэнергии на ТЭЦ;
- - относительно гораздо более высокий электрический КПД крупных ТЭЦ и тепловой КПД крупных котельных работающих на твердом топливе.
За исключением, в некоторых случаях варианта применения тепловых насосов, все остальные способы децентрализованного теплоснабжения не могут обеспечить такой комплекс преимуществ.
Критерием отказа от централизации является удельная стоимость системы ЦТ, которая в свою очередь зависит от плотности нагрузки. В Дании централизованные системы теплоснабжения оправданы при удельной нагрузке от 30 Гкал/км 2 , при нашем климате желательна большая плотность нагрузки.
Более правильно оценивать перспективность ЦТ через удельную материальную характеристику системы ЦТ равную произведению общей длины сети на средний диаметр, поделенному на суммарною присоединенную нагрузку (L сети × D ср / Q системы)
В Москве удельная материальная характеристика равна примерно 30. В некоторых городах доходит до 80. В поселениях или отдельных районах городов с удельной характеристикой больше 100 централизация противопоказания - небольшие доходы от реализации тепла при значительных капитальных затратах делают ЦТ неконкурентоспособным.
Конечно, эти подходы применимы при теплоснабжении от ТЭЦ. У крупных котельных нет будущего, с другой стороны, наличие системы тепловых сетей от крупной котельной позволяет инициировать проект строительства новой ТЭЦ. Именно отсутствие крупных тепловых сетей сдерживает реализацию в западных странах Европейской директивы о развитии когенерации.
Почему же в России децентрализованные системы теплоснабжения стали появляться и в крупных городах с развитым ЦТ:
- - низкое качество централизованного теплоснабжения в 90-е года ХХ в.;
- - завышение стоимости тепла в некоторых городах;
- - сложный, дорогой, забюрократизированный порядок подключения к ЦТ;
- - отсутствие возможности регулирования объемов потребления;
- - невозможность жителям самостоятельно регулировать включение и отключение отопления;
- - длительный срок летних отключений ГВС.
С точки зрения энергоэффективности обычно называются фантастически завышенные потери в тепловых сетях без учета тех факторов, что при называемых потерях системы ЦТ вообще не смогла бы работать и тепловые потери в системе от ТЭЦ приводят к значительно меньшим удельным потерям топлива.
Строительство новых децентрализованных источников на территории, охваченной системой ЦТ, не позволяет повысить ее удельную материальную характеристику, т.е. сдержать рост тарифов. Любая крышная котельная в зоне ЦТ - это удар по социалке. Хотя с другой стороны децентрализация некоторых районов с неплотной застройкой может оказаться чрезвычайно полезной. Надо, конечно, учитывать и роль децентрализации как конкурентного фактора для предприятий ЦТ.
В последние годы повышение качества работы предприятий ЦТ привело к снижению объемов строительства локальных источников в крупных городах.
- Домовые котельные в жилом секторе
В 90-е годы ХХ в. при плохом централизованном теплоснабжении наличие собственной котельной повышало привлекательность и стоимость жилья, сейчас ситуация изменилась в обратную сторону - наличие во дворе дома котельной с относительно невысокой трубой воспринимается покупателями квартир в крупных городах негативно.
В зонах неплотной застройки локальные источники - объективная необходимость и они составляют конкуренцию вариантам поквартирного отопления.
Отдельно надо сказать об опыте применений крышных котельных. К основным проблемам относятся:
- - отсутствие внятного собственника, т.к. котельная является коллективной собственностью жителей;
- - не начисление амортизации и длительной срок сбора средств на необходимые крупные ремонты;
- - видимый дым над зданием в холодную погоду с соответствующей индустриализацией пейзажа;
- - отсутствие системы быстрой поставки запасных частей.
Встречаются случаи повышенной вибрации; выхода из строя котлов из-за повышенной подпитки и образования накипи; отсутствие возможности замены котла без вертолета; отключения по газу как из-за аварий на газопроводах, так и из-за срабатывания автоматики котельных при снижении давления газа в холодную погоду.
В зонах неплотной застройки, где оптимально развито децентрализованное теплоснабжение обычно нет проблем с местом для размещения котельной, соответственно нет смысла ставить ее в буквальном смысле людям на голову.
- Поквартирное отопление
«Поквартирка» пришла к нам их теплых стран. Только в Италии 14 млн. квартир имеет поквартирное отопление. Но при итальянском климате централизация теплоснабжения бессмысленна, а подъезды и подвалы отапливать не надо.
В наших климатических условиях надо отапливать все помещения здания, иначе срок его службы сокращается в разы, то есть при наличии поквартирного отопления надо иметь и общую котельную для отопления остальных помещений.
Основные проблемы поквартирного отопления (ПО):
- Недопустимо использование ПО только в отдельных квартирах многоквартирных жилых домов. Дымоход приходится делать на стену здания, при этом продукты сгорания могут попадать в вышерасположенные квартиры.
- Допустимо применение котлов только с закрытой камерой сгорания и выделенным воздуховодом для забора воздуха с улицы.
- Должна быть обеспечена возможность доступа в квартиру при длительном отсутствии жильцов. Недопустимо длительное отключение котлов самими жителями в зимний период.
- Система ПО не должна применяться в зданиях типовых серий. Здание должно быть специально спроектировано под ПО. Основные причины этого - необходимость организации эффективного дымоудаления, т.к. на одном этаже к общему дымоходу может подключаться только один котел.
- Работа любых котлов установленных в квартирах будет периодической, т.е. в режиме включено-выключено. Это определяется тем, что мощность котла подбирается не по нагрузке отопления, а по пиковой нагрузке ГВС превышающей в несколько раз отопительную, а глубина регулирования мощности большинства котлов от 40 до 100%. Задача - избежать образования конденсата в газоходах, для этого они должны быть горизонтальными, теплоизолированными и иметь устройства сбора и нейтрализации конденсата.
Проблемы дымоудаления особенно обостряются в высотных зданиях, т.к. тяга не регулируется и меняется в больших пределах по высоте здания, а также при изменении погоды.
- Необходимость значительной мощности квартирного котла для обеспечения максимального расхода горячей воды определяет то обстоятельство, что суммарная мощность квартирных котлов в 2-2,5 раза превышает мощность альтернативной домовой котельной.
- Серьезной проблемой является свободный, неконтролируемый доступ к котлам детей и людей с поврежденной психикой. С другой стороны доступ специалистов для обслуживания часто бывает затруднен.
- Срок службы котлов 15-20 лет, но в наших условиях серьезные поломки происходят гораздо быстрее. Для предупреждения накипи в теплообменниках, обеспечения длительной работы мембраны и сальников желательна установка системы фильтров грубой и тонкой очистки воды. У нас их, практически, не ставят. Объем технического обслуживания обычно определяют сами жильцы, причем имеют право от него отказаться.
Часто поквартирное отопление называют «автономным» имея в виду, что в каждой квартире создается своя независимая от других жителей система отопления и ГВС. Фактически же поквартирное отопление здания - это жестко взаимозависимая по газу, воде, дымоудалению и теплоперетокам система с распределенным сжиганием.
С точки зрения энергоэффективности эта система проигрывает варианту автоматизированной домовой газовой котельной с поквартирным учетом и регулированием из-за полного отсутствия режимного регулирования процесса сжигания.
Экономическая выгодность ПО объясняется отсутствием в расчетах амортизационных отчислений и искусственно сдерживаемой ценой на бытовой газ (в большинстве других стран цены на газ для бытового потребления в 1,5-3 раза выше цены для крупных потребителей).
Еще одна из причин - желание руководителей администраций небольших муниципальных образований полностью снять с себя ответственность за теплоснабжение, переложив ее на самих жителей. В некоторых поселениях с несколькими двух-трехэтажными домами внедрение ПО действительно оправдано, т.к. эксплуатация мелких котельных при мизерном объеме реализации оказывается слишком дорогой для жителей.
Просим Вас оставлять свои замечания и предложения по стратегии . Для чтения документа выберите интересующий Вас раздел.
Энергосберегающие технологии и методы
Министерство образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет
им. Г.И. Носова»
(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Кафедра Теплоэнергетических и энергетических систем
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Введение в направление»
на тему: «Централизованное и децентрализованное теплоснабжение»
Выполнил: студент Султанов Руслан Салихович
Группа: зЭАТБ-13 «Теплоэнергетика и теплотехника»
Шифр: 140100
Проверил: Агапитов Евгений Борисович, д.т.н.
Магнитогорск 2015 г.
1.Введение 3
2.Централизованное теплоснабжение 4
3.Децентрализованное теплоснабжение 4
4.Виды систем отопления и принципы их действия 4
5.Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России 10
6.Перспективы развития теплоснабжения в России 15
7.Заключение 21
Введение
Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.
Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном – снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение – снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.
Системы теплоснабжения отличаются различными температурами и давлением воды. Это зависит от требований потребителей и экономических соображений. При увеличении расстояния, на которое необходимо «передать» тепло, увеличиваются экономические затраты. В настоящее время расстояние передачи тепла измеряется десятками километров. Системы теплоснабжения делятся по объёму тепловых нагрузок. Системы отопления относят к сезонным, а системы горячего водоснабжения – к постоянным.
Централизованное теплоснабжение
Централизованное теплоснабжение характеризуется наличием обширной разветвлённой абонентской теплосети с запитыванием многочисленных теплоприемников (заводы, предприятия, здания, квартиры, жилые помещения и прочие).
Основными источниками для централизованного теплоснабжения являются: - теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые также попутно вырабатывают и электроэнергию; - котельные (водогрейные и паровые).
Децентрализованное теплоснабжение
Децентрализованное теплоснабжение характеризуется системой теплоснабжения, при которой источник тепла совмещен теплоприёмником, то есть теплосеть незначительна или отсутствует вообще. Если в помещениях используются отдельные индивидуальные электрические или местные отопительнын теплоприемники, то такое тепловое снабжение будет индивидуальным (примером может служить обогрев собственной малой котельной всего здания). Мощность таких теплоисточников, как правило,совсем мала и зависит от потребности их владельцев. Теплопроизводительность таких индивидуальных теплоисточников не больше 1 Гкал/ч или 1,163 МВт.
Основные виды такого децентрализованного отопления:
Электрическое, а именно: - прямое; - аккумуляционное; - теплонасосное; - печное. Малыми котельными.
Виды систем отопления и принципы их действия
Централизованное теплоснабжение состоит из трех взаимосвязанных и последовательно протекающих стадий: подготовки, транспортировки и использования теплоносителя. В соответствии с этими стадиями каждая система состоит из трех основных звеньев: источника теплоты(например, теплоэлектроцентрали или котельной), тепловых сетей(теплопроводов) и потребителей теплоты.
В децентрализованных системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты.
Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух; соответствующие системы называют системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. теплоснабжение центральный отопление
Достоинствами системы парового отопления являются значительно меньшие ее стоимость и расход металла по сравнению с другими системами: при конденсации 1 кг пара освобождается примерно 535 ккал, что в 15-20 раз больше количества тепла, выделяющегося при остывании 1 кг воды в нагревательных приборах, и поэтому паропроводы имеют значительно меньший диаметр, чем трубопроводы системы водяного отопления. В системах парового отопления меньше и поверхность нагревательных приборов. В помещениях, где люди пребывают периодически (производственные и общественные здания), система парового отопления даст возможность производить отопление с перерывами и при этом не возникает опасность замерзания теплоносителя с последующим разрывом трубопроводов.
Недостатками системы парового отопления являются ее низкие гигиенические качества: находящаяся в воздухе пыль пригорает на нагревательных приборах, нагретых до 100°С и более; регулировать теплоотдачу этих приборов невозможно и большую часть отопительного периода система должна работать с перерывами; наличие последних приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в отапливаемых помещениях. Поэтому системы парового отопления устраивают только в тех зданиях, где люди пребывают периодически - в банях, прачечных, душевых павильонах, вокзалах и в клубах.
На системы воздушного отопления расходуется мало металла, и они могут одновременно с обогревом помещения выполнять его вентиляцию. Однако стоимость системы воздушного отопления жилых зданий выше, чем других систем.
Системы водяного отопления имеют большие стоимость и металлоемкость по сравнению с паровым отоплением, но они обладают высокими санитарно-гигиеническими качествами, обеспечивающими им широкое распространение. Их устраивают во всех жилых зданиях высотой более двух этажей, в общественных и большинстве производственных зданий. Централизованное регулирование теплоотдачи приборов в этой системе достигается путем изменения температуры поступающей в них воды.
Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды и конструктивным решениям.
По способу перемещения воды различают системы с естественным и механическим (насосным) побуждением. Системы водяного отопления с естественным побуждением. Принципиальная схема такой системы состоит из котла (генератора тепла), подающего трубопровода, нагревательных приборов, обратного трубопровода и расширительного сосуда, Нагретая в котле вода поступает в нагревательные приборы, отдает в них часть своего тепла на компенсацию потерь тепла через наружные ограждения отапливаемого здания, затем возвращается в котел и далее циркуляция воды повторяется. Ее движение происходит под действием естественного побуждения, возникающего в системе при нагреве воды в котле.
Циркуляционное давление, создавшееся при работе системы, расходуется на преодоление сопротивления движению воды по трубам (от трения воды о стенки труб) и на местные сопротивления (в отводах, кранах, вентилях, нагревательных приборах, котлах, тройниках, крестовинах и т. д.).
Величина этих сопротивлений тем больше, чем выше скорость движения воды в трубах (если скорость увеличится в два раза, то сопротивление - в четыре раза, т. е. в квадратичной зависимости). В системах с естественным побуждением в зданиях небольшой этажности величина действующего давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах; следовательно, диаметры труб должны быть большими. Система может оказаться экономически невыгодной. Поэтому применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м, а величина к должна быть не менее 3 м.
При нагревании воды в системе объем ее увеличивается. Для вмещения этого дополнительного объема воды в системах отопления предусматривается расширительный сосуд 3; в системах с верхней разводкой и естественным побуждением он одновременно служит для удаления из них воздуха, выделяющегося из воды при ее нагреве в котлах.
Системы водяного отопления с насосным побуждением. Система отопления всегда заполнена водой и задачей насосов является создание давления, необходимого только для преодоления сопротивления движению воды. В таких системах одновременно действуют естественное и насосное побуждения; суммарное давление для двухтрубных систем с верхней разводкой, кгс/м2 (Па)
По экономическим соображениям обычно принимают в размере 5-10 кгс/м2 на 1 м (49-98 Па/м).
Достоинствами систем с насосным побуждением является снижение затрат на трубопроводы (их диаметр меньше, чем в системах с естественным побуждением) и возможность от одной котельной снабжать теплом ряд зданий.
Приборы описанной системы, расположенные на разных этажах здания, работают в разных условиях. Давление р2, обеспечивающее циркуляцию воды через прибор второго этажа, примерно в два раза больше, чем давление р1 для прибора нижнего этажа. В то же время суммарное сопротивление кольца трубопровода, проходящего через котел и прибор второго этажа, примерно равно сопротивлению кольца, проходящего через котел и прибор первого этажа. Поэтому первое кольцо будет работать с избыточным давлением, в прибор на втором этаже поступит больше воды, чем нужно по расчету, и соответственно уменьшится количество воды, проходящее через прибор на первом этаже.
В результате в отапливаемом данным прибором помещении второго этажа наступит перегрев, а в помещении первого этажа - недогрев. Для устранения этого явления применяют специальные методы расчета систем отопления, а также пользуются устанавливаемыми на горячей подводке к приборам кранами двойной регулировки. Если прикрыть эти краны у приборов на втором этаже, можно полностью погасить избыточное давление и тем самым отрегулировать расход воды по всем приборам, находящимся на одном стояке. Однако неравномерность распределения воды в системе, возможна и по отдельным стоякам. Объясняется это тем, что длина колец и, следовательно, суммарные их сопротивления в такой системе для всех стояков неодинаковы: наименьшее сопротивление имеет кольцо, проходящее через стояк (ближайший к главному стояку); наибольшее сопротивление имеет самое длинное кольцо, проходящее через стояк.
Распределить воду по отдельным стоякам, можно путем соответствующей регулировки установленных на каждом стояке пробочных (проходных) кранов. Для циркуляции воды устанавливают два насоса - один рабочий, второй - запасной. Вблизи насосов делают обычно закрытую, обводную линию с задвижкой. В случае прекращения подачи электроэнергии и остановки насоса задвижка открывается, и система отопления работает с естественной циркуляцией.
В системе с насосным побуждением расширительный бак присоединяется к системе перед насосами, и поэтому накапливающийся воздух через него не может удаляться. Для удаления воздуха в смонтированных ранее системах концы подающих стояков были продолжены воздушными трубами, на которых установлены вентили (для отключения стояка на ремонт). Воздушная магистраль в месте присоединения к воздухосборнику выполнена в виде петли, препятствующей циркуляции воды через воздушную магистраль. В настоящее время вместо такого решения применяют воздушные краны, ввинченные в верхние пробки радиаторов, установленных на верхнем этаже здания.
Системы отопления с нижней разводкой в эксплуатации более удобны, чем системы с верхней разводкой. Через подающую магистраль не теряется столько тепла и можно своевременно обнаружить и устранить утечку воды из нее. Чем выше помещен нагревательный прибор в системах с нижней разводкой, тем, следовательно, больше давление, имеющееся в кольце. Чем больше длина кольца, тем больше его суммарное сопротивление; поэтому в системе с нижней разводкой избыточные давления у приборов верхних этажей значительно меньше, чем в системах с верхней разводкой и, следовательно, регулировка их проще. В системах с нижней разводкой величина естественного побуждения снижается из-за ого, что вследствие охлаждения в подающих стояках оды возникает тормозящее ее движение сверху вниз, поэтому суммарное давление, действующее в таких системах,
В настоящее время большое распространение получили однотрубные системы, в которых радиаторы обеими подводками присоединяются к одному стояку; такие системы проще монтируются и обеспечивают более равномерный прогрев всех нагревательных приборов. Наиболее распространена однотрубная система с нижней разводкой и вертикальными стояками.
Стояк такой системы состоит из подъемной и опускной частей. Трехходовые краны могут пропускать расчетное количество или часть воды в приборы в последнем случае остальное ее количество проходит, минуя прибор, через замыкающие участки. Соединение подъемной и опускной частей стояка производится прокладываемой под окнами верхнего этажа соединительной трубой. В верхних пробках приборов, находящихся на верхнем этаже, устанавливают воздушные краны, через которые слесарь удаляет из системы воздух во время пуска системы или обильной подпитки ее водой. В однотрубных системах вода последовательно проходит через все приборы, и поэтому они должны быть тщательно отрегулированы. В случае необходимости регулировку теплоотдачи отдельных приборов осуществляют с помощью трехходовых кранов, а расход воды по отдельным стоякам - проходными (пробочными) кранами или установкой в них дросселирующих шайб. Если стояк будет поступать чрезмерно большое количество воды, то первые по ходу движения воды нагревательные приборы стояка отдадут тепла больше, чем это необходимо по расчету.
Как известно, циркуляция воды в системе, помимо давления, создаваемого насосом и естественным побуждением, получается и от дополнительного давления Ар, возникающего в результате охлаждения воды при движении по трубопроводам системы. Наличие этого давления позволило создать системы квартирного водяного отопления, котел которого не заглублен, а его устанавливают обычно на полу кухни. В таких случаях расстояние, следовательно, система работает только за счет дополнительного давления, возникающего в результате охлаждения воды в трубопроводах. Расчет таких систем отличается от расчетов систем отопления здании.
Системы квартирного водяного отопления в настоящее время широко применяют взамен печного отопления в одно- и двухэтажных зданиях в газифицируемых городах: в таких случаях вместо котлов устанавливают автоматические газовые водонагреватели (ЛГВ), обеспечивающие не только отопление, но и горячее водоснабжение.
Сравнение современных систем теплоснабжения теплового гидродинамического насоса типа ТС1 и классического теплового насоса
После монтажа гидродинамических тепловых насосов котельная станет больше похожа на насосную станцию, чем на котельную. Отпадет потребность в дымоотводной трубе. Не станет копоти и грязи, значительно уменьшится потребность в обслуживающем персонале, система автоматики и контроля полностью возьмет на себя процессы управлением производством тепла. Ваша котельная станет более экономичной и высокотехнологичной.
Принципиальные схемы:
В отличие от теплового насоса, который может максимально дать теплоноситель с температурой до +65 °С, гидродинамический тепловой насос может нагреть теплоноситель до +95 °С, а значит, достаточно легко может быть встроен в уже существующую систему теплоснабжения здания.
По капитальным затратам на систему теплоснабжения гидродинамический тепловой насос в разы дешевле теплового насоса, т.к. не требует наличия контура низкопотенциального тепла. Тепловые насосы и тепловые гидродинамические насосы, схожие по названию, но различны по принципу превращение электрической энергии в тепловую.
Как и классический тепловой насос, гидродинамический тепловой насос обладает целым рядом преимуществ:
· Экономичность (гидродинамический тепловой насос экономичнее электрокотлов в 1,5-2 раза, экономичнее дизельных котлов в 5-10 раз).
· Абсолютная экологичность (возможность использования гидродинамического теплового насоса в местах с ограниченными нормами ПДВ).
· Полная пожаро- и взрывобезопасность.
· Не требует водоподготовки. При работе в результате процессов, проходящих в теплогенераторе гидродинамического теплового насоса, происходит дегазация теплоносителя, что благотворно влияет на оборудование и приборы системы теплоснабжения.
· Быстрота установки. При наличии подведенной электрической мощности, монтаж индивидуального теплового пункта с использованием гидродинамического теплового насоса может быть произведен за 36-48 часов.
· Срок окупаемости от 6 до 18 месяцев, в связи с возможностью инсталляции в уже существующую систему теплоснабжения.
· Время до капитального ремонта 10-12 лет. Высокая надежность гидродинамического теплового насоса заложена конструктивно и подтверждена многолетней безаварийной работой гидродинамических тепловых насосов в России и за ее пределами.
Автономные системы теплоснабжения
Автономные системы теплоснабжения предназначены для отопления и горячего водоснабжения одноквартирных и блокированных жилых домов. К автономной системе отопления и горячего водоснабжения относятся: источник теплоснабжения (котел) и сеть трубопроводов с нагревательными приборами и водоразборной арматурой.
Преимущества автономных систем теплоснабжения заключаются в следующем:
· отсутствие дорогостоящих наружных тепловых сетей;
· возможность быстрой реализации монтажа и запуска в работу систем отопления и горячего водоснабжения;
· низкие первоначальные затраты;
· упрощение решения всех вопросов, связанных со строительством, так как они сосредоточены в руках владельца;
· сокращение расхода топлива за счет местного регулирования отпуска тепла и отсутствие потерь в тепловых сетях.
Такие системы отопления, по принципу принятых схем, подразделяются на схемы с естественной циркуляцией теплоносителя и схемы с искусственной циркуляцией теплоносителя. В свою очередь, схемы с естественной и искусственной циркуляцией теплоносителя могут подразделяться на одно- и двухтрубные. По принципу движения теплоносителя схемы могут быть тупиковые, попутные и смешанные.
Для систем с естественным побуждением теплоносителя рекомендуются схемы с верхней разводкой, с одним или двумя (в зависимости от нагрузки и конструктивных особенностей дома) главными стояками, с расширительным баком, установленном на главном стояке.
Котел для однотрубных систем с естественной циркуляцией может находиться на одном уровне с нижними нагревательными приборами, но лучше, если он будет заглублен, хотя бы до уровня бетонной плиты, в приямок или установлен в подвале.
Котел для двухтрубных систем отопления с естественной циркуляцией обязательно заглублять по отношению к нижнему нагревательному прибору. Высота заглубления уточняется расчетом, но не менее 1,5-2 м. Системы с искусственным (насосным) побуждением теплоносителя имеют более широкий диапазон применения. Можно конструировать схемы с верхней, нижней и горизонтальной разводками теплоносителя.
Системы отопления бывают:
· водяные;
· воздушные;
· электрические, в том числе с греющим электрокабелем, заложенным в пол отапливаемых помещений, и аккумуляторные тепловые печи (проектируются при наличии разрешения энергоснабжающей организации).
Водяные системы отопления проектируются вертикальными с нагревательными приборами, установленными под оконными проемами, и с греющими трубопроводами, заложенными в конструкции пола. При наличии отапливаемых поверхностей, до 30% отопительной нагрузки следует обеспечивать нагревательными приборами, установленными под оконными проемами.
Квартирные системы воздушного отопления, совмещенные с вентиляцией, должны позволять работать в режиме полной циркуляции (люди отсутствуют) только на наружной вентиляции (интенсивные бытовые процессы) или на смеси наружной и внутренней вентиляции в любых желаемых соотношениях.
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.
· 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.
· Экономические. Отопительные приборы должны иметь наименьшие приведённые затраты на их изготовление, монтаж, эксплуатацию, а также обладать наименьшим расходом металла.
· 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.
· Производственно-монтажные. Должна обеспечиваться максимальная механизация работ при производстве и монтаже отопительных приборов. Отопительных приборов. Отопительные приборы должны обладать достаточной механической прочностью.
· Эксплуатационные. Отопительные приборы должны обеспечить управляемость их теплоотдачей и обеспечивать теплоустойчивость и водонепроницаемость при предельно допустимом в рабочих условиях гидростатическом давлении внутри прибора.
· Теплотехнические. Отопительные приборы должны обеспечивать наибольшую плотность удельного теплового потока, приходящегося на единицу площади (Вт/м).
Системы водяного отопления
Самое распространенное в России отопление – водяное . В этом случае тепло передается в помещения горячей водой, содержащейся в приборах отопления. Наиболее привычный способ - водяное отопление с естественной циркуляцией воды. Принцип прост: вода перемещается из-за разницы температур и плотности. Более легкая горячая вода поднимается от отопительного котла вверх. Постепенно остывая в трубопроводе и отопительных приборах, тяжелеет и стремится вниз, обратно к котлу. Основное преимущество такой системы – независимость от электроснабжения и достаточно простой монтаж. Многие российские умельцы справляются с ее установкой самостоятельно. Кроме того, небольшое циркуляционное давление делает ее безопасной. Но для работы системы требуются трубы увеличенного диаметра. При этом пониженная теплоотдача, ограниченный радиус действия и большое количество времени, требуемое на запуск, делает ее несовершенной и подходящей только для небольших домов.
Более современны и надежны схемы отопления с принудительной циркуляцией. Здесь вода приводится в движение за счет работы циркуляционного насоса. Он устанавливается на трубопроводе, подводящем воду к теплогенератору, и задает скорость потоку.
Быстрый запуск системы и, как следствие, быстрый прогрев помещений - достоинство насосной системы. К недостаткам относится то, что при отключении электропитания она не работает. А это может привести к замораживанию и разгерметизации системы. Сердце системы водяного отопления - источник теплоснабжения, теплогенератор. Именно он создает энергию, обеспечивающую тепло. Такое сердце - котлы на разных видах топлива. Наиболее популярны газовые котлы. Другой вариант - котел на дизельном топливе. Электрические котлы выгодно отличаются отсутствием открытого пламени и продуктов горения. Твердотопливные котлы не удобны в эксплуатации из-за необходимости частой топки. Для этого надо иметь десятки кубометров топлива, площади для его хранения. А добавьте сюда трудозатраты на загрузку и заготовку! Кроме того, режим теплоотдачи твердотопливного котла цикличен, и температура воздуха в отапливаемых помещениях заметно колеблется в течение суток. Место для хранения запасов топлива также необходимо и для котлов на жидком топливе.
Алюминиевые, биметаллические и стальные радиаторы
Прежде чем выбрать какой-либо отопительный прибор, необходимо обратить внимание на те показатели, которым данным прибор должен соответствовать: высокая теплоотдача, небольшой вес, современный дизайн, малая емкость, небольшой вес. Самая главная характеристика отопительного прибора - теплоотдача, то есть то количество тепла, которое должно быть в 1 час на 1 кв.метр поверхности нагрева. Лучшим считается прибор, у которого выше данный показатель. Теплоотдача зависит от многих факторов: теплопередающей среды, конструкции прибора отопления, способа установки, цвета окраски, скорости движения воды, скорости омывания прибора воздухом. Все приборы системы водяного отопления по конструкции подразделяются на панельные, секционные, конвекторы и колончатые алюминиевые радиаторы или стальные.
Панельные приборы отопления
Производятся из холоднокатаной высокачественной стали. Они состоят из одной, двух или трех плоских панелей, внутри которых находится теплоноситель, также у них есть ребристые поверхности, которые нагреваются от панелей. Нагрев помещения происходит быстрее, чем при использовании секционных радиаторов. Вышеуказанные панельные радиаторы водяного отопления бывают с боковым или нижним подключением. Боковое подключение применяется в случаи замены старого радиатора с боковым подключением или в случае, если немного неэстетичный вид радиатора не мешает интерьеру помещения.
Децентрализованные системы теплоснабжения
Децентрализованные потребители, которые из-за больших расстояний от ТЭЦ не могут быть охвачены централизованным теплоснабжением, должны иметь рациональное (эффективное) теплоснабжение, отвечающее современному техническому уровню и комфортности.
Масштабы потребления топлива на теплоснабжение весьма велики. В настоящее время теплоснабжение промышленных, общественных и жилых зданий осуществляется примерно на 40+50% от котельных, что является не эффективным из-за их низкого КПД (в котельных температура сгорания топлива составляет примерно 1500 ОС, а тепло потребителю выдается при существенно более низких температурах (60+100 ОС)).
Таким образом, нерациональное использование топлива, когда часть тепла вылетает в трубу, приводит к истощению запасов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).
Постепенное истощение запасов топливно-энергетических ресурсов в европейской части нашей страны потребовало в свое время развития топливно-энергетического комплекса в ее восточных районах, что резко увеличило затраты на добычу и транспорт топлива. В этой ситуации необходимо решить важнейшую задачу по экономии и рациональному использованию ТЭР, т.к. запасы их ограничены и по мере их уменьшения стоимость топлива будет неуклонно расти.
В связи с этим эффективным энергосберегающим мероприятием является разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения с рассеянными автономными источниками тепла.
В настоящее время наиболее целесообразным являются децентрализованные системы теплоснабжения, базирующиеся на нетрадиционных источниках тепла, таких как: солнце, ветер, вода.
Ниже рассмотрим только два аспекта вовлечения нетрадиционной энергетики:
- * теплоснабжение на базе тепловых насосов;
- * теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов.
Теплоснабжение на базе тепловых насосов. Основное назначение тепловых насосов (ТН) -отопление и горячее водоснабжение с использованием природных низкопотенциальных источников тепла (НПИТ) и сбросного тепла промышленного и коммунально-бытового сектора.
К достоинствам децентрализованных тепловых систем относится повышенная надежность теплоснабжения, т.к. они не связаны тепловыми сетями, которые в нашей стране превышают 20 тыс. км, причем большая часть трубопроводов находится в эксплуатации сверх нормативного срока службы (25 лет), что приводит к авариям . Кроме этого, строительство протяженных теплотрасс сопряжено со значительными капитальными затратами и большими потерями тепла. Тепловые насосы по принципу действия относятся к трансформаторам тепла, в которых изменение потенциала тепла (температуры) происходит в результате подведенной извне работы .
Энергетическая эффективность тепловых насосов оценивается коэффициентами трансформации, учитывающими полученный «эффект», отнесенный к затраченной работе и КПД.
Полученный эффект - это количество тепла Qв, которое производит ТН. Количество тепла Qв, отнесенное к затраченной мощности Nэл на привод ТН, показывает, сколько единиц тепла получается на единицу затраченной электрической мощности. Это отношение м=0В/Нэлй
называют коэффициентом преобразования или трансформации тепла, который для ТН всегда больше 1. Некоторые авторы называют этот коэффициент КПД, но коэффициент полезного действия не может быть больше 100%. Ошибка здесь в том, что тепло Qв (как неорганизованная форма энергии) делится на Nэл (электрическую, т.е. организованную энергию) .
КПД же должен учитывать не просто количество энергии, а работоспособность данного количества энергии. Следовательно, КПД - это отношение работоспособностей (или эксергий) любых видов энергии :
где: Еq - работоспособность (эксергия) тепла Qв; ЕN - работоспособность (эксергия) электрической энергии Nэл.
Так как тепло всегда связано с температурой, при которой это тепло получается, то следовательно работоспособность (эксергия) тепла зависит от температурного уровня T и определяется:
где ф - коэффициент работоспособности тепла (или «фактор Карно»):
q=(Т-Тос)/Т=1-Тос/
где Тос - температура окружающей среды.
Для каждого теплового насоса эти показатели равны:
1. Коэффициент трансформации тепла:
м=qв/l=Qв/Nэл¦
з=СВ(фт)В//=Й*(фт)В>
Для реальных ТН коэффициент трансформации составляет м=3-!-4, в то время как з=30-40%. Это означает, что на каждый затраченный кВт.ч электрической энергии получается QB=3-i-4 кВт.ч тепла. Это является основным преимуществом ТН перед другими способами получения тепла (электрический нагрев, котельная и т.п.).
За несколько последних десятков лет во всем мире резко возросло производство тепловых насосов, но в нашей стране ТН до настоящего времени не нашли широкого применения.
Причин здесь несколько.
- 1. Традиционная ориентация на централизованное теплоснабжение.
- 2. Неблагоприятное соотношение между стоимостью электроэнергии и топлива.
- 3. Изготовление ТН проводится, как правило, на базе наиболее близких по параметрам холодильных машин, что не всегда приводит к оптимальным характеристикам ТН. Проектирование серийных ТН на конкретные характеристики, принятое за рубежом, существенно повышает как эксплуатационные, так и энергетические характеристики ТН.
Выпуск теплонасосного оборудования в США, Японии, ФРГ, Франции, Англии и других странах базируется на производственных мощностях холодильного машиностроения. ТН в этих странах применяются, в основном, для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилищного, торгового и промышленного секторов.
В США, например, эксплуатируется свыше 4 млн единиц тепловых насосов небольшой, до 20 кВт, производительности тепла на базе поршневых или ротационных компрессоров. Теплоснабжение школ, торговых центров, бассейнов осуществляется ТН теплопроизводительностью 40 кВт, выполняемыми на базе поршневых и винтовых компрессоров. Теплоснабжение районов, городов - крупными ТН на базе центробежных компрессоров с Qв свыше 400 кВт тепла. В Швеции из 130 тыс. работающих ТН более 100 -- теплопроизводительностью 10 МВт и более. В Стокгольме теплоснабжение на 50% производится от ТН.
В промышленности тепловые насосы утилизируют низкопотенциальное тепло производственных процессов. Анализ возможности применения ТН в промышленности, проведенный на предприятиях 100 шведских компаний, показал, что наиболее подходящей сферой для применения ТН являются предприятия химической, пищевой и текстильной промышленности.
В нашей стране вопросами применения ТН начали заниматься с 1926 г. . В промышленности с 1976 г. работали ТН на чайной фабрике (г. Самтредия, Грузия) , на Подольском химико-металлургическом заводе (ПХМЗ) с 1987 г. , на Сагареджойском молочном комбинате, Грузия, в подмосковном молочно-животноводческом совхозе «Горки-2» с 1963 г. Кроме промышленности ТН в то время начали применяться в торговом центре (г. Сухуми) для теплохладоснабжения, в жилом доме (пос. Бу-курия, Молдова), в пансионате «Дружба» (г. Ялта), климатологической больнице (г. Гагра), курортном зале Пицунды.
В России в настоящее время ТН изготавливаются по индивидуальным заказам различными фирмами в Нижнем Новгороде, Новосибирске, Москве. Так, например, фирмой «Тритон» в Нижнем Новгороде выпускаются ТН теплопроизводительностью от 10 до 2000 кВт с мощностью компрессоров Nэл от 3 до 620 кВт.
В качестве низкопотенциальных источников тепла (НПИТ) для ТН наибольшее распространение находит вода и воздух. Отсюда наиболее часто применяемыми схемами ТН являются «вода-воздух» и «воздух-воздух». По таким схемам ТН выпускают фирмы: «Сагriг«, «Lеnnох», Westinghous», «General Electrik» (США), «Нitachi», «Daikin» (Япония), «Sulzer» (Швеция), «ЧКД» (Чехия), «Klimatechnik» (Германия). В последнее время в качестве НПИТ используют сбросные промышленные и канализационные стоки.
В странах с более суровыми климатическими условиями целесообразно применять ТН совместно с традиционными источниками тепла. При этом в отопительный период теплоснабжение зданий осуществляется преимущественно от теплового насоса (80-90% годового потребления), а пиковые нагрузки (при низких температурах) покрываются электрокотлами или котельными на органическом топливе.
Применение тепловых насосов приводит к экономии органического топлива. Это особенно актуально для удаленных регионов, таких как северные районы Сибири, Приморья, где имеются гидроэлектростанции, а транспортировка топлива затруднена. При среднегодовом коэффициенте трансформации м=3-4 экономия топлива от применения ТН по сравнению с котельной составляет 30-5-40%, т.е. в среднем 6-5-8 кг у.т./ГДж. При увеличении м до 5, экономия топлива возрастает примерно до 20+25 кг у.т./ГДж по сравнению с котельными на органическом топливе и до 45+65 кгу.т./ГДж по сравнению с электрокотлами.
Таким образом, ТН в 1,5-5-2,5 раза выгоднее котельных. Стоимость тепла от ТН примерно в 1,5 раза ниже стоимости тепла от централизованного теплоснабжения и в 2-5-3 раза ниже угольных и мазутных котельных.
Одной из важнейших задач является утилизация тепла сбросной воды тепловых электростанций . Важнейшей предпосылкой внедрения ТН являются большие объемы тепла, выбрасываемые в градирни. Так, например, суммарная величина сбросного тепла на городских и прилегающих к Москве ТЭЦ в период с ноября по март отопительного сезона составляет 1600-5-2000 Гкал/ч. С помощью ТН можно передать большую часть этого сбросного тепла (около 50-5-60%) в теплосеть. При этом:
- * на производство этого тепла не надо затрачивать дополнительное топливо;
- * улучшилась бы экологическая обстановка;
- * за счет снижения температуры циркуляционной воды в конденсаторах турбин существенно улучшится вакуум и повысится выработка электроэнергии.
Масштабы внедрения ТН только в ОАО «Мосэнерго» могут быть весьма значительны и применение их на «сбросном» тепле гради-
рен может достигать 1600-5-2000 Гкал/ч. Таким образом, применение ТН на ТЭЦ выгодно не только технологически (улучшение вакуума), но и экологически (реальная экономия топлива или повышение тепловой мощности ТЭЦ без дополнительных расходов топлива и капитальных затрат) . Все это позволит в тепловых сетях увеличить присоединенную нагрузку.
Рис.1.
1 - центробежный насос; 2 - вихревая труба; 3 - расходомер; 4 - термометр; 5 - трехходовой кран; 6 - вентиль; 7 - батарея; 8 - калорифер.
Теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов. Автономные водяные теплогенераторы (АТГ) предназначены для получения нагретой воды, которая используется для теплоснабжения различных промышленных и гражданских объектов.
АТГ включает в свой состав центробежный насос и специальное устройство, создающее гидравлическое сопротивление. Специальное устройство может иметь различную конструкцию, эффективность работы которой зависит от оптимизации режимных факторов, определяемых НОУ-ХАУ-разработками.
Одним из вариантов специального гидравлического устройства является вихревая труба, включаемая в систему децентрализованного теплоснабжения, работающая на воде .
Применение системы децентрализованного теплоснабжения весьма перспективно, т.к. вода, являясь рабочим веществом, используется непосредственно для отопления и горячего во-
доснабжения, тем самым делая эти системы экологически чистыми и надежными в эксплуатации. Такая децентрализованная система теплоснабжения была смонтирована и испытана в лаборатории Основ трансформации тепла (ОТТ) кафедры Промышленных теплоэнергетических систем (ПТС) МЭИ.
Система теплоснабжения состоит их центробежного насоса, вихревой трубы и стандартных элементов: батареи и калорифера. Указанные стандартные элементы являются неотъемлемыми частями любых систем теплоснабжения и поэтому их наличие и успешная работа дают основания утверждать о надежной работе любой системы теплоснабжения, включающей эти элементы.
На рис. 1 представлена принципиальная схема системы теплоснабжения. Система заполнена водой, которая, нагреваясь, поступает в батарею и калорифер. Система снабжена переключающей арматурой (трехходовыми кранами и вентилями), которая позволяет осуществлять последовательное и параллельное включение батареи и калорифера.
Работа системы осуществлялась следующим образом. Через расширительный бачок система заполняется водой таким образом, чтобы из системы был удален воздух, что затем контролируется по манометру. После этого на шкаф блока управления подается напряжение, задатчиком температуры устанавливается температура воды, подаваемой в систему (50-5-90 ОС), и включается центробежный насос. Время выхода на режим зависит от заданной температуры. При заданной tв=60 ОС время выхода на режим составляет t=40 мин. Температурный график работы системы представлен на рис. 2.
Пусковой период системы составил 40+45 мин. Темп повышения температуры составил Q=1,5 град/мин.
Для измерения температуры воды на входе и выходе из системы установлены термометры 4, а для определения расхода - расходомер 3.
Центробежный насос был установлен на легкой передвижной подставке, изготовление которой можно осуществить в любой мастерской. Остальное оборудование (батарея и калорифер) стандартное, приобретаются в специализированных торговых фирмах (магазинах).
Арматура (трехходовые краны, вентили, уголки, переходники и т.д.) также приобретаются в магазинах. Система смонтирована из пластиковых труб, сварка которых осуществлялась специальным сварочным агрегатом, который имеется в лаборатории ОТТ.
Разность температур воды в прямой и обратной магистралях составила примерно 2 ОС (Дt=tnp-to6=1,6). Время работы центробежного насоса ВТГ составляло в каждом цикле 98 с, паузы длились по 82 с, время одного цикла равнялось 3 мин.
Система теплоснабжения, как показали испытания, работает устойчиво и в автоматическом режиме (без участия обслуживающего персонала) поддерживает первоначально заданную температуру в интервале t=60-61 ОС.
Система теплоснабжения работала при последовательном по воде включении батареи и калорифера.
Эффективность системы оценивается:
1. Коэффициентом трансформации тепла
м=(П6+Пк)/нн=УП/нн;
Из энергетического баланса системы видно, что дополнительное количество теплоты, выработанное системой, составляло 2096,8 ккал. На сегодняшний день существуют различные гипотезы, пытающиеся объяснить, как появляется дополнительное количество теплоты, но однозначного общепризнанного решения нет.
Выводы
децентрализованный теплоснабжение нетрадиционный энергетика
- 1. Децентрализованные системы теплоснабжения не требуют протяженных теплотрасс, а следовательно - больших капитальных затрат.
- 2. Использование децентрализованных систем теплоснабжения позволяет существенно сократить вредные выбросы от сгорания топлива в атмосферу, что улучшает экологическую обстановку.
- 3. Использование тепловых насосов в системах децентрализованного теплоснабжения для объектов промышленного и гражданского секторов позволяет по сравнению с котельными экономить топливо в количестве 6+8 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла, что составляет примерно 30-5-40%.
- 4. Децентрализованные системы на базе ТН успешно применяются во многих зарубежных странах (США, Япония, Норвегия, Швеция и др.). Изготовлением ТН занимаются более 30 фирм.
- 5. В лаборатории ОТТ кафедры ПТС МЭИ смонтирована автономная (децентрализованная) система теплоснабжения на базе центробежного водяного теплогенератора.
Система работает в автоматическом режиме, поддерживая температуру воды в подающей магистрали в любом заданном интервале от 60 до 90 ОС.
Коэффициент трансформации тепла системы составляет м=1,5-5-2, а КПД равен около 25%.
6. Дальнейшее повышение энергетической эффективности децентрализованных систем теплоснабжения требует проведения научно-технических исследований с целью определения оптимальных режимов работы.
Литература
- 1. Соколов Е. Я. и др. Прохладное отношение к теплу. Известия от 17.06.1987.
- 2. Михельсон В. А. О динамическом отоплении. Прикладная физика. Т.III, вып. З-4, 1926.
- 3. Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат, 1982.
- 4. Везиришвили О.Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. - М.: Издательство МЭИ, 1994.
- 5. Мартынов А. В., Петраков Г. Н. Двухцелевой тепловой насос. Промышленная энергетика № 12, 1994.
- 6. Мартынов А. В., Яворовский Ю. В. Использование ВЭР на предприятиях химической промышленности на базе ТНУ. Химическая промышленность
- 7. Бродянский В.М. и др. Эксергетический метод и его приложения. - М.: Энергоиздат, 1986.
- 8. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения - М.: Энергоиздат, 1981.
- 9. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
- 10. ДевянинД.Н., ПищиковС.И., Соколов Ю.Н. Тепловые насосы - разработка и испытание на ТЭЦ-28. // «Новости теплоснабжения», № 1, 2000.
- 11. Мартынов А.В., Бродянский В.М. «Что такое вихревая труба?». М.: Энергия, 1976.
- 12. Калиниченко А.Б., Куртик Ф.А. Теплогенератор с самым высоким КПД. // «Экономика и производство», № 12, 1998.
- 13. Мартынов А.В., Янов А.В., Головко В.М. Система децентрализованного теплоснабжения на базе автономного теплогенератора. // «Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века», № 11, 2003.