Опалювання: організація і технології

За даними істориків, перша опалювальна система – гипокауст – була створена ще в початку нашої ери в Стародавньому Римі. Як джерела тепла виступали великі печі, від яких продукти горіння, пройшовши по каналах, прокладених під підлогою, віддалялися через димарі. Паливом служило дерево, а згодом і вугілля.

В XIX столітті винайшли спосіб опалювання, де теплоносієм була вода. Трохи пізніше відкрили панельний і променистий методи (велика частина тепла передається випромінюванням від опалювальних пристроїв, розташованих в підлозі, під стелею або в стінах). По суті, принцип, закладений в роботі опалювання будь-якого типу, один і той же: джерело (котельна, ТЕЦ і т. д.) генерує тепло, яке доставляється споживачеві за допомогою якого-небудь опалювального приладу. Тільки, на відміну від будівельників античності, у сучасних теплотехнік є більший вибір в засобах і способах. Про них сьогодні і поговоримо.

Системи опалювання

Спори про ефективність і доцільність централізованих, децентралізованних (місцевих) і автономних систем теплопостачання ведуться по сьогоднішній день. Для кожної системи є своя сфера застосування, особливо в специфічних умовах Росії, і особливо сьогодні, коли державою стимулюється розвиток малоповерхового будівництва.

Тим часом частка систем централізованого теплопостачання (СЦТ) в населеній частині Росії складає майже 70%. Таке широке їх застосування цілком з'ясовно. Як відомо, системна організація СЦТ дозволяє істотно економити енергію, оптимізуючи роботу всіх своїх компонентів. За рахунок механізмів резервування, дублювання, структурній взаємозв'язаній підвищується надійність енергопостачання.

Але при цьому нинішнє полягання СЦТ в Росії не виглядає оптимістичним. Зокрема, після розвалу Радянського Союзу утворився дисбаланс в енергетичній системі, загальна інфраструктурна плутанина, що призвела збої в обслуговуванні і ремонті і так далі Крім того, теплові мережі і практично все енергоустаткування застаріло і фізично, і морально. Як і багато років тому, сьогодні ККД деяких котельних не перевищує 60%. Росте число аварій на теплотрасах.

В результаті системи центрального теплопостачання знаходяться зараз в кімсь передкризовому стані. Можливо, тому все більше уваги приділяється децентралізованной і автономній організації опалювання. У першому випадку теплогенерірующие джерела обслуговують окремо узяті населені пункти, і ніяких зв'язків між ними, як правило, не немає. Така побудова теплопостачання ефективно застосовується в труднодоступних, видалених регіонах (наприклад, в Якутії), проте в таких районах для підвищення стійкості і надійності енергозабезпечення необхідно мати підвищені резерви потужностей.

Автономне опалювання властиво заміському малоповерховому будівництву: кожен будинок володіє власною системою генерації і подачі тепла. Але останнім часом широко застосовується і поквартірноє опалювання. В цьому випадку індивідуальне котельне устаткування встановлюється в кожній квартирі. Такий спосіб теплопостачання вже довгий час застосовується в країнах Европи, в Японії і деяких інших, проте все ще викликає багато питань про свою прийнятність в соціальних і кліматичних умовах РФ. Зокрема, в Росії сумною традицією стали неплатежі за газ і обслуговування казанів. Останнє, у свою чергу, не може не позначитися на безпеці.

Як видно, кожна з перерахованих систем має свої переваги і недоліки, а також ареал застосування, але технологічно їх рівень практично однаковий. В результаті якість і технічна досконалість опалювального устаткування багато в чому визначає надійність, ефективність і економічність будь-якої системи. Врешті-решт труднощі, з якими зіткнулися російські СЦТ, неабиякою мірою обумовлені саме відсутністю в їх складі сучасної техніки.

Пристрій автоматики і приладів обліку, застосування сучасного казанового, насосного і іншого устаткування повинні багато разів підвищити ефективність СЦТ.

Крім того, необхідно диспетчеризувати індивідуальні теплові пункти (ІТП) - за наявності їх в будівлях – і оптимізувати їх взаємодію з центральними тепловими пунктами (ЦТП). Прикладом може служити досвід Данії, де частка централізованих систем опалювання складає близько 60%.

Наскільки ж далеко просунулися опалювальні технології, і що сьогодні може запропонувати ринок для ефективного функціонування систем теплопостачання?

Казан

Почнемо з головного теплогенерірующего елементу – казана. Його винайшли приблизно в XVIII столітті. Перший опалювальний казан працював на деревному і вугільному паливі. З відкриттям газу і нафти, окрім твердопаливних, з'явилися газові і жідкотоплівниє пристрої вироблення тепла. Пізніше винайшли комбінований варіант, в якому можна спалювати будь-який вид палива. За матеріалом теплообмінника сучасні казани діляться на сталеві, чавунні і мідні. Перші два типи найбільш поширено. Вони можуть бути настінного або підлогового виконання. До сьогоднішнього дня ККД агрегатів помітно збільшився (з 50 до 97%). Покращувано допоміжне устаткування, упроваджені системи автоматизації і безпеки.

У нас в країні в основному використовуються газові і жідкотоплівниє підлогові казани. Вони високоефективні (ККД стандартних газових казанів досягає близько 95%, а формальний ККД (з урахуванням теплоти паротворення) конденсаційних агрегатів (наприклад, RENDAMAX) досягає 105%), економічні, надійні і довговічні (термін служби - до 20 років). Твердопаливні казани не так поширені, оскільки їх ККД декілька нижче (близько 84%).

Однією з останніх розробок є газогенераторний (або піролізний) казан. Він працює на деревному паливі і торфі, але, на відміну від традиційного варіанту, спалювання відбувається з високою ефективністю. При цьому в димі практично відсутні токсичні продукти горіння.

В комбінованому казані після спалювання твердого палива передбачений перехід на газ або солярку, залежно від чого встановлюється відповідний тип пальника. Крім того, багато моделей оснащуються системою електричного підігріву. Після повного спалювання палива вона дозволяє підтримувати необхідну температуру теплоносія.

Практично всі види сучасних казанів мають автоматичні системи регулювання різних параметрів. Вони забезпечують функції безпеки, управляють пальником, задають і контролюють температурний режим. Збільшити ефективність роботи агрегату дозволяють мікропроцесорні пристрої управління. З їх допомогою можна регулювати температуру теплоносія відразу в декількох контурах опалювання. Автоматика істотно полегшує обслуговування казана, оптимізує його роботу, не допускаючи "перетопов" і "недотопов", стежить за жорсткістю води, зміною тиску і так далі

Так, в сучасних газових казанах передбачено електронне регулювання потужності (наприклад, в казанах виробництва Viessmann, Baxi, Wolf, Buderus, De Dietrich). Це означає, що модуляція полум'я пальника відбувається безперервно, оптимізуючи роботу устаткування і економлячи паливо. Для підтримки комфорту в приміщенні можна підключити до казана контролююче систему опалювання пристрій. Такий контроллер (наприклад, Clima Manager), як правило, є програмуючим пристроєм, за допомогою якого можна задати необхідні параметри роботи устаткування, а також встановити найбільш комфортний температурний режим в приміщенні. У функції приладу входить також регулювання контура ГВС, проведення діагностики і визначення несправності вузлів системи. Основні параметри роботи і можливі несправності відображаються на дисплеї.

Труби

Невід'ємною частиною систем теплопостачання є магістралі. По ним вода (130 З) від ТЕЦ поступає в контур теплообмінників, де гріє теплоносій, який розлучається по споживачах. У Росії велика частина таких трубопроводів виготовлена із сталі (близько 70%). Вони були прокладені багато років тому і з тих пір практично не реконструювалися. За деякими даними, більше 40% ліній, що працюють у сфері ЖКХ, знаходяться в украй зношеному стані і вимагають заміни.

Сталеві труби володіють дуже високою міцністю, пожаробезопасностью і, що дуже важливе для систем опалювання, газовою герметичністю. Проте вони корозійний нестійкий, із-за чого термін їх експлуатації невеликий і складає близько 15 років. Крім того, сталеві труби відрізняються трудомісткістю монтажу. Маючи велику масу, вони поставляються у вигляді відносних коротких відрізань, що приводить до значного збільшення зварювальних з'єднань. Так, по оцінках фахівців, на кілометрі довжини (при діаметрі труби 110 мм) потрібно близько 84 стикувальних вузлів.

В число металевих виробів входять також чавунні і мідні трубопроводи, проте через свої недоліки вони не набули широкого поширення. Перші дуже масивні, крихкі і складні в монтажних роботах. Другі дуже дорогі і при масовому впровадженні нерентабельні.

Для облаштування внутрішніх систем найбільш перспективні сьогодні пластикові труби. На даний момент налічується декілька їх основних різновидів: труби з ПВХ, з поліетилену, з металопластика, а також з поліпропілену. Останній тип найбільш досконалий і по характеристиках перевершує всі останні. Поліпропіленовиє трубопроводи (наприклад, акватекс-пласт (Росія)) володіють корозійною стійкістю, мають низьку теплопровідність (в деяких випадках не потрібна навіть ізоляція). Крім того, вони екологічні, дуже прості в монтажі завдяки малій вазі і великій довжині вмонтовуваних відрізань. Термін їх служби складає більше 50 років. Верхня температурна межа таких труб лежить в діапазоні 90-95 °С, що дозволяє застосовувати їх (окрім водопостачання і каналізації) і в системах опалювання для організації внутрішньої розводки, де температура нижча. Серед виробників таких труб можна виділити зарубіжні REHAU і Oventrop.

Циркуляційний насос

Насос - важливий елемент в організації перенесення тепла. Враховуючи велику протяжність і розгалуженість систем теплопостачання, від ефективності насосних груп багато в чому залежить дієвість теплопередачі. Близько 60 років тому з'явилися перші насоси з мокрим ротором, які зараз в основному використовуються в автономних системах опалювання. Як видно з назви, їх конструкція припускає занурення основних елементів (крильчатки і ротора) в перекачувану рідину. Корпус насоса виконується головним чином з чавуну або неіржавіючої сталі. Такі пристрої достатньо безшумні, прості в монтажі і можуть функціонувати без техобслуговування протягом декількох років. Проте ККД насосів мокрого типу порівняно малий (75-80%), тому для крупніших систем застосовують інші конструкційні рішення.

Циркуляційні насоси сухого типу (де ротор не омивається перекачуваною рідиною) набули широкого поширення в колективних мережах теплопостачання. ККД їх високий і може досягати 85-87%, і в системах опалювання переважно застосовується саме цей тип. У ранніх моделях використовувалися сальникові вкладиші, що вимагають регулярного обслуговування і що не забезпечують належної герметичності насоса. Зараз в основному застосовуються ефективніші ковзаючі торцеві ущільнення.

Найбільш сучасні моделі насосів (наприклад, GRUNDFOS серії TPE, а також вироби компаній Wilo, DAB) обладналися пристроями частотного регулювання. Це дозволяє точно вибирати режим роботи агрегату, що дає можливість істотно (до 50%) скоротити енерговитрати.

Радіатор/конвектор

Остання ланка в ланцюзі системи – опалювальний прилад. Безпосередньо від нього споживач отримує тепло. При цьому якщо процес носить в основному характер конвекції (циркуляційне нагрівання повітря, що проходить крізь поверхню обігріву), то опалювальний прилад називається конвектором. Холодне повітря, проходячи через нього, швидко нагрівається і піднімається вгору. Конвектор, як правило, є ув'язнений в кожух нагрівальний елемент (рідше без нього), теплообмінники якого виготовляються із сталевих або мідних трубок із сталевим або