gototopgototop

УДК 332

Инновационные технологии в системах теплоснабжения

Сметанина Мария Михайловна – магистрант кафедры Систем автоматизации и управления технологическими процессами Казанского национального исследовательского технологического университета.

Нургалиев Рустам Карлович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Систем автоматизации и управления технологическими процессами Казанского национального исследовательского технологического университета.

Аннотация: В данной статье рассматриваются инновационные технологии в системах теплоснабжения, используемых для административных, административно-бытовых, жилых и общественных зданий. Применяемые технологии позволят продлить эксплуатацию объектов, повысить комфорт и жизнедеятельность людей, и, что самое важное, существенно сэкономить ресурсы, а значит и свой бюджет. 

Ключевые слова: Отопление, горячее водоснабжение, термостат, рекуперация, термомайзер.

Изготовители тепловой энергии в настоящее время жалуются на плохой сбор счетов за электроэнергию, а потребители жалуются на неоправданно высокие затраты и низкое качество предоставляемых услуг. В ответ на критику за низкое качество услуг производители говорят, что это направление изначально невыгодно, и что привлеченных средств недостаточно для восстановления тепловых сетей и котельных. Одной из основных статей затрат при оплате коммунальных услуг и счетов является строчка, которая связанна с отоплением и горячей водой. Речи и публикации в СМИ часто бывают негативными - они критикуют, обвиняют их в завышении цен, но не дают никаких рекомендаций о том, как выйти из этой ситуации. Поэтому в этой статье мы попытаемся рассмотреть и обобщить инновационные технологии, существующие сегодня в области теплоснабжения.

  1. Во-первых, необходимо определить, на что тепловая энергия используется не по назначению. Очень часто вам приходится иметь дело с обычным уличным отоплением, если плохая изоляция трубопроводов позволяет наблюдать за зеленой растительностью зимой. Следовательно, использование современных материалов для теплоизоляции тепловых труб приводит к значительной экономии тепловой энергии при транспортировке к потребителю. В качестве перспективного теплоизоляционного материала для обогрева сетевых трубопроводов с температурным режимом 95-70 °С в проходных каналах и непроходных, а также в системах горячего водоснабжения в подвалах и технических помещениях зданий, лучше всего использовать вспененный каучук от фирмы L «Isolante K-Flex под торговой маркой K-Flex (рис. 1). Так же для бесканальной прокладки рекомендуется использовать армопенобетон (АПБ), пенополиуретан (ППУ) и пенополимерминерал (поли-мербетон) в качестве основного теплоизоляционного слоя при строительстве теплоизолированных трубопроводы.

1

Рисунок 1. Изоляция теплопроводов с применением вспененного каучука.

  1. Обязательным условием для длительной и бесперебойной работы тепловых сетей является регулярная и качественная промывка. Очевидно, что все виды чрезмерного роста растений, отложения и накипь на внутренних стенках блоков теплоснабжения вызывают значительные финансовые затраты. Пропускная способность труб резко уменьшается, однако повышаются расходы на электроэнергию, необходимые для поддержания оптимальной температуры (рис. 2). Более того, образование отложений приводит к преждевременному выходу труб из строя. Внепланового ремонта или даже полной замены элементов тепловых сетей можно избежать, только если осуществлять регулярную промывку. Когда отопительные сети промывают химическими реагентами, на внутренних стенках накапливаются отложения, ржавчина и накипь. Такую процедуру необходимо осуществлять не реже одного раза в год, для поддержания системы в хорошем рабочем состоянии. Во избежание частой промывки, следует установить фильтры для смягчения воды перед входом в тепловую сеть. Если тепловые сети не промывать в течение 3-5 лет, производительность системы за это время снизится почти на 50 процентов, что приведет к чрезмерному энергопотреблению. Существует также высокая вероятность возникновения чрезвычайной ситуации. В настоящее время стала очень популярна промывка тепловых сетей гидродинамическим способом, который заключается в смягчении отложений, их разрушении и последующем удалении из труб. Вода и воздух под давлением подаются в рабочую зону с помощью промывочного насоса и циркулируют в течение определенного времени. За счет создаваемой турбулентности отложения расщепляются и выводятся потоком воды и воздуха.

2

Рисунок 2. Трубопровод до и после промывки.

  1. Устройство современных систем отопления. Современными системами отопления являются те, в которых нагреватели оборудованы термостатическими клапанами. Термостаты могут сэкономить до 20% тепла, подающегося для отопления помещений (рис. 3).

3

Рисунок 3. Балансировка двухтрубной системы отопления при помощи термостатического клапана.

Так же и здесь на первый план выходят вертикальные двухтрубные системы и горизонтальные комнатные системы. Вертикальные двухтрубные системы позволяют экономить тепло напрямую. Если помещение сильно перегрето, термостат останавливает или уменьшает доступ теплоносителя к устройству. Таким образом, теплоноситель попадает в устройство в соседней комнате, и если эта комната перегревается, ее термостат также прикроется. Избыток теплоносителя, таким образом, исключается из циркуляции. Преимущества такой системы заключается в хранении тепла и автономности отопления дома. Горизонтальные комнатные системы являются оптимальными с точки зрения теплотехники и гидравлики. Они наиболее экономичны и менее подвержены несанкционированной реконструкции, имеют эстетические преимущества и позволяют учитывать поквартирный расход тепловой энергии.

  1. Для экономии энергии в настоящее время используются тепловые насосы - компактные отопительные установки для автономного отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий. Они являются экологически чистыми, поскольку работают без сжигания топлива и не вызывают вредных выбросов в атмосферу. Они также чрезвычайно экономичны, поскольку, например, если на насос подать 1 кВт электроэнергии, в зависимости от условий эксплуатации и режима работы, он вырабатывает до 3-4 кВт. тепловой энергии (рис. 4). Экономическая эффективность использования тепловых насосов зависит от температуры низкопотенциального источника тепловой энергии (теплота воды в водоеме, теплота грунта, находящегося на глубине ниже его глубины замерзания зимой, сточные воды, промышленные горячие выбросные газы и вытяжной воздух, выделяемый в атмосферу); затрат на электроэнергию в регионе, себестоимости тепловой энергии, которая производится с использованием различного рода топлива.

4

Рисунок 4. Принципиальная схема действия теплового насоса.

Использование тепловых насосов вместо традиционно используемых источников тепловой энергии экономически выгодно, поскольку: топливо не нужно покупать, перевозить и хранить; освобождается значительная площадь, необходимая для котельной; установка не нарушает целостность архитектуры, так как отсутствует внутренний или наружный блок, что позволяет занимать минимум пространства. Однако тепловые насосы оборудование не из дешевых, поэтому первоначальная стоимость установки этих систем несколько выше стоимости традиционных систем отопления и кондиционирования. Цена геотермального теплового насоса рассчитывается из условия 300-400 долларов США за 1 кВт тепловой мощности. Однако, если мы примем во внимание эксплуатационные расходы, первоначальные инвестиции в геотермальное отопление, охлаждение и горячее водоснабжение быстро окупятся благодаря экономии энергии. Кроме того, следует отметить, что при работе теплового насоса дополнительная коммуникация не требуется, за исключением электрической бытовой сети.

  1. Использование систем рекуперации воздуха. Рекуперация - это процесс восстановления части тепловой энергии. Рекуперация воздуха - процесс нагрева холодного приточного воздуха, который удаляется теплым вытяжным. Для реализации этого процесса каждое здание должно иметь приточно-вытяжную систему вентиляции. Сейчас используют лучшие материалы при строительстве, устанавливают герметичные окна, двери и в борьбе за экономию создают герметичные помещения, в которые вообще не поступает свежий воздух. Но мы должны дышать. И вдыхать свежий, чистый воздух. Идеальным решением этой проблемы являются вентиляционные установки, которые могут согреть вас зимой и сохранить холод летом. Это устройство называется рекуператором воздуха. Именно это устройство отвечает общей цели - сделать каждый новый дом энергоэффективным. Принцип рекуперации прост: так как вытяжная система выбрасывает теплый воздух на улицу, мы можем нагреть холодный приточный воздух. Отработанный воздух, удаляемый из помещения, проходит через специальную кассету, которой через стенки теплообменника нагревает охлажденный приточный воздух. Следует отметить, что приточный и вытяжной потоки не смешиваются, а только лишь передают или отводят тепло от стенок теплообменника. Приточно-вытяжные установки работают эффективно даже при температуре до -30 °C (рис. 5).

5

Рисунок 5. Схема установки рекуператора.

  1. В целях экономии тепловой энергии для нужд систем отопления и горячего водоснабжения на рынке появился энергосберегающий прибор - термомайзер. Их можно использовать практически во всех системах отопления и горячего водоснабжения. Термомайзеры автоматически регулируют температуру горячей воды. С помощью термомайзера вы можете сэкономить на расходе первичного теплоносителя, а так же и сэкономить денежные средства (рис. 6).

6

Рисунок 6. Пример применения регулятора температуры термомайзера Р-2Т-18.

Экономия при установке термомайзера объясняется двумя факторами: во-первых, если теплоноситель, после прохождения через систему, сохраняет высокую температуру, то он будет повторно использоваться системой, а не уйдет в теплоцентраль. Вторичное применение теплоносителя дает нам неопровержимый плюс, поскольку для обеспечения требуемой температуры требуется гораздо меньшее количество первичной теплоносителя, чем без использования термомайзера. Такой вариант подходит для жилых, общественных и административных зданий. Во-вторых, благодаря термомайзеру мы можем установить оптимальную температуру теплоносителя в то время, когда помещение не используется. Что позволяет снизить потребление тепловой энергии и, следовательно, сэкономить. Устройству задается конкретная программа, в зависимости от которой такая система будет поддерживать определенную температуру воды в системе отопления, придерживать определенный температурный график в системе отопления, корректировать температуру теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления по отклонению от заданной температуры в помещении. Термомайзер быстро реагирует на изменения температуры наружного воздуха, благодаря датчику уличной температуры. Это особенно важно весной, когда присутствую резкие перепады дневной и ночной температуры. Динамика контролируется, и поэтому в здании всегда поддерживается заданная температура. Тип управления зависит от систем отопления и водоснабжения. Термомайзеры с одним из типов регуляторов температуры используются в системах отопления в жилых, общественных и административных зданиях, другие подходят для открытых систем горячего водоснабжения и систем отопления, третьи подходят для закрытых систем горячего водоснабжения и систем отопления с насосным смешиванием и как дополнительная опция для систем вентиляции и кондиционирования. От тип регулятора и зависит экономия, которую можно получить, установив термомайзер. Устройство имеет длительный срок службы. В зависимости от качества теплоносителя оно может работать около 1520 лет. Реализация энергосберегающих проектов показывает, что экономия потребления тепла при использовании терморегулятора может достигнуть 50-60%, что снижает оплату за потребление тепла на 30-40%.

В данной статье были представлены одни из наиболее перспективных вариантов экономии тепла в здании, и рассмотренный перечень инноваций в области теплоснабжения далеко не полный. Однако реализация предложенных вариантов позволит конечным пользователям сэкономить от 40 до 60% денежных средств, что очень важно на сегодняшний день. Замена устаревшего оборудования позволит потребителям не только сэкономить на ресурсах, но и продлить эксплуатацию здания, обеспечить комфортные условия для жизнедеятельности, а также минимизировать риски угрозы для жизни и здоровья своих граждан.

Список литературы

  1. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети. - М.: ИНФРА - М., 2010 . - 480 с.
  2. Смирнова М.В. Теплоснабжение. - Волгоград: Издательский дом «ИН-ФОЛИО», 2009.- 317 с.
  3. Журнал «Сантехника». - 2009. - № 2.
  4. Вентиляционные устройства ALASCA [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.alasca.ru
  5. «ИНТЕРПРОЕКТ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.energo-resurs.ru/vzh_tezis_2007 _11.htm.
  6. Энергоэффективная Россия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://energosber.info/articles/ energy-tools/61692/.
  7. Ремонт и строительство [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://remontinfo.ru/article.php?bc_ tovar id=111.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail