Главная >  Инжиниринг 

 

Экономичное отопление зданий нового поколения с эффективным использованием энергии. Новое поколение проектируемых и реконструируемых зданий отражает современную государственную энергетическую политику, ориентированную на приоритетность повышения эффективности использования энергии над увеличением ее производства. Реализуется данное направление в основном на базе отечественных материалов и оборудования путем установки приборов регулирования и учета теплопотребления, а также повышением теплозащитных качеств наружных ограждений зданий. При этом опыт передовых стран положительно повлиял на принимаемые в данной области нормативные и конструкторские решения.

 

Сообщение, сделанное доктором технических наук, профессором, заслуженным деятелем науки и техники России, академиком РААСН В. Н. Богословским (НИИСФ) и кандидатом технических наук, доцентом БГПА В. В. Покотиловым на международной научно-практической конференции Решение проблем вентиляции и отопления при строительстве, модернизации и реконструкции зданий

 

Не представляется же возможным использование данного опыта в массовом отечественном строительстве по целому ряду причин.

 

При разработке систем водяного отопления также ориентируются на зарубежные аналоги, не учитывая при этом всего комплекса сопутствующих проблем. В передовых зарубежных странах для отопления зданий в основном применяют двухтрубные горизонтальные системы водяного отопления с местным ( по возмущению ) и индивидуальным регулированием с помощью радиаторных термостатов. Источниками теплоты являются низкотемпературные тепловые сети, индивидуальные газовые котлы (работающие на природном или сжиженном газе), гелиосистемы и солнечная архитектура зданий. Используются также котлы для сжигания дров и прессованных древесных отходов с эффективной автоматизацией процесса горения. Теплопроводы выполняются из медных, металлопластиковых и полимерных труб с использованием соответствующей запорно-регулирующей арматуры и электронной системы комплексного автоматического управления. Работоспособность и энергоэффективность систем обеспечивается соответствующими сервисными и консультационными службами, а также организациями, осуществляющими энергетический аудит.

 

Во-вторых, существующий уровень квалификации широкой сети эксплуатационных служб не соответствует и в обозримом будущем не будет соответствовать уровню профессиональной квалификации, требуемому для эксплуатации современных отопительных систем.

 

Во-первых, отечественная промышленность в основном не производит подобного оборудования и в ближайший период не следует ожидать широкого спроса на данные технологические изделия и материалы ввиду их высокой для отечественного потребителя стоимости.

 

В-четвертых, периодическое отключение электроэнергии приводит к неработоспособности современных систем отопления.

 

В-третьих, для современных двухтрубных систем водяного отопления выполняется гидравлическая регулировка с помощью балансировочных клапанов на подводках каждого отопительного прибора. В многоквартирных домах с помощью этих же клапанов жильцы самовольно увеличивают расход теплоносителя через радиаторы своей квартиры, тем самым абсолютно разрегулируя систему.

 

Анализ указанных обстоятельств приводит к выводу о необходимости иных технических решений в отличие от существующих в развитых странах с целью создания экономичных систем отопления, позволяющих реализовать массовое строительство индивидуальных и многоквартирных, административных и производственных зданий с эффективным использованием энергии (ЗЭИЭ).

 

Наконец, в-пятых существующие нормативные методы теплогидравлического расчета систем отопления составлены для стабилизированных теплогидравлических режимов работы систем и не соответствуют динамическим процессам работы современных автоматизированных систем отопления.

 

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

 

Система отопления ЗЭИЭ рассматривается в качестве звена единого энергопотребляющего комплекса-здания с комплексной автоматизацией систем, обеспечивающей в течение года реальное и эффективное использование внутренних тепловыделений, солнечной энергии, а также утилизируемой энергии удаляемого воздуха и канализационных вод. Утилизируемая энергия при этом может взаимно перераспределяться в оптимальной пропорции между отопительными, вентиляционными и водоснабжающими системами.

 

Рассматриваются два варианта подключения системы отопления - по зависимой и независимой схеме.

 

Тепловые сети

 

Независимая схема подключения отопления к тепловой сети может осуществляется либо традиционным путем с расположением оборудования в тепловом узле, либо с размещением индивидуальных узлов регулирования в виде распределительных шкафчиков непосредственно в обслуживаемых помещениях общественных или производственных зданий. Общая стоимость индивидуального узла регулирования составляет от $300 до $50 Экспериментальные варианты таких систем показали себя простыми в эксплуатации при обеспечении требуемого качества регулирования.

 

Зависимая схема подключения системы отопления к тепловой сети может быть реализована либо с помощью смесительных устройств, либо с помощью элеватора. Предлагается использование элеваторной схемы при дополнительном оснащении теплового узла двухпозиционным регулятором, который воздействует на обводной соленоидный клапан по факту отклонения температуры удаляемого воздуха в вентиляционном коллекторе. Оборудование рассчитывается на переключение мощности системы отопления примерно на 30% относительно расчетного значения. При временном отключении электроэнергии тепловой узел работает в обычном режиме элеваторного узла. Экспериментальные системы с использованием простейших элементов фирм Grundfos и Herz показали высокую надежность и простоту эксплуатации. Данная схема в особенности приемлема для реконструкции существующих элеваторных узлов, так как работы могут быть выполнены в отопительный период при общей стоимости от $500 до $150 Аналогом предложенной системы можно считать схему с местными пропусками, по которой в 1948-50 гг. в г. Москве были смонтированы и в течение 2-3 лет эффективно эксплуатировались системы отопления в нескольких десятках жилых домов.

 

Анализ проблемы ограничивается отопительными водогрейными котлами малой мощности (до 100-150 кВт). Для сжигания газа и жидкого печного топлива в настоящее время в отечественной практике существует множество вариантов приспособления автоматизированных эффективных горелок к котлам отечественного производства. Однако данные виды топлива, а в последние годы и уголь являются недоступными для большинства индивидуальных застройщиков, особенно в сельской местности. Используются в основном дрова, кусковой торф и торф-брикет. Существенный энергетический потенциал в данных условиях представляют древесные отходы, опилки, сгораемый мусор.

 

Индивидуальные котельные

 

Система отопления индивидуального дома рассчитана на насосную циркуляцию, а также на обеспечение 50% требуемой мощности за счет гравитационной циркуляции (при отключении электроэнергии) для частичного сохранения работоспособности системы. Заправка бака-аккумулятора осуществляется без применения запорно-регулирующей арматуры. Горение топлива происходит в оптимальном режиме, так как протапливание проводится периодически (в течение 1-3 часов) и заканчивается по достижении температуры воды в баке-аккумуляторе 80-90°С. Отбор теплоты в систему отопления осуществляется автоматически путем включения-выключения насоса простейшим электроконтактным термостатом, расположенным в общей комнате. Расчетные параметры теплоносителя в системе отопления 75-55°С.

 

При использовании традиционных твердотопливных отопительных котлов практически невозможно реализовать автоматизированную работу системы отопления без включения в отопительный контур теплоаккумулирующих устройств. Были разработаны и реализованы проекты таких систем на примере сельского индивидуального жилого дома и небольшого деревообрабатывающего предприятия.

 

Система отопления работает при непрерывной насосной циркуляции с трехтрубным магистральным распределением по отдельным цехам, в каждом из которых установлен смесительный клапан стоимостью $40 с радиаторным термостатом прямого действия. Котел протапливается периодически при стабильной температуре топочного объема. Протапливание заканчивается по достижении температуры воды в баке-аккумуляторе 80-90°С.

 

Для теплоснабжения деревообрабатывающего предприятия был разработан котел с кирпичной футеровкой с двумя топками и единой камерой сгорания. Одна топка имеет традиционную для сжигания дров конструкцию, а вторая, предназначенная для сжигания опилок, выполнена в виде шахты со ступенчатыми сводами в своем основании. Использованы трубчатые нагревательные элементы в сочетании с двумя баками-аккумуляторами емкостью по 1,3 м3 со встроенными трубчатыми змеевиками. Баки расположены выше котла для обеспечения гравитационной циркуляции между ними и нагревательными элементами котла.

 

Выявление энергоэффективной градостроительной структуры проводится на основании гелиотермического анализа климата и места застройки, что позволяет подготовить архитектурно-строительные решения каждого фасада ЗЭИЭ.

 

Солнечная энергия

 

Для горячего водоснабжения в настоящее время применяют насосные гелиосистемы с расположением гелиоколлекторов на наружной поверхности дома (на кровле или на стене). Удельная стоимость такой гелиосистемы составляет не менее $400 на 1 м 2 гелиоколлектора. В основном они имеют электронную систему управления насосом в двухпозиционном режиме регулирования, что приводит к снижению энергоэффективности по сравнению с проектными значениями. Предлагается комбинированная гелиосистема, состоящая из контуров с гравитационной и насосной циркуляцией. Солнечный коллектор помещается внутри неотапливаемого объема (зимнего сада, атриума или теплицы), температура в котором в зимний и переходный периоды на 10-15°С выше температуры наружного воздуха. Данное решение удачно реализуется для индивидуальных или блокированных ЗЭИЭ. Стоимость гелиосистемы составляет не более $100 на 1 м2 гелиоколлектора при увеличении среднегодовой тепловой эффективности почти в 2 раза по сравнению с существующими аналогами.

 

Для отопления в развитых странах в основном применяют пассивные способы использования солнечной энергии, в том числе с помощью окон, форма которых (а также расположение их на южном фасаде дома) способствует облучению только поверхности пола, который аккумулирует теплоту солнечного излучения. Из-за неприемлемости подобного решения в постсоветских условиях предлагается в качестве теплоаккумулирующих поверхностей использовать широкие подоконники (из бетона, камня), а также стены и потолки.

 

Необходимо в максимальной мере использовать существующие отечественные производственные технологии и существующий проектный опыт при дополнительном введении элементов автоматизации высокой степени надежности и низкой стоимости.

 

Тип системы отопления

 

Для гидравлической балансировки системы отопления достаточно использовать балансировочные краны только по стоякам.

 

Предлагается для многоквартирных жилых ЗЭИЭ применять традиционные однотрубные вертикальные системы отопления из стальных труб с радиаторными трехходовыми термостатическими клапанами или с радиаторными термостатами большой пропускной способности.

 

Расчет тепловой мощности системы отопления ЗЭИЭ

 

Для индивидуальных и общественных зданий возможно использование любого оптимального варианта. В частности, для производственных и общественных зданий был разработан и реализован экспериментальный вариант новой трехтрубной схемы теплопроводов системы отопления, позволяющей реализовать режимы качественного регулирования по отдельным помещениям. Стоимость смесительного узла регулирования для отдельного помещения не превышает $80.

 

Q от = Q т + Q и - Q б (1-h ,

 

Тепловую мощность системы отопления ЗЭИЭ предлагается определять с учетом способа регулирования

 

Годовой энергетический баланс ЗЭИЭ

 

устанавливая таким образом зависимость мощности системы отопления от качества ее автоматизации. Значение h1=0,8 при индивидуальном регулировании, 0,4 при местном регулировании и 0,2 без регулирования.

 

Суммарное потребление теплоты на теплоснабжение ЗЭИЭ по каждому месяцу Q мi, МДж, предлагается определять по выражению

 

Годовой баланс ЗЭИЭ определяется суммой помесячных энергетических балансов по составляющим энергозатрат.

 

Здесь Q с мi - поступления от солнечной энергии через окна южного фасада за месяц, МДж; Qт, Qи - соответственно суммарные трансмиссионные теплопотери здания и теплопотери вследствие воздухообмена, Вт; Q б=150Ап/f п - бытовые теплопоступления, Вт; Ап - площадь пола жилых помещений, м2, fп - средняя величина жилой площади на 1 человека, м2/чел.; 1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от способа регулирования системы отопления; tв, tн - расчетная температура соответственно внутреннего и наружного воздуха (параметры Б); tмi - среднемесячная температура.

 

Q мi = 2,6[(Q т + Q и)(t в - t мi)//(t в - t н) - Qб h 1]- Q с мi h1.

 

Чтобы практически реализовать расчетный тепловой баланс ЗЭИЭ, необходим комплексный подход к проектированию инженерных систем как составляющих элементов единого архитектурно-энергетического комплекса, каковым является здание.

 

Величина Qб включает, кроме бытовых теплопоступлений, утилизированную энергию тепловых сбросов.

 

 

Когенераторные установки — двойн. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ОАО. Россию призывают спасти Киотский протокол. Новости от энергетика. Основні енергоефективні технолог.

 

Главная >  Инжиниринг 

0.0148