Открытые системы теплоснабжения

Введение

 

В условиях сурового российского климата вопрос отопления является, без сомнения, одним из важнейших для владельцев частных домов и коттеджей. Традиционные печи на твердом топливе не способны справиться с обогревом даже довольно скромного загородного дома, а  подключение к централизованной сети теплоснабжения (городской или  поселковой), как правило, не представляется возможным. Поэтому чтобы обеспечить в частном доме тепло и уют  в течение всего года, даже в  сильные морозы, самым приемлемым вариантом будет использование  автономной системы отопления.

Существует  три основных схемы отопления:

- традиционное, когда жидкий теплоноситель нагревается в котле, затем, циркулируя по системе трубопроводов и радиаторов, отдает тепло отапливаемым помещениям;

- воздушное отопление, когда в качестве теплоносителя используется воздух, подаваемый после подогрева в отапливаемые помещения по воздуховодам;

- прямое электрическое, когда нагрев помещения осуществляется без теплоносителя - инфракрасными излучателями, электоконвекторами и прочими приборами, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую.

Поскольку две последних схемы отопления  у нас в стране до сих пор  считаются экзотикой (хотя в Западной Европе, Канаде и США вполне успешно  конкурируют с традиционными  системами), в этой статье мы уделим внимание, прежде всего первой схеме, основанной на циркуляции жидкого теплоносителя.

Такие системы отопления и горячего водоснабжения для частного дома включают в себя нагревательные приборы, трубопроводы, регулирующую, запорную и воздухоспускную арматуру. Источником тепла в системе служат котлы на разных видах топлива. Котел нагревает жидкий теплоноситель (в качестве теплоносителя используется специально подготовленная вода), поступающий затем по трубам к комнатным радиаторам (батареям). Протекающий по радиатору теплоноситель отдает часть тепла в комнату, затем возвращается обратно в котел. Этот круговорот теплоносителя, поддерживаемый циркуляционным насосом, обеспечивает наиболее эффективный теплообмен в системе.

Устройство  системы отопления должно быть предусмотрено  уже на этапах проектирования и строительства  дома. При проводке всех необходимых  коммуникаций в уже построенном  здании неизбежно придется проделывать  отверстия в стенах и перекрытиях. Кроме того, под котлы в напольном  исполнении требуется предусмотреть  отдельное помещение - котельную. Если такое помещение проектом не предусмотрено, то котел можно установить в ванной комнате или на кухне. В данном случае удобно использовать настенные  модели.

Система отопления может быть одноконтурной  и двухконтурной. Одноконтурная  система предназначена только для  отопления помещений, а двухконтурная, помимо отопления, нагревает водопроводную  воду.

Для индивидуальных домов площадью до 200 м² могут быть использованы двухконтурные котлы мощностью до 30 кВт, совмещенные с циркуляционными насосами и расширительными баками. В домах большей площади целесообразно устанавливать одноконтурные котлы большей мощности, а для приготовления горячей воды использовать емкостной бойлер или пластинчатый теплообменник.

В двухконтурной  системе отдельная трубка с теплоносителем (своего рода нагревательный элемент  в виде спирали) нагревает воду в  специальном баке - накопительном  водонагревателе. Такое решение  очень удобно, но при неисправности  двухконтурной системы пользователь остается одновременно и без тепла и без горячей воды. Также следует учесть, что на нагрев водопроводной воды уходит примерно 25% мощности котла.

Часто для отопления и нагрева воды используют отдельные одноконтурные  системы (один котел - на отопление, работающий только в холодное время года, а  другой, менее мощный - на нагрев воды), впрочем, при всех достоинствах такого решения, оно довольно дорого.

Выбор оптимальной мощности котла производится в зависимости от отапливаемой площади  дома и климатических условий  местности. Следует также учитывать, что необходимая мощность котла  сильно зависит от уровня теплозащиты  наружных ограждающих конструкций  дома и степени герметичности  окон.

Таблица 1 - Ориентировочная мощность котлов в зависимости от площади обслуживаемого дома (для Подмосковья).

Площадь дома, м2	Мощность котла, кВт
60-200	До 25
200-300	25-35
300-600	35-60
600-1200	60-100

 

Выбор типа котла зависит от того, какие  энергоресурсы в данной местности  наиболее доступны. Если есть возможность  подключиться к газовой сети, то разумно будет выбрать именно газовый котел, как самый экономичный. В тех районах, куда газ не подведен, можно выбрать для использования либо твердое топливо (дрова, уголь, кокс), либо жидкое (дизельное, сырая нефть) топливо.

 

 

1. Конструкторско – технологическая часть
1. Назначение и описание систем теплоснабжения

 

Открытые системы теплоснабжения – системы, в которых происходит водоразбор горячей воды для нужд потребителя непосредственно из теплосети. При этом водоразбор может  быть частичным или полным. Оставшаяся в системе горячая вода используется для отопления и вентиляции. Расход воды в теплосети при этом компенсируется дополнительным количеством воды, подающимся в тепловую сеть. Основное преимущество открытой системы теплоснабжения –  ее экономическая выгода. В советский  период примерно 50% всех систем теплоснабжения были открытого типа.

Недостатков у такой системы  несколько. Прежде всего - невысокое  санитарно-гигиеническое качество воды. Отопительные приборы, трубопроводные сети придают воде цветность, запах, появляются различные примеси, бактерии. Для очистки воды в открытой системе  применяются различные методы, но их использование снижает экономический  эффект.

Открытая система теплоснабжения может присоединяться к теплосетям по зависимой (через элеваторы и  насосы) и независимой (через теплообменники) схеме. Независимая открытая система  дороже, однако она дает значительно улучшенное качество воды по сравнению с зависимой.

Закрытые системы теплоснабжения – системы, в которых циркулирующая  в трубопроводе вода используется только как теплоноситель, и не забирается из теплосети для обеспечения  горячего водоснабжения. Система в  этом случае полностью закрыта от окружающей среды. Безусловно, и в  такой системе возможна незначительная утечка теплоносителя. Потери воды восполняются с помощью регулятора подпитки автоматически.

Подача тепла в закрытой системе  теплоснабжения регулируется централизованно, при этом количество теплоносителя (воды) остается в системе неизменным, а расход тепла зависит от температуры  циркулирующего теплоносителя. В закрытых системах теплоснабжения, как правило, используются возможности тепловых пунктов. К ним поступает теплоноситель от поставщика теплоэнергии (ТЭЦ, например), а центральные тепловые пункты районов регулируют температуру теплоносителя до необходимой величины для нужд отопления и горячего водоснабжения, и распределяют потребителю.

Преимущества закрытой системы  теплоснабжения - высокое качество горячего водоснабжения, энергосберегающий  эффект. Недостаток – сложности  водоподготовки из-за удаленности тепловых пунктов друг от друга.

Отопительные установки могут  присоединяться двумя различными способами, благодаря чему различают зависимые  и независимые системы теплоснабжения.

Зависимые системы теплоснабжения – системы, в которых теплоноситель  по трубопроводу попадает прямо в  систему отопления потребителя, без промежуточных теплообменников, тепловых пунктов и гидравлической изоляции. Несомненно, такая схема  присоединения конструктивно простая, понятная, несложная в обслуживании, не требует дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, автоматических приборов контроля и регулирования, теплообменников и т.д. Кроме того, она очень экономична.

Основной недостаток зависимой  системы теплоснабжения – невозможность  отрегулировать теплоснабжение в начале и конце отопительного сезона, когда возникает избыток тепла. Это влияет не только на комфорт  потребителя, но и на теплопотери. Для  повышения энергосбережения разработаны  и активно внедряются методики перехода зависимой системы теплоснабжения к независимой, которые позволяют экономить тепло на 10-40% в год.

Существуют 2 схемы присоединения  приборов отопления, благодаря которым  различают зависимые и независимые  системы теплоснабжения.

Независимые системы теплоснабжения – системы, в которых отопительное оборудование потребителей гидравлически  изолировано от производителя тепла, и для теплоснабжения потребителей используются дополнительные теплообменники центральных тепловых пунктов.

Независимая система теплоснабжения имеет неоспоримые преимущества по сравнению с зависимой:

- возможность регулировать количество тепла, доставленного к потребителю (с помощью регулирования вторичного теплоносителя);

- высокая надежность;

- энергосберегающий эффект (экономия тепла 10-40%);

- возможность улучшить эксплуатационные и технические качества теплоносителя, тем самым повышая защиту котельных установок от загрязнений.

Благодаря этим достоинствам, независимые  системы теплоснабжения активно  применяются в крупных городах, где существует большой разброс  тепловых нагрузок, а тепловые сети достаточно протяженны. Разработаны  технологии реконструкции зависимых  систем в независимые, и они постепенно внедряются, несмотря на значительные капиталовложения.

 

2. Классификация, виды тепловых пунктов

 

Тепловой пункт оборудуется  приборами регулирования и учёта  расхода тепла. В тепловом пункте, обслуживающем потребителей пара, обычно размещаются редукционно-охладительные установки, снижающие давление и температуру пара до требуемых значений, и установки для сбора и возврата конденсата в источник теплоснабжения. В тепловом пункте распределяющем горячую воду, расходуемую на коммунально-бытовые нужды, обычно устанавливается смесительное устройство, которое снижает температуру поступающей из тепловой сети воды до значения, предусмотренного, например, в системе отопления. В России наибольшее распространение в качестве смесительных устройств получили водоструйные элеваторы (эжекторы), применяются также центробежные насосы смешения.

Тепловой пункт независимых  систем теплоснабжения оборудуются  водо-водяными подогревателями отопления. При закрытых системах в тепловом пункте устанавливаются водо-водяные  подогреватели горячего водоснабжения, чаще всего двухступенчатые, позволяющие  сократить расход воды в тепловой сети. При открытых системах в оборудовании теплового пункта обычно предусматриваются клапаны для смешения воды, поступающей на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий тепловой сети, и автоматического поддержания заданной температуры смешанной воды.

Различают индивидуальные тепловые пункты (ИТП), обслуживающие одно здание (или  его часть) и располагаемые обычно в его подвале, и центральные  тепловые пункты, обслуживающие сеть или группу зданий и размещаемые, как правило, в отдельных сооружениях. В ЦТП устанавливают подогреватели (теплообменники) и циркуляционные насосы для горячего водоснабжения, поддерживающие нужную температуру  и напор воды у водоразборных  точек. При необходимости в ЦТП  размещаются насосы холодного водоснабжения, пожарные насосы и другое инженерное оборудование микрорайона.

Теплораспределительный пункт, комплекс установок, предназначенных для  распределения тепла, поступающего из тепловой сети, между потребителями  в соответствии с установленными для них видом и параметрами  теплоносителя.

Отдельной строкой стоит отметить блочные или модульные тепловые пункты (БТП или МТП).

Преимущества блочно-модульных  тепловых пунктов:

- системы "заводской" готовности;

- одна гарантия на всё оборудование;

- компактный размер;

- простота монтажа.

У блочно-модульных тепловых пунктов имеются и недостатки - неэластичность конструкции. Сборный тепловой пункт можно разместить, порой, в достаточно необычных условиях, посреди другого оборудования, в уже существующей котельной, вытянуть тепловой пункт в одном из направлений, в других нестандартных местах и по нестандартной схеме размещения.

Все элементы теплового пункта поставляются одной компанией, которая работает для получения своей прибыли, стоимость БТП может превышать стоимость стандартного теплового пункта. При монтаже сборного теплового пункта Заказчик может выбрать марку любого оборудования, использующегося на его Объекте. При монтаже БТП (МТП) марку оборудования выбирает фирма-производитель блочно-модульного теплового пункта.

В течение многих лет теплоснабжение в районах массовой застройки  осуществляется от ТЭЦ или мощных тепловых станций через центральные  тепловые пункты - ЦТП и ИТП.