Варианты децентрализации теплоснабжения зданий

Н.Г. Любимова

ВАРИАНТЫ ДЕЦЕНТРАЛИЗАЦИИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ OPTIONS FOR DECENTRALIZED HEAT SUPPLY OF BUILDINGS

Аннотация: в статье рассмотрены различные современные энергосберегающие технологии сжигания твердого и газового топлива и определены их сравнительные характеристики. Суммарная экономия затрат от внедрения этих технологий сводится к экономии топлива, воды и энергии; снижению затрат на техническое обслуживание и ремонт; сокращению выбросов загрязняющих веществ.

Ключевые слова: автономные системы теплоснабжения зданий, технологии сжигания топлива, сравнительные характеристики, энергоэффективность.

Abstract: the article deals with various modern energy saving technologies for burning solid fuel and gas. Determine their comparative characteristics. Total cost savings from the introduction of these technologies is reduced to save fuel, water, energy; reduce maintenance costs and repairs; reduce pollutant emissions.

Keywords: autonomous heating systems of buildings, technology of fuel combustion, comparative performance, energy efficiency.

К вариантам децентрализации теплоснабжения зданий относятся:

\.Система теплоснабжения зданий на энергосберегающих технологиях сжигания твердого топлива.

К этой группе можно отнести как собственные паровые и водяные котельные, работающие на твердом топливе, так и автономные отопительные котлы, установленные в производственных помещениях.

Котлы на твердом топливе (твердотопливные котлы) - это центральное устройство автономных систем отопления, генерирующее тепло при сжигании в них твердого топлива: дров, бурого или каменного угля, кокса, топливных гранул или торфяных брикетов, отходов деревообработки и пр. При отсутствии центрального газоснабжения котлы на твердом топливе -лучшее решение по соотношению «цена - качество» для отопления помещений.

Современные твердотопливные системы уже не требуют постоянной дозагрузки топлива и могут сами долгое время в автоматическом режиме поддерживать заданную температуру в системе отопления.

Немаловажными положительными факторами являются высокая экологичность твердотопливного отопительного котла и низкая цена твердого топлива, которое легкодоступно, а иногда и просто бесплатно.

Котлы, использующие твёрдое топливо, достаточно разнообразны по своей конструкции и классифицируются по следующим параметрам:

1. Виду сжигаемого твёрдого топлива:

- дрова, брикеты и т.д. (Dakon DOR D, Dakon FB D);

- уголь (Dakon DOR);

- пеллеты (Grandeg BIO, Grandeg GD);

- универсальные "всеядные": могут работать на всех видах твердого топлива (Opop H и многие др.).

2. Принципу сжигания:

- длительного горения (Stropuva);

- пиролизные (Dakon Pyro);

- традиционные;

- комбинируемые.

3. Материалам изготовления:

- стальные (Бакои КР Руго);

- чугунные (Бакои Баша1 Руго) считаются более долговечными и инерционными, медленнее нагреваются и медленнее остывают.

4. Принципу передачи генерируемой энергии:

- воздушные;

- водяные (наиболее распространенные);

- паровые [1].

Самыми большими недостатками традиционных твердотопливных систем являлись сравнительно большая скорость сгорания топлива и его "ручная подача". Подобные котлы отопления требовали дополнительной загрузки дров через каждые три-четыре часа. Это обстоятельство резко снижало их конкурентные качества, так как при их эксплуатации необходимо было постоянно контролировать процесс горения и присутствовать рядом.

Для решения этих проблем в разработке новых поколений котлов отопления, использующих твердое топливо, производители стали уделять большое значение поиску новых принципов процесса длительного сжигания и технологий автоматической подачи топлива. Эти усилия дали целый ряд интересных новейших разработок:

- Котлы длительного горения 81хориуа (Стропува), газогенераторные (пиролизные) и пеллетные котлы.

- Котлы длительного горения 81хориуа (Стропува) - новое слово в твердотопливной котловой технике. Появление на рынке котлов «эконом» класса с уникальными характеристиками длительности горения на одной закладке топлива стало возможным благодаря литовской компании БТЕОРИУЛ, поставляющей отопительное оборудование не только в Россию, но и в Европу. Инновационный метод сжигания твердого топлива «горение свечи» позволяет котлам 81хориуа непрерывно работать на одной закладке угля в течение 7 суток. При этом они «всеядны», автоматизированы и могут быть полностью энергонезависимы. Это наиболее перспективное направление в развитии котлов для систем отопления этого класса, к тому же - недорогое.

- Газогенераторные котлы (пиролизные) сжигают не только дрова, но и древесный газ, который выделяется из них при высокой температуре. Поэтому принцип работы газогенераторных котлов, где используется процесс пиролиза, отличается от обычных твердотопливных. При

таком сгорании не образуется сажа и минимальное количество золы, КПД таких котлов выше, но и стоят они существенно дороже, чем обычные твердотопливные. Пиролизные устройства представлены компанией Бакои.

- Пеллетные котлы называются так потому, что работают на древесных гранулах (пеллетах), находящихся в отдельно стоящем бункере и автоматически подающихся в зону горения. Пеллеты - это древесные топливные гранулы, которые представляют собой прессованные отходы древесного производства. Размеры древесных гранул составляют 6-10 мм в диаметре и 5-70 мм длиной. Теплотворная способность пеллет равна 5 кВт/час на 1 кг (4500

Ккал/кг). Пеллетные котлы представлены компанией Огаиёе§. Такой пеллетный котёл отопления состоит из трёх компонентов: непосредственно котёл с горелкой, шнековый питатель и бункер. На корпус котла устанавливается горелка. К горелке внешним шнеком подводится топливо

- пеллеты. Работой шнека управляет встроенный в горелку фотосенсор, который отслеживает наполнение бункера горелки гранулами. После наполнения бункера внешний шнек отключается, и внутренний шнек транспортирует топливо на решетку горения, где оно воспламеняется при помощи электрической спирали. Для подачи воздуха в зону горения под горелкой установлен вентилятор. Процесс работы котла с бункером для пеллет полностью автоматизирован и контролируется при помощи пульта управления, на котором задаются все необходимые настройки, включая требуемую температуру, дневной цикл работы, включение и отключение устройства. Для безопасной работы предусмотрен автоматический клапан, разрывающий электрическую цепь в случае случайного перегрева [1].

Твердотопливную систему можно использовать как в качестве основного источника тепла, так и в качестве дополнительного, поэтому существует и несколько вариантов схем подключения. При использовании системы в качестве дополнительной котел отопления, работающий на твердом топливе, можно устанавливать параллельно с электрическим, тогда, например, электрокотел будет работать в период межсезонья и подтопки, а твердотопливное оборудование - в период максимальной нагрузки на систему отопления. Также эти устройства

можно использовать в качестве дополнительного надежного оборудования для обеспечения помещения теплом при длительных отключениях электричества или для надежности всей системы отопления в целом, при выходе из строя основного котла, например, дизельного.

Дополнительные преимущества:

- При отсутствии центрального газоснабжения и проблем с электричеством твердотопливные отопительные котлы - это наиболее доступный способ обеспечить помещения теплом.

- Оборудование оснащено всеми необходимыми датчиками и устройствами, отвечающими за безопасность и важные показатели системы.

- Они могут работать в условиях высокой запылённости, не критичны к чистоте воздуха. Поэтому их можно использовать в недостроенных помещениях, помещениях без внутренней отделки, так как для работы газовых котлов и на жидком топливе строительная или бытовая пыль очень вредна.

- Отходы сгорания топлива (золу) можно использовать в качестве хорошего удобрения.

- Для теплоизоляции современных котлов используются новые безасбестовые материалы.

- Возможность применения в системе, как с естественной, так и с принудительной циркуляцией теплоносителя.

- Современные котлы, использующие твердое топливо, можно достаточно легко переоборудовать для работы с несколькими видами энергоносителей: газом, дизелем и т.п. Тогда при проблемах с одним видом топлива можно перейти на другой. При выборе моделей обычно рекомендуется обращать внимание на гарантийные сроки, время автономной работы на одной закладке, экономичность работы и, конечно же, соотношение цена - качество.

Между тем, рассматривать систему отопления на твердом топливе, в качестве основной стоит только после тщательного анализа цен на применяемое топливо в сравнении с другими видами топлива, так как разница в стоимости оборудования для отопления на жидком топливе не так велика, а неудобства, связанные с необходимостью постоянной загрузкой топлива (да и с необходимостью где-то содержать немалый объем этого самого топлива), значительны. Справедливости ради, надо заметить, что нивелировать недостатки твердотопливных котлов можно способом, очень популярным в скандинавских странах, который основан на использовании теплоаккумуляторов. В контур системы отопления с твердотопливным котлом включается теплоизолированный аккумулятор горячей воды емкостью 2-10 м3. В режиме натопа котел нагревает воду в баке до 80-95°С, а затем эта вода с помощью циркуляционного насоса и простого термостата обеспечивает постоянный режим отопления в течение нескольких суток.

ПДецентрализационная система газового отопления производственных помещений.

К этой группе проектов так же, как и в отношении твердого топлива, можно отнести, как паровые и водяные котельные, так и прочее автономное конвективное оборудование, например, газовые парогенераторные низкого давления для технологических нужд, как отечественного, так и импортного производства

Такие котлы универсальны в использовании, имеют высокий КПД, малогабаритны, просты в монтаже и управлении, надежны в эксплуатации. Для работы котла требуются минимальные энергозатраты, менее 1,0 кВтчас. Котлы не подлежат регистрации в органах Гостехнадзора.

Среди них широко известны парогенераторы с мгновенным режимом подачи пара, которые состоит из смесителя-горелки и прочной компактной камеры сгорания, гарантирующие безопасность, эффективность и значительные преимущества по сравнению с традиционными паропроизводительными системами. В предлагаемом оборудовании воздух поступает в смеситель-горелку и смешивается с топливом. Эта смесь подается в камеру сгорания, где сгорает в водной среде, создавая мгновенный пар. При этом продукты сгорания не выбрасываются в атмосферу, а утилизируются, создавая дополнительную энергию парогазовоздушной смеси. Это существенно повышает эффективность технологии.

К прочим видам газового оборудования конвективного отопления можно отнести:

- тепловентиляторы;

- тепловые шкафы;

- комбинированные устройства [3].

Тепловентилятор является наиболее простым, как с точки зрения внутреннего устройства, так и с точки зрения понимания принципов его работы, прибором. Этот аспект во многом определяет и объясняет устойчивый интерес потребителей к данному классу устройств. Весь предлагаемый модельный ряд газовых тепловентиляторов и тепловых шкафов рассчитан на работу на природном и сжиженном газе. В стандартной комплектации предлагаются приборы с вкл./выкл. горелками. Предусмотрены комплектации приборов горелками с двухступенчатым и полномодулируемым регулятором пламени. Маломощные агрегаты (до 80 кВт) оснащаются горелками с ручным поджигом, но по заказу, на эти приборы могут устанавливаться системы с автоматическим поджигом и контролем горения. Модели тепловентиляторов с мощностью более 80кВт поставляются с системой автоподжига и контроля пламени стандартно. Особое место в системах децентрализованного газового отопления занимают инфракрасные системы, которые исключают из процесса обмена теплом даже воздух в отапливаемых помещениях. Традиционные системы отопления, даже локальные, базируются на нагреве воздушного пространства в отапливаемом объеме. Основной принцип работы излучателя состоит в том, что в ходе сгорания газа специальные трубы нагреваются до температуры, при которой они излучают инфракрасные волны. За счет этого и обогреваются предметы в помещении. Инфракрасное тепловое излучение может быть сфокусировано оптическими рефлекторами и поглощается любыми непрозрачными объектами или материалами. Теплопередача от источника инфракрасного нагрева происходит мгновенно. Инфракрасные системы напрямую, как солнце, обогревают под собой все, в то время как окружающий воздух остается холодным. Этот аспект стоит рассматривать как главное преимущество инфракрасных обогревателей перед традиционными средствами обогрева. Воздух в помещении нагревается уже вторичной конвекцией - от нагретых предметов и пола.

Технология лучистого обогрева позволяет получить ощутимые преимущества по сравнению с традиционными отопительными системами, т.к. существенно снижается тепловая нагрузка и, следовательно, расход топлива [4].

В таблице представлены некоторые характеристики 3-х вариантов систем отопления.

Из табл. видно, что расход топлива у вариантов с воздухонагревателями и котельной почти равны и в 2 раза превышают систему отопления с ГЛО, однако прочие расходы у газовых воздухонагревателей практически отсутствуют, что приближает этот вариант теплоснабжения по затратам к варианту с ГЛО [1].

Таблица

Сравнение показателей различных систем отопления

Сравниваемые показатели Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

Тип теплообмена Газовое отопление Конвективное отопление Газовое лучистое отопление

Тип отопления Автономное

Описание Котельная Воздухонагреватели Короткие ИК-обогреватели

Превышение мощности системы отопления по сравнению с ГЛО, раз 1.21 1.25 1

Превышение годовой выработки тепла по сравнению с ГЛО, раз 1.8 1.9 1

Превышение годового расхода газа по сравнению с ГЛО, раз 1.8 2 1

Такая эффективность ГЛО обусловлена следующими причинами:

- отопление с помощью потока теплового инфракрасного излучения приводит к необходимости изменения условий баланса комфортного состояния человека в сторону снижения температуры окружающего воздуха. Это снижение приводит к уменьшению потерь тепла через наружные ограждения помещений, а также

тепла, необходимого для нагрева приточного воздуха. Хорошо известно, что каждый градус снижения температуры воздуха в помещении приводит к 5% экономии тепла за год. Таким образом, разрешенное нормами снижение температуры воздуха в помещении на 4°С сулит экономию до 20% тепла на отопление; - в помещениях с высокими потолками при традиционных способах обогрева нагретый воздух скапливается в верхней зоне, аккумулируя поступающее тепло. При инфракрасном отоплении все тепло с помощью отражателя передается в рабочую зону, т.е. туда, где оно непосредственно необходимо, нагревая пол, стены, оборудование;

- в свою очередь эти поверхности отдают полученное тепло воздуху в помещении, при этом исключается образование воздушной «тепловой подушки» под потолком и перегрев кровли. Это, в свою очередь, также приведет к снижению годового теплопотребления на систему отопления помещения до 45-46%;

- обогрев поверхностей, а не объемов воздуха позволяет обогревать отдельные

зоны или рабочие места без необходимости обогревать целиком все помещение, давая возможность поддерживать разную температуру в различных зонах, что невозможно в системах конвекционного обогрева;

- система лучистого отопления требует меньшего времени для приведения ее в рабочий режим (15-30 минут), за счет этого теплопотребление также ниже, чем для традиционной конвекционной системы;

- система лучистого отопления позволяет программировать дневной, ночной или недельный режим поддержания необходимой температуры.

- отсутствие движения воздуха и пыли, образующейся при различных технологических процессах, улучшает условия комфортности в помещении. В противоположность этому при системах воздушного отопления движение воздуха создает большие трудности как с точки зрения постоянной циркуляции воздуха и сквозняков, так и с точки зрения присутствия во взвешенном состоянии различных вредных для здоровья частиц;

- как правило, современные системы газового отопления работают в автоматическом режиме, не требуя внимания со стороны эксплуата- ционного персонала. После установки и наладки в течение 10 лет можно ограничиться периодическими осмотрами - сервисным обслуживанием (техническое обслуживание 1 раз в месяц и профилактическое обслуживание 1 раз в год). В результате, затраты на ремонт и обслужи- вание сокращаются до 3-5% от общих затрат на системы газового отопле- ния в сравнении с 20-40% в альтернативных системах воздушного отопления при разводке теплоносителя (теплофикационной воды или пара);

- излучатели подвешиваются к потолку (высота подвески от 6 до 35м), не занимая полезной площади, а их незначительный вес не нарушает статику строительных конструкций;

- подводка газовых сетей к установкам обогрева осуществляется одной трубой, а не двумя. Кроме того, газопровод не требует дорогой теплоизоляции, имеет на порядок меньшую металлоемкость и значительно больший срок службы. Эксплуатационные затраты на обслуживание газопроводов ниже, чем при обслуживании теплотрасс, к тому же их нельзя разморозить;

- быстрый монтаж, демонтаж, перенос приборов (от 2-х дней до 2-х недель);

- исключение замерзание системы (отсутствие воды);

- показатели выбросов в атмосферу С0=0, а СО2, КЮх значительно ниже предусмотренных нормами. Исходя из этого, можно с полным правом назвать оборудование ГЛО экологически чистым.

Таким образом, покупатель получает прибыль от использования систем лучистого отопления за счет:

- снижения эксплуатационных расходов в 6-8 раз;

- незначительных капитальных затрат в оборудование, монтаж которого несложен при высокой надежности элементной базы;

- многофункциональности эксплуатации лучистых обогревателей [4].

Но следует заметить, что бетонные полы без утепления существенно снижают

эффективность такого отопления.

Энергоносителями для ИК систем отопления могут быть:

- электроэнергия;

- природный газ, природный сжиженный газ или пропан-бутановая смесь;

- жидкое (дизельное) топливо;

Принцип работы ИК систем независимо от вида используемого энергоносителя остается тем же, а экономические показатели существенно отличаются в пользу природного газа. Газовые ИК излучатели могут быть различных температурных уровней:

- «светлые» высокотемпературные (температура излучающей поверхности более 1000 °С);

- «светлые» среднетемпературные (от 800 до 1000 °С);

- низкотемпературные каталитические (от 600 до 800 °С);

- «темные» излучатели (от 400 до 600 °С);

- «субтемные» излучатели (от 200 до 400 °С) [4].

Имея на сегодняшнем рынке множество зарубежных и отечественных фирм, предлагающих ГИИ необходимо учитывать такие показатели, как «цена/качество». Основными критериями выбора становятся уровень технических разработок, применение более долговечных материалов, качество изготовления, удобство при монтаже, уровень управления, надежность.

Системы лучистого инфракрасного отопления используются для:

- отопления промышленных зданий и сооружений (складов, ангаров,

железнодорожных депо и прочих);

- отопление открытых и полуоткрытых площадок различного назначения;

- в различных технологических процессах (сушка, термообработка и т.д.);

- отопление помещений, функционирующих относительно короткое время.

Подводя итог описанию вышеприведенных технологий, можно выделить следующие факторы, формирующие экономический эффект от внедрения децентрализации теплоснабжения:

- экономия энергоресурсов, в первую очередь, тепла - за счет отсутствия потерь по передаче тепла и больших возможностей по регулированию теплопотребления; как следствие - сокращение расхода воды и топлива; снижение потребления электроэнергии на собственные нужды;

- снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт, так как современные источники тепла длительное время не нуждаются в техническом обслуживании (гарантийные сроки эксплуатации до 4-5 лет при сроке службы более 10 лет);

- сокращение выбросов загрязняющих веществ (для твердотопливных котлов) из-за более глубокой степени сжигания топлива.

Литература

1. Интернет-портал: Энергосберегающие децентрализованные системы отопления. ООО ЖДК «Энергоресурс» по материалам семинара из цикла «Теплый дом. Тенденции нового времени», 2011.

2. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г.. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование. - М., 2004.

3. Полонский В.М. Титов Г.И., Полонский А.В. Автономное теплоснабжение. - М., 2007.

4. Шумилов Р.Н., Толстова Ю.И. «Опыт проектирования систем газового лучистого отопления» СТРОЙкомплекс № 12 декабрь 2008 г.