Полнотекстовый файл

УДК 697
Малая Элла Максовна
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
К.т.н., доцент кафедры «Теплогазоснабжение,
вентиляция, водообеспечение и прикладная гидрогазодинамика»
E-mail: e.m.malaya@mail.ru
Голиков Дмитрий Викторович
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
аспирант
E-mail: sletnee@mail.ru
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
СОВРЕМЕННОЙ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЫ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
От эффективности использования энергетического потенциала топлива
зависит экологичность и экономичность системы. Эффективное
использование топлива возможно посредством использования различных
технических мероприятий и решений на проектной стадии и стадии
эксплуатации. Пути повышения энергоэффективности децентрализованной
системы теплоснабжения представлены в работе. В процессе описания
рассмотрены их некоторые особенности. Использование описываемых
мероприятий и решений позволит существенно сократить затраты на
топливо и повысить энергетическую эффективность системы.
Ключевые слова: надежность, экологичность, объемно-планировочное
решение,
«возобновляемый»
источник,
инерционность,
потокораспределение,
энергоэффективный
контур,
балансировка,
автоматика, гидравлический разделитель потока, смесительный узел, насос
Malaya Ella Maksovna
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education
«Saratov state technical University named of Y.A. Gagarin»
Russia, Saratov
Candidate of technical Sciences,
associate Professor of the Department «Heat-gas supply,
ventilation, water supply and applied fluid dynamics»
E-mail: e.m.malaya@mail.ru
Golikov Dmitriy Viktorovitch
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education
«Saratov state technical University named of Y.A. Gagarin»
Russia, Saratov
graduate-student
E-mail: sletnee@mail.ru
WAYS TO INCREASE OF MODERN DECENTRALIZED HEAT
SUPPLY SYSTEM EFFICIENCY
From the efficiency of use the energy potential of the fuel depends on the
ecological safety and efficiency of the system. Efficient using of fuel is possible
through the use of various technical measures and decisions at the project stage
and the exploitation stage. Ways to improve the efficiency of decentralized
heating system presented in this paper. By process of description reviewed some
of their features. The use of the described measures and decisions will
significantly reduce of the fuel costs and improve the energy efficiency of the
system.
Keywords: safety, ecological safety, space-planning decision, «renewable»
source, lag, flow distribution, energy efficient circuit, balancing, automation,
hydraulic flow divider, the mixing unit, pump
Почему выбрана децентрализованная система теплоснабжения.
Децентрализованные системы - это, как правило, сооружения коттеджного
типа. Они компактны, их обьемно-планировочные решения весьма
интересны, и в данных системах представляется более широкая
возможность вводить новые технические решения, решения, позволяющие
эффективно использовать энергию топлива и энергию альтернативных
источников, как автономный или дополнительный источник энергии.
Децентрализованная система более "подвижна", гибка ввиду своих
размеров, и посредством применения различных технических решений в
них возможно добиться создания комфортного микроклимата в
помещении при различных параметрах наружного воздуха при
минимальным расходе исходного топлива.
Понятие энергоэффективности означает эффективность использования
энергетического потенциала исходного топлива. Задача - построить
систему теплоснабжения здания и само здание в целом таким образом,
чтобы извлечь максимальную пользу от исходного топлива, т.е. отдать
потребителю максимальное количество тепловой энергии, полученное от
сгорания исходного топлива. Разберемся, что для этого необходимо:
- Грамотное обьемно-планировочное решение здания. Размещение
помещения для котельной с южной стороны, особенно при
непосредственном контакте оборудования системы теплоснабжения с
солнечными лучами - пример решения, способного привести к
нежелательным последствиям
Высокие
теплотехнические
характеристики
ограждающей
конструкции, надежная теплоизоляция помещения. Использование
высококачественных материалов, в целях долговечности сохранения
теплоизоляционных свойств, надежность эксплуатации и предотвращение
образования конденсата в слоях ограждения
- Утилизация теплоты отходящих дымовых газов котла. Реализуется
посредством массы технических решений, например, посредством
теплообменников различного рода
- Надежность функционирования системы. Установка резервного
оборудования и элементов, что предотвратит утечку тепловой энергии в
случае аварийной ситуации, или сведет ее к минимуму. Также,
эффективное, слаженное взаимодействие элементов системы, правильное
потокораспределение, и, как следствие, устойчивость гидравлического
режима
- Использование энергии альтернативных, "возобновляемых"
источников.
Наиболее
часто
в
децентрализованной
системе
теплоснабжения используется солнечная энергия путем установки
различных воспринимающих солнечную энергию устройств на кровлю
здания - гелиоколлекторов, солнечных батарей, или выполнение
наружного
ограждения
в
виде
гелиовоспринимающей
и
гелиоаккумулирующей панели. Также достаточно широко используется
геотермальная энергия, или энергия земли, как низкопотенциальный
источник тепла, путем установки тепловых насосов разнообразной
конструкции
- Эффективное использование энергетического потенциала топлива в
системе теплоснабжения означает также ее экологичность, т.е.
использование экологически чистого вида топлива, и сведение к минимуму
концентрации вредных веществ в выборах дымовых газов от котельного
агрегата, путем установки очистных устройств различной конструкции
- Применение специальных систем и контуров, таких как система
"теплый пол", охлаждаемый потолок, энергосберегающие контуры
различного рода, как единственный источник отопления помещения или
совместно с радиаторным отоплением
Материал
теплопроводов
должен
обладать
хорошей
теплопроводностью, например таким материалом может быть медь.
Медные трубы дороги и сложны в монтаже, однако хорошая
теплопроводность данного материала (и высокие эстетические свойства)
окажет энергосберегающий эффект, и с течением времени такое
техническое решение окупит себя
- Минимальная инерционность системы. Обеспечивается за счет
автоматики - различного рода регуляторов и клапанов с установленными
датчиками (или автономного действия, например, радиаторный
терморегулятор), насосов с установленными датчиками, информация с
которых направляется на электронный регулятор, который, обрабатывая
поступающую информацию о температурах наружного, внутреннего
воздуха и теплоносителя в системе в различных частях здания (пофасадное
регулирование), а также давлении в различных точках системы,
автоматически регулирует потокораспределение теплоносителя, при этом
регулируется количество сжигаемого топлива
Вопрос потокораспределения теплоносителя внутри системы
представляет широкие возможности для изобретения и внедрения
различных энергоэффективных контуров, поэтому остановимся на нем
подробнее. Энергоэффективный контур может потреблять энергию как
основного теплоносителя, так и возобновляемых источников. Его
возможно создавать с минимальными модификациями системы на стадии
эксплуатации, без значительного изменения ее конфигурации. Также, это
может быть отдельное техническое решение, внедряемое в определенной
части коттеджа на стадии проектирования.
Надежное потокораспредеелние в системе создается автоматикой, к
которой относятся балансировочный, перепускной, двух-, трехходовой,
обратный, воздушный клапана, регуляторы температуры, перепада
давления,
расхода,
гидравлическими
разделителями
потока,
смесительными узлами. Посредством чего поддерживаются заданные
параметры теплоносителя в каждой точке системы и устойчивость
гидравлического режима.
Важным
моментом
является
балансировка
системы.
Сбалансированность системы говорит об эффективном взаимодействии
элементов системы между собой, о стабильном потокораспределении
теплоносителя и устойчивости гидравлического режима, об эффективном
использовании энергетического потенциала топлива и о том, что в каждой
точке системы параметры теплоносителя будут соответствовать
необходимым для создания и поддержания комфортных условий в
помещении. Если система не сбалансирована, даже самое современное
оборудование из высококачественных элементов и материалов будет
работать неэффективно, делая тем самым бесполезными затраты на его
установку.
При построении системы теплоснабжения особое внимание необходимо
уделить конфигурации системы и выбору оборудования. Система должна
быть сконструирована максимально просто, без лишних гидравлических
сопротивлений, выбор места под котельное оборудование должен быть
тщательно продуман с тем, чтобы работа оборудования и повышенная
температура помещения не оказывали влияния на микроклимат
(включающий акустические характеристики) остальной жилой части
здания. Грамотно построенная система облегчает балансировку, а
балансировка системы предшествует настройке регулирующих клапанов и
прочего оборудования, являясь своего рода "фундаментом" для
стабильного функционирования системы и эффективности использования
энергии топлива.
Гидравлический разделитель потока и смесительный узел создают в
системе дополнительный циркуляционный контур. В децентрализованной
системе переменный расход теплоносителя (ввиду автоматического
регулирования), и для смешения потоков теплоносителя устанавливают
трехходовые клапаны с функцией термостата, готовые смесительные узлы
для теплых полов и другие. В зависимости от конкретной задачи мы
можем установить циркуляционный насос в контуре смешанной воды
(отопления) на подающем трубопроводе или на перемычке,
потокораспределение в системе будет разным. На смесительных узлах с
двух- и трехходовыми клапанами с функцией термостата (часто
применяются для системы «теплый пол») устанавливают перепускные
клапаны на перемычке после насоса по ходу движения теплоносителя.
Также,
помимо
основной,
смешивающей
перемычки,
могут
устанавливаться дополнительные перемычки с балансировочными
клапанами (регулирование потока на основную перемычку), для
увеличения расхода насоса, ввиду того, что в точке подмеса холодной
воды трехходовой клапан часто имеет патрубок с зауженным сечением.
При использовании гидравлического разделителя потоков интересным
моментом является использование принципа температурного градиента,
например, при подключении к одной гидрострелке контуров горячего
водоснабжения (бойлер), отопления и системы "теплый пол", названных в
порядке убывания температуры теплоносителя внутри них. Создать
качественный температурный градиент можно, сделав вход горячего
теплоносителя в гидрострелку в нескольких точках по ее высоте, т.е.
разделив исходный поток горячего теплоносителя на несколько линий, и
на каждой линии перед входом в гидрострелку поставить специальный
балансировочный клапан с функцией коррекции температурного
градиента. Таким образом, на выход гидрострелки можно подключать
различные контуры в определенном порядке, в зависимости от заданной
температуры внутри них.
Для получения энергоэффективной системы необходимо продумать
также следующие вопросы. Какой вариант отопления лучше подходит для
помещения, учитывая его назначение, ориентацию по сторонам света,
частоту пребывания человека в нем. Будет это теплый пол, стеновая панель
обогрева, обычное радиаторное отопление, воздушное отопление или
комбинированные варианты. Как разместятся отопительные элементы в
объеме помещения. Где разместится основное оборудование системы
теплоснабжения. Необходимо продумать разные варианты и выбрать
наиболее экономичный из них. Каков будет материал, вид
теплоснабжающих элементов и автоматики, устройство элементов
системы (например, для теплого пола - толщина теплоизоляции, толщина
бетонной стяжки, шаг сетки, шаг укладки труб, количество контуров, для
радиаторов - схема подключения). Какую автоматику лучше поставить для
конкретного контура и в каком месте с целью надежного
потокораспределения в системе? Возможно, необходимо предусмотреть
наличие гидравлического разделителя потоков (гидрострелки) с целью
создания гидравлически независимых контуров. И если да, то как
направить потоки контуров внутри гидрострелки для поставленной задачи,
исключая возможность создания лишних гидравлических сопротивлений.
Как создать надежный температурный градиент в отдельных узлах
системы (гидрострелка, смесительный узел) посредством их устройства и
автоматики, для отбора заданной температуры. И как исключить
непроизвольные перетоки теплоносителя в различных частях системы. Где
в каждом контуре системы следует установить насос и стоит ли его
устанавливать, какая мощность для него оптимальная. Например, при
расчетной большой протяженности труб, можно сделать один контур и
установить насос большой мощности, или установить насос малой
мощности на контур котла, и с помощью гидравлического разделителя
потоков можно гидравлически отделить последующие контуры, на каждом
из них устанавливая по насосу. Такая система, где контур с большим
гидравлическим сопротивлением и циркуляционным насосом большой
мощности заменяется на несколько гидравлически независимых контуров
с насосом на каждом из них, гидравлически более устойчива.
Применение описанных технических мероприятий и решений в
децентрализованной
(а
также
с
некоторыми
нюансами
в
централизованной) системе теплоснабжения
способно существенно
повысить эффективность использования энергетического потенциала
топлива и его экологичность. Комбинируя различные варианты, можно
добиться стабильного функционирования системы при максимальном
повышении уровня ее функциональности.