Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России. 2

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

   подаваемой  воды.

   Использование  проточных теплогенераторов, оснащенных модулируемыми горелочными устройствами с хорошей глубиной регулирования (Q/Qн=0,2-1,0) обеспечивает стабильные технические и эксплуатационные показатели работы системы горячего водоснабжения без применения накопительных емкостей.

   Необходимо  отметить, что недопустимо применение  в системе горячего водоснабжения  оцинкованных стальных труб с  теплогенераторами, оснащенными медными теплообменниками.

   Качество  и долговечность работы проточных теплогенераторов в системе горячего водоснабжения во многом определяются техническим обоснованием решения по надежному обеспечению гидравлического режима и защите теплогенератора.

Емкостные теплогенераторы

 Особенности  работы проточных теплогенераторов должны учитываться и при использовании емкостных теплогенераторов в тех случаях, когда объем воды в емкостном теплогенераторе менее 5 дм3 на 1 кВт мощности.

   Для  емкостных теплогенераторов систем горячего водоснабжения и для вторичных контуров схем с независимым подключением проточных теплогенераторов необходимо учитывать ряд важных моментов:

- предусматривать  защиту оборудования от отложений  накипи умягчением воды в установках  ее химической обработки (наиболее  остро необходимость обработки  воды становится при ее общей  жесткости 4,5 мг-экв/л и более);

- обеспечить  защиту емкостей-аккумуляторов от  внутренней коррозии (в большинстве  случаев путем антикоррозионной  обработки поверхностей емкости  и электрохимической защитой,  преимущественно с магниевым  анодом);

- системой  управления работой емкостных  водонагревателей, баков-аккумуляторов  обеспечивать периодический (один  раз в 5-8 дней) нагрев воды в  емкости до 90°C с целью уничтожения  бактерий легионелл.

   Необходимо  также учитывать, что с емкостные  теплогенераторы обладают значительной тепловой инерцией в периоды запуска и больших водоразборов и могут приводить к существенным колебаниям температуры воды у потребителя.

   При  обосновании числа установленных  теплогенераторов и их единичной мощности необходимо руководствоваться суточным графиком потребления горячей воды, значениями часовой неравномерности потребления, максимальным и среднечасовым расходами в системе, наличием баков-аккумуляторов, типом теплогенераторов (емкостные или проточные) и их параметрическим рядом (по мощности). При применении схем без баков - аккумуляторов горячей воды суммарная мощность устанавливаемых теплогенераторов подбирается по максимальному "пиковому" потреблению горячей воды, при использовании баков-аккумуляторов (емкостных нагревателей) все оборудование первичного контура схемы горячего водоснабжения (включая теплогенераторы) подбирается по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения:

   Во  всех случаях использования двух  и более котельных агрегатов  для работы в системе горячего  водоснабжения рекомендуется производить  обвязку теплогенераторов по приведенным схемам с индивидуальными для каждого теплогенератора питательными насосами и запорно-регулирующей арматурой.

   При  каскадном регулировании мощности  параллельно включенных теплогенераторов для исключения перетока холодной воды в режимах работы одного теплогенератора рекомендуется устанавливать клапан "отсечки" потока

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.

Основные  типы радиаторов применяемых для  автономного отопления

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.

Секционные  приборы водяного отопления

Изготавливаются из стали, чугуна или алюминия. Они  используют конвективный метод обогрева помещения, то есть они отдают тепло  за счет циркуляции воздуха через  них. Воздух проходит сквозь конвектор  сверху вниз и нагревается от большого количества теплых поверхностей.

Конвекторы

Обеспечивают  циркуляционное движение воздуха в  помещении, когда теплый воздух поднимается  вверх, а холодный воздух наоборот опускается вниз и, проходя сквозь конвектор, обратно  нагревается.

Стальной  радиатор водяного отопления может  быть и секционного, и панельного типа. Сталь чаще всего подвергается коррозии и поэтому данные радиаторы  наиболее подходят для закрытых помещений. Производят два типа радиаторов: с  горизонтальными каналами и с  вертикальными каналами.

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые радиаторы водяного отопления отличаются небольшим весом и обладают хорошей  теплоотдачей, эстетичны, но дорого стоят. Часто не выдерживают высокого давления в системе. Их достоинство – они  нагревают помещение намного  быстрее, чем это делают чугунные радиаторы.

Биметаллические радиаторы

Биметаллические радиаторы водяного отопления состоят  из алюминиевого корпуса и стальных труб, по которым движется теплоноситель. Их главное преимущество перед другими  радиаторами - прочность. Их рабочее  давление достигает до 40 атм., в то время как алюминиевые радиаторы  водяного отопления работают при  давлении в 16 атм. К сожалению, на данный момент на европейском рынке очень  редко можно встретить в продаже  данные биметаллические радиаторы  водяного отопления.

Чугунные  радиаторы колончатого типа –  это практически самый распространенный вид радиаторов. Они долговечны и  практичны в использовании. Чугунные радиаторы выпускают двухколонными  секциями. Данные отопительные приборы  могут эксплуатироваться при  самом большом рабочем давлении. Их недостаток – это большой вес  и несоответствие дизайну помещения. Вышеуказанные радиаторы применяются  в системах с плохой подготовкой  теплоносителя. Они достаточно недороги по цене. 
 
Интересы сторон

Рассуждая о  дальнейших перспективах развития мини-энергетики в многоквартирных домах, отметим, что решение этого вопроса  зависит от представителей целого ряда сфер, имеющих различные интересы.

а) Застройщики, на которых можно было бы возлагать  основную надежду, как правило, не заинтересованы в обеспечении таким оборудованием  возводимого жилья, поскольку обычно это приводит к пусть незначительному, но удорожанию себестоимости квадратного  метра. Подключить многоквартирный  дом к централизованным теплосетям, как правило, несколько дешевле. Практически все МКД у нас  строятся на продажу, прежней системы жилищно-строительных кооперативов не существует, равно как в нашей стране нет и доходных домов.

б)  Управляющие  компании в большинстве своем  также не заинтересованы в инвестировании мини-энергетики в эксплуатируемом  жилье, поскольку даже установка  наиболее дешевой крышной котельной  потребует крупных финансовых вливаний в чужое имущество.

в) Товариществам  собственников жилья крайне выгодно  вложить деньги в строительство  общедомовой автономной котельной. Однако они располагают небольшими финансовыми ресурсами (хотя в предкризисные  годы некоторыми банками специально для ТСЖ предлагались кредиты  на строительство автономных котельных). При этом на сегодняшний день многие председатели товариществ опасаются  брать на себя дополнительную ответственность  за теплоснабжение многоквартирного дома (сбоев в газоснабжении, неисправности  оборудования).

г) Собственникам  жилья выгодно, прежде всего, поквартирное автономное отопление, предоставляющее  наибольшую возможность экономить  на коммунальных платежах. Впрочем, установка  крышной котельной также обещает  благотворно сказаться на их материальном благополучии. Но многие из них, как  покупатели жилья в новостройках, так и жильцы «вторички»пока  не видят своей выгоды.

д)  Теплоснабжающим  предприятиям мини-энергетика, разумеется, не выгодна. И в этой связи хочется отметить новую тенденцию, проявившуюся в ряде крупных городов. Собственниками ряда теплоснабжающих предприятий становятся торгующие природными ресурсами олигархические структуры. Возможно, это позволит сдерживать растущие тарифы (хотя не исключен и обратный эффект монополизации рынка). Но не исключено, что одновременно они будут использовать свои мощные лоббистские ресурсы для сдерживания развития мини-энергетики.

е)  Городские  власти, как правило, негативно настроены  к автономному теплоснабжению. В  Ростове, например, к мини-энергетике отношение весьма скептичное, хотя острой неприязни не наблюдается. Как  отмечал  телеканал “Дон-ТР”  еще в 2005 году, более 800 многоквартирных  домов мегаполиса хотели бы отключиться  от услуг централизованных тепловых предприятий. Но власти не поддерживают мини-энергетику.

Основной  аргумент властей мегаполиса – развитие этой сферы малоперспективно, поскольку  в Ростове исторически сформировалась централизованная инфраструктура. Именно на нее сделана основная ставка в  ряде утвержденных стратегических муниципальных  программ и законов (например, в новом  генплане развития города).

Автономная  система теплоснабжения — альтернатива или шаг назад?

Рассматривая  принцип централизации не по количественному  признаку — единичной мощности, а по признаку группового объединения  потребителей на базе центрального источника  в рамках отдельного потребителя (возможно, группового), выделенного в отдельную  единицу (квартиру, коттедж, многоэтажное здание), можно утверждать, что ни электроснабжение и газоснабжение, ни водоснабжение и канализация  в относительно больших городах  не могут развиваться как децентрализованные системы, что не исключает такую  возможность в малых населенных пунктах (для малоэтажных зданий), безусловно, включая альтернативные источники энергообеспечения.

Особое место  определено для систем теплоснабжения — как централизованных по принципу выработки теплоты, таки децентрализованных, создание которых базируется на системах централизованной поставки энергоносителя (будь то газопроводная, электрическая  сеть или централизованная поставка жидкого, твердого топлива). Суть проблемы состоит в месте выработки  и способе распределения теплоносителя  нужных параметров в требуемых количествах. Особая роль и место системы теплоснабжения в общей инфраструктуре инженерного обеспечения жилого фонда формируется в северных регионах с длительным отопительным периодом и большими энергозатратами на отопление зданий. Концентрация нагрузок теплоснабжения на базе мощных источников теплоты с последующим распределением нагрузки по сети потребителей обеспечивает значительные преимущества социального и технико-экономического порядка.