Козлов Сергей Владимирович : другие произведения.

Основные принципы выбора системы теплоснабжения

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Рассматриваются достоинства и недостатки разных устройств отопления.

Основные принципы выбора системы теплоснабжения.

  
   При реконструкции старых и строительстве новых объектов возникает проблема выбора системы теплоснабжения. Естественно, что желательно выбрать систему, которая имеет меньшие затраты: капитальные и эксплуатационные.
   Первый вопрос на который необходимо ответить это - какая система предпочтительнее централизованная или децентрализованная?
   "Общий кризис экономики, систематическое выделение финансовых средств по остаточному принципу вызвали резкое ухудшение состояния коммунальных объектов в России. По оценочным данным, физический износ основных фондов ЖКХ в целом по России составил: котельных - 54,5%; центральных тепловых пунктов - 50,1%; тепловых сетей - 62,8%; Теловых насосных станций - 52,3%.
   Степень износа объектов коммунального хозяйства по отдельным муниципальным образованиям достигает 70-80%. Причем темпы нарастания износа составляют 1-2% в год." (из доклада Министра регионального развития РФ В.А. Яковлева 11 мая 2006 г. на заседании Правительства РФ).
   Разрушающиеся теплотрассы отапливают улицу, а не дома. Затраты же на отопление улиц коммунальщики перекладывают на конечного потребителя. Установка тепловых счетчиков даст лишь временную передышку. После того, как большинство потребителей установят счетчики, теплопроизводящие компании обязательно повысят тарифы, чтобы компенсировать свои потери в теплотрассах. При этом рост тарифов не уменьшает вероятность остаться без тепла в пик морозов.
   Похожая ситуация сложилась на многих крупных предприятиях. Построенные в советское время централизованные заводские котельные уже по нескольку раз выработали свой ресурс. Внутризаводские теплотрассы обветшали. Перепрофилирование производственных помещений вызывает необходимость изменения схем их отопления. В результате приватизации многие заводы разделены на несколько независимых частей, при этом котельная остается в собственности одного юридического лица. В такой ситуации местный монополист не только может, а реально в большинстве случаев, увеличивает в несколько раз тарифы на отопление.
   Даже при условии отсутствия всех экономических сравнительных расчетов по капитальным и эксплуатационным затратам критерий выбора системы отопления по принципу децентрализации вполне достаточен, чтобы понять, насколько такая система экономичней:
   - потери при производстве и передаче тепла;
   - регулируемость системы по заданной температуре непосредственно в рабочей зоне;
   - прямые затраты на отопление, эксплуатационные затраты на содержание системы (плановые ремонты и заработная плата обслуживающего персонала);
   - легкость перевода системы отопления на дежурный режим (поддерживающий минимальный температурный режим в нерабочее время).
   Что такое энергосберегающая система теплоснабжения? Ответ лежит в самом названии. Это система, которая производит и передает тепло с наиболее высоким коэффициентом полезного действия. И самый простой способ сделать систему отопления энергосберегающей - приблизить производство тепла, к потребителю этого тепла. Это и есть принцип децентрализации. Как результат, любая децентрализованная система при анализе вышеперечисленных параметров будет иметь преимущества перед централизованной, и может считаться энергосберегающей системой.
   Себестоимость тепла практически повсеместно значительно ниже цены тепла, покупаемого "со стороны". Намного перспективней тратить деньги на свое собственное развитие, а не на развитие другого коммерческого предприятия, являющегося, как правило, монополистом.
   Второй вопрос, на который необходимо ответить: какой вид топлива выбрать: твердое или жидкое, газ или электричество?
   Основными типами оборудования для децентрализованных систем, на которые по большей части и ориентируются при разработке последних, являются достаточно традиционные нагревательные устройства, основанные на прямом нагреве теплоносителя. Однако, как отмечают многие специалисты, такие устройства обладают целым рядом недостатков, снижающими их конкурентоспособность по сравнению с централизованными системами теплоснабжения. Среди них: более высокий удельный расход топлива и потенциально более высокая опасность в эксплуатации. Кроме этого при эксплуатации твердотопливных котлов необходимо доставлять, разгружать и хранить топливо, утилизировать шлаки, устанавливать и эксплуатировать очистные системы. Кочегары должны работать в три смены, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы. Использование котлов на жидком топливе снимает часть проблем, однако стоимость жидкого топлива значительно выше, чем твердого. Поэтому реально выбор стоит между газом и электричеством.
   В настоящее время ее средний уровень газификация по стране составляет 53%, в отдельных регионах - около 30%. В ОАО "Газпром" считают, что действующие регулируемые оптовые цены (в 2005 году - 1 009,7 руб. за 1 000 куб. м без НДС и акциза) были установлены ниже экономически обоснованного уровня. Несмотря на то, что оптовые цены на газ, поставляемый Газпромом, повышаются (в 2005 году - в среднем на 23%, в 2006-м - на 11%), убытки компании по поставкам на внутреннем рынке составили за 2005 год 8 млрд. рублей.
   ОАО "Газпром" настаивает на увеличении предельного уровня тарифов на газ на внутреннем рынке до 22% в 2007-2008 годах, в 2009 году - до 10%. В ОАО "Газпром" считают, что: "Заниженная стоимость газа на внутреннем рынке оказывает негативное влияние не только на финансово-экономическое положение Газпрома, но и способствует развитию отрицательных тенденций в экономике в целом. Если сохранится недооценка газа как основного топливного ресурса, то цены на газ по-прежнему не будут экономически стимулировать потребителей к внедрению энергосберегающих технологий, способствовать снижению высокой энергоемкости экономики страны и будут препятствовать повышению ее конкурентоспособности". По мнению экспертов в течение ближайших двух лет потребности в газе превысят объемы его добычи. Из этого следует, что тарифы на газ и стоимость выделения лимитов на подключения к газовой сети будут расти. Однако потребитель покупает не топливо, а средство для получения тепла. Не топливо должно быть дешевым, а тепло, которые потребители получают во время зимних вьюг.
   Несмотря на такие неоднозначные перспективы, перечислим некоторые современные виды отопительного оборудования, работающие на газе:
      -- Газовые котлы.
   Котел КЧМ-5-К-85-27: номинальная производительность 84,5 кВт, отапливаемая площадь 845 кв. м., КПД 88,7%, расход газа 9 м3/час, дымовая труба: высота 9 м, сечение 270 см2 , уровень звуковой мощности работающего котла не более 80 дБА.
      -- Промышленные теплогенераторы (воздухонагреватели) рекуперативного типа.
   Теплогенератор состоит из корпуса, камеры сгорания и теплообменника, снабжен вентилятором, блочной горелкой и шкафом управления. В теплообменнике теплогенератора рекуперативного типа при одновременном протекании теплообменивающихся сред теплота от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху передается через разделяющую их стенку.
   ТВГ-200: тепловая мощность не более 200 кВт, подача нагретого воздуха до 5 000 м3/час, КПД 90-92%, расход газа 25 м3/час.
      -- Инфракрасные газовые потолочные обогреватели.
   Для работы излучателя требуется подведение газа и электропитания. Точно дозированное количество газа поступает в смесительную трубу, где смешивается с воздухом в легковоспламеняющуюся смесь (газ-воздух). Она равномерно распределяется в смесительной камере, предварительно подогревается и затем попадает в керамическую плитку. В плитке находятся тысячи маленьких отверстий, в которых происходит процесс горения смеси газ-воздух. При горении плитка нагревается до температуры 9000оС. Плитка изготавливается по специальной рецептуре для более быстрой теплоотдачи. Это необходимо для процесса "низкотемпературного" горения, при котором значительно снижаются выбросы вредных продуктов сгорания (СО2 и NO2). Газовые ИК излучатели могут быть различных температурных уровней:
   - "светлые" высокотемпературные (температура излучающей поверхности tизл. > 1000ОС);
   - "светлые" среднетемпературные (температура излучающей поверхности 800 < tизл. < 600ОС);
   - "темные" (температура излучающей поверхности 400 < tизл. < 600ОС);
   - "субтемные" (температура излучающей поверхности 200 < tизл. < 400ОС).
   Чем выше температура теплоотдающих поверхностей, тем эффективней работа системы отопления и тем выше ее пожароопасность. КПД систем ИК отопления - 92%.
      -- "Конденсатные" или "конденсаторные" газовые котлы.
   Использования при конструировании котлов коррозионно-стойких легких сплавов и нержавеющих сталей, позволило получить дополнительное тепло от уходящих продуктов сгорания, за счет конденсации водяных паров, образующихся при сжигании топлива. Таким образом, получается дополнительное количество тепла - до 10,7 % при сжигании газа и до 5,95 % при сжигании солярки. Следствием этого и являются значения КПД, превышающие 100%. В среднем за отопительный сезон современные конденсирующие газовые котлы способны достигать КПД до 106-108%, рассчитанного относительно низшей удельной теплоты сгорания.
   Наибольшая эффективность, а соответственно повышенный КПД, достигается при работе котла в низкотемпературной системе отопления. Когда речь идет о странах с достаточно мягкими климатическими условиями, где для отопления помещений достаточно применения низкотемпературных отопительных контуров, использование такой техники действительно целесообразно. Но даже в средней полосе России, при температуре окружающей среды зимой -20®C, эксплуатация отопительного котла в низкотемпературном режиме для отопления отдельного здания не принята -- воздух в помещении может просто не прогреться.
      -- Когенерационная установка.
   Когенерационная установка позволяет использовать то тепло, которое обычно просто теряется. Она состоит из газового двигателя, генератора, системы отбора тепла и системы управления. Тепло отбирается из выхлопа, масляного радиатора и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150 кВт тепловой мощности в виде горячей воды для отопления и горячего водоснабжения. Когенераторные электростанции успешно покрывают потребность в дешевой электрической и тепловой энергии в диапазоне электрической мощности от 0,5 до 8 МВт.
   Теперь перейдем к рассмотрению вопроса отопления с помощью электроэнергии. В прогноз социально - экономического развития РФ был заложен рост тарифов на электроэнергию в 2006 году на 6,5%. Минпромэнерго сообщило, что средний тариф на электроэнергию в РФ за 8 месяцев 2006 года вырос на 5.5% и составил в августе 95.79 коп. за 1 кВт ч. Глава Минпромэнерго России Виктор Христенко, выступая в Госдуме 14 июня 2006 г. в рамках "правительственного часа", сообщил, что предельный рост тарифов на электроэнергию в РФ в ближайшие три года составит 10%, 9% и 8% соответственно, что меньше, чем на газ. Он пояснил, что эти цифры заложены в прогнозном плане, подготовленном министерством.
   Из электрических тепловых установок мы рассмотрим только наиболее современные, высокоэффективные, автономные, энергосберегающие системы отопления: тепловые насосы и один из "вихревых теплогенераторов" - тепловой гидродинамический насос типа "ТС1".
   Схема теплового насоса показана на рис. 1. В тепловом насосе источником тепла может быть скалистая порода, земля, вода или, например, воздух. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу 1, уложенному в землю (озеро) нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник 2, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
  

   1 - контур подачи низкотемпературного тепла;
2 - испаритель;
3 - компрессор;
4 - конденсатор;
5 - контур подачи высокотемпературного тепла;
6 - дроссельный клапан

Рис.1. Схема теплового насоса.

   Внутренний контур теплового насоса заполнен хладогеном. Хладоген подбирается такой, чтобы мог закипать даже при минусовой температуре. Поэтому, даже когда совсем холодную воду прогоняют насосом через каналы испарителя 2, жидкий хладоген все равно испаряется. Далее пар втягивается в компрессор 3, где сжимается. При этом его температура сильно увеличивается (до 90-100®С). Затем горячий и сжатый хладоген направляется в теплообменник конденсатора 4, охлаждаемый водой или воздухом. На холодных поверхностях пар конденсируется, превращаясь в жидкость, а его тепло передается охлаждающей среде. Воду используют в системе отопления или горячего водоснабжения 5, а хладоген, теперь снова жидкий, направляется на дросселирующий вентиль, проходя через который он теряет давление и температуру, а затем опять возвращается в испаритель. Цикл завершился, и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор.
   Тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепла энергию грунта земельного участка. Трубопровод, в котором циркулирует жидкий теплоноситель, зарывается в землю. Не обязательно укладывать контур ниже уровня промерзания почвы - глубина в 1 м является оптимальной. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами - 0,8...1 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой - это приводит лишь к увеличению длины контура. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20...30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 350...450 метров, для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 400 кв. метров (20м х 20м). Тепловые насосы целесообразно использовать в основном на небольших отдельно стоящих объектах с земельными участками. Применение тепловых насосов требует значительных капитальных затрат. Выбор тепловых насосов в качестве источника теплоснабжения целесообразно проводить еще на этапе проектирования объекта.
   Серийно выпускаемый тепловой гидродинамический насос типа "ТС1" представляет собой стандартный асинхронный электродвигатель 3000 об/мин, напряжением питания 380 в., смонтированный на одной раме с активатором, преобразовывающим механическую энергию в тепловую. При монтаже и подключении "ТС1" не требуется согласований с органами энергонадзора, так как электрическая энергия используется для вращения электродвигателя, а не для прямого нагрева теплоносителя. Эксплуатация тепловых установок с электрической мощностью до 100 кВт осуществляется без лицензии (Федеральный закон N 28-ФЗ от 03.04.96 г). Они полностью подготовлены для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и габариты тепловой установки упрощают ее размещение и монтаж в тепловом узле.
   Высокая эффективность тепловых гидродинамических насосов позволяет при укрупненном подборе мощности применять норматив - 1 кВт установленной мощности электродвигателя на 30 м2 площади (на объем 90 м3), в то время как для других видов тепловых установок применяется норматив - 1 кВт тепловой энергии на 10 м2 площади. При этом под установленной мощностью электродвигателя понимается мощность, необходимая для раскрутки активатора из неподвижного состояния до номинальных оборотов. Исходя из укрупненного норматива, установки должны обогревать условные типовые (соответствующие требованиям СНиП) жилые, бытовые, культурно-развлекательные помещения, помещения производственно-хозяйственного назначения и т.д., объемом: ТС1-055 - 5 180 куб.м, ТС1-075 - 7 060 куб.м, ТС1-090 - 8 450 куб.м, ТС1-110 - 10 200 куб.м. (в маркировке установки после дефиса указывается мощность электродвигателя).
   В обогреваемых помещениях может поддерживаться любой температурный режим. Например, для жилых помещений - 20-22 оС, производственных - 15-18 оС, складских - 8-12 оС. Регулирование температурного режима производится заданием температурного диапазона теплоносителя. При нагреве теплоносителя до заданной максимальной температуры, установка отключается, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры - включается. Установка вырабатывает ровно столько тепловой энергии, сколько составляют теплопотери обогреваемого объекта. В зимнее время, при низких температурах, установка работает больше, в осенне-весенний период - меньше. При соответствии мощности установки обогреваемому объему и СНиПовским теплопотерям, в среднем за отопительный сезон, установка работает 25-30% времени. Поэтому при укрупненных расчетах финансовых затрат на отопление нами применяется коэффициент Краб. = 0,3.
   На заводах-изготовителях перед отгрузкой потребителю каждый тепловой гидродинамический насос проходит проверочные испытания. Схема испытательного стенда показана на рис. 2, а его общий вид на фото 1.

[]

[]

Рис.2. Схема испытательного стенда.

   Фото 1. Общий вид испытательного стенда.
   Испытания проводятся по следующей методике:
      -- Через воронку В1 воду массой 400 кг заливают в бак, используя мерный сосуд и товарные весы с погрешностью + 0,1 кг.
      -- В напорном водопроводе устанавливают давление равное 0,3 МПа.
      -- По достижении температуры воды в центре ее массы 30+2 оС, включают секундомер и измеряют интервал времени Т, необходимый для нагрева воды в гидравлической системе испытательного стенда до температуры 80+2 оС.
      -- При температуре воды 80+2 оС отключают электродвигатель. Горячую воду из бака через дренажную трубку и воронку В2 сливают в канализацию.
   Расчет тепловой мощности установки проводится по формуле:

Nту = (Gв х C х ?t) / T кДж/сек (кВт)

   где: Gв - масса воды, 400 кг;
   С - теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг К;
   ?t = t 2 - t1 = 80 - 30 = 50 оС;
   Т - время нагрева воды с 30 оС до 80 оС, сек.
  
   На стенде проведены испытания серии из 20 тепловых гидродинамических насосов ТС1-055, с установленной мощностью электродвигателя 55 кВт. Среднее время нагрева воды для серии составило 28 минут (1680 сек). За время эксперимента в среднем было получено тепловой энергии:

Wпол = 400 х 4,19 х 50 / 1680 = 83800 / 1680 = 49,881 кВт-час.

   Электродвигатель установки ТС1-055 затратил на нагрев:

Wзатр = 55 х 28 / 60 = 25,667 кВт-час.

   Для установки типа ТС1-055 КПЭ составил:

КПЭ ТС1-055 = Wпол / Wзатр = 49,881 / 25,667 = 1,943

   Аналогичные результаты были получены при испытании тепловых гидродинамических насосов ТС1-055, изготовленных на другом серийном заводе.
   При анализе результатов испытаний необходимо обратить внимание на факт снижения номинального тока электродвигателя со 102,4 А до 96,0 А при нагреве воды с 30 оС до 80 оС. То есть тепловые гидродинамические насосы типа "ТС1" более эффективно работают при более высоких температурах теплоносителя.
   Как показала шестилетняя практика применения тепловых гидродинамических насосов, КПЭ, получаемый при эксплуатации, выше, чем полученный при испытаниях. После недели эксплуатации агрегаты установки "притираются", номинальные токи электродвигателя снижаются на 5-10 А. На эффективность работы большое влияние оказывает "завоздушенность" отопительной системы. После стравливания воздуха из системы теплопроизводительность повышается.
   Кроме этого заводские испытания не учитывают фактора "последействия". По нашему заданию ООО "НОТЕКА-С" провела испытания теплогенератора на основе "вихревой трубы" мощностью 5,5 кВт. Результаты испытаний приведены в Таблице. 1.

Табл.1

N п/п

Время

(мин)

Температура (оС)

Ток

(А)

Потр.энерг.

(кВт-час)

Мощность

(кВт)

Состояние

установки

1

0

15

10,15

6,28

Включена

2

2

27

10,05

0,208

6,22

Включена

3

4

35

10,00

0,207

6,19

Включена

4

6

45

9,93

0,206

6,14

Включена

5

8

53

9,80

0,203

6,06

Включена

6

10

62

9,50

0,199

5,88

Включена

7

12

72

9,23

0,193

5,71

Включена

8

14

80

8,50

0,183

5,26

Включена

9

15

84

8,20

0,086

5,07

Включена

10

16

86

0

0

0

Выкл.

11

18

87

0

0

0

Выкл.

12

20

88

0

0

0

Выкл.

13

22

90

0

0

0

Выкл.

14

24

91

0

0

0

Выкл.

15

30

92

0

0

0

Выкл.

Всего:

30

77

1,485

  
   "Вихревые трубы" имеют КПЭ меньший, чем тепловые гидродинамические насосы "дискового типа". За время эксперимента (30 мин) было выработано 1386 ккал (1,62 кВт-час), потреблено электроэнергии 1,485 кВт-час, то есть КПЭ = 1,091. Но в данном эксперименте необходимо обратить внимание на другой факт: после 15 минуты установка была выключена, температура при этом была 84 оС, а на 30 минуте при неработающей установке температура достигла 92 оС. Это свидетельствует о том, что процесс выделения тепла происходит не только в самом теплогенераторе, а продолжается в трубах отопительной системы. Косвенно это подтверждается тем, что когда на выходной магистрали были применены пластиковые трубы, то на первых 10 метрах они разрушались.
   В связи с тем, что в настоящее время нет общепринятой методики определения КПЭ "вихревых теплогенераторов", у разработчиков и потребителей оборудования могут возникнуть проблемы при сравнении теплопроизводительности разных конструкций или при подтверждении заявленного КПЭ в процессе эксплуатации. Необходимость разработки единой для всех методики определения КПЭ становится все более актуальной. Такая работа уже ведется нами совместно с другими организациями и изобретателями. За основу взята выше приведенная испытательная методика. В решении данной задачи мы готовы сотрудничать со всеми заинтересованными лицами и организациями.
   Более трехсот тепловых гидродинамических насосов "ТС1" эксплуатируются в регионах РФ, ближнем и дальнем зарубежье: в Москве и Московской области, Архангельске, Владимире, Екатеринбурге, Калининграде, Липецке, Магнитогорске, Нижнем Новгороде, Омске, Оренбурге, Орле, Самаре, Туле, Чебоксарах и других городах, в Башкирии и Якутии, в Белоруссии, Казахстане, Узбекистане, Украине, Венгрии и Южной Корее.
   Более подробная информация о тепловых гидродинамических насосах ("вихревых теплогенераторах"), в том числе фотографии некоторых объектов, и тепловых узлов на которых они установлены, а так же отзывы потребителей, размещена на сайте www.ecoteplo.ru. Информация на сайте постоянно дополняется и обновляется. Для того чтобы не пропустить объявления о нашем участии в региональных выставках, наборе групп для обучения, предоставлении сезонных скидок и т.д., рекомендуем почаще заходить на сайт.
   Отзыв о работе наших установок можно получить по следующим телефонам:
   г. Архангельск. Контактный телефон: (8182) 65-61-50; факс 21-61-88 - Гурьев Владимир Геннадьевич;
   г. Екатеринбург. Контактный телефон: (3432) 69-25-39; факс 27-11-85 - Бурцев Андрей Владимирович;
   г. Лыткарино Московской обл. Контактный телефон: 8-926-350-42-36 - Михаил;
   г. Лыткарино Московской обл. Контактный телефон: 8-901-513-14-46 - Духович Валерий Михайлович;
   г. Омск. Контактный телефон: (3812) 52-19-96 - Кибардин Владимир Александрович;
   г. Рошаль Московской обл. Контактный телефон: (49645) 59-070 - Шамрин Владимир Николаевич;
   г. Самара. Контактный телефон: (846) 330-10-72; 279-19-19 доб. 3-99 - Чернов Валерий Павлович;
   г. Тверь. Контактный телефон: (4822) 34-60-51, факс 34-26-66 - Дмитриев Олег Алексеевич;
   г. Нерюнгри, Якутия. Контактный телефон: (41147) 9-21-54, факс 9-21-53 - Рева Василий Иванович;
   г. Ярославль. Контактный телефон: (4852) 55-28-53 - Дмитрик Валерий Павлович
   г. Киев, Украина. Контактный телефон: 8-10-38-050-355-95-86 - Якубовский Павел Лаврентьевич.
   Приглашаем посетить наши стенды на выставках:
   23 - 26 апреля 2007 г. - "Высокие технологии XXI века". г. Москва, Экспоцентр на Красной Пресне.
   28 - 31 мая 2007 г. - "SHK MOSCOW 2007". г. Москва, Экспоцентр на Красной Пресне.
  
   Директор ООО "Тепло XXI века"
   С.В. Козлов.
   Россия, 121 170 г. Москва, а/я 66.
   www.ecoteplo.ru, e-mail: ecoteplo@mail.ru;
   Тел. (495) 739-1445, 540-0728, факс 543-42-91
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"