Повышение эффективности системы отопления. Режим работы и регулирование системы отопления. Энергосбережение в системах отопления. – 1 час.

Тепловая эффективность отопительного устройства в помещении и выбор установочной тепловой мощности системы отопления.

Отопительный прибор должен компенсировать дефицит теплоты в помещении. Использование приборов той или иной конструкции и их установка в различных местах поме­щения не должны приводить к заметному перерасходу теп­лоты. Показателем, оценивающим эти свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отно­шение количества затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных тепловых условий к рас­четным потерям теплоты помещением.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом об­ладают панельно-лучистые приборы, установленные в верх­ней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. Отопительный эффект таких приборов равен 0,9—0,95, т. е. теплоотдача потолочных панелей-излучателей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помеще­ния без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в конструк­ции пола, около 1,0.

Наиболее распространенные приборы - радиаторы обыч­но устанавливают в нишах или около поверхности наруж­ной стены. Заприборная поверхность перегревается и через эту часть наружной стены бесполезно теряется некоторое количество теплоты. В результате отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04—1,06. В этом отно­шении более эффективными оказываются конвекторы, рас­полагаемые вдоль наружной стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора около 1,03.

Подоконная панель, встроенная в конструкцию наруж­ной стены, может иметь заметные бесполезные потери теп­лоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.

Отопительные приборы обычно имеют определенный шаг принятого номенклатурного ряда, который в СНиП выражают теплоотдачей, кВт, отдельного элемента прибора этого ряда. В результате в помещении устанавливают число элементов прибора, округленное в большую сторону сверх расчетной величины. Связанное с этим увеличение теплово­го потока от приборов рекомендуют учитывать коэффи­циентом β₁, который изменяется от 1,02 до 1,13 в зависимо­сти от изменения теплоотдачи отдельного элемента прибора от 0,12 до 0,3 кВт.

Дополнительные потери теплоты отопительным прибо­ром, установленным у наружного ограждения, учитывают коэффициентом β₂ . Его значение в зависимости от вида при­бора и способа его установки у наружного ограждения изменяется от 1,02 до 1,1.

Кроме потерь, связанных с размещением нагреватель­ных приборов, в системе отопления возникают бесполезные потери теплоты трубами, встроенными в конструкции на­ружных ограждений, а также в тепловом пункте и других элементах системы. Определяют также дополнительные теплопотери Q_тр трубами в неотапливаемых помещениях, связанные с охлаждением теплоносителя.

Величина суммарных дополнительных потерь (заприборными участками наружных ограждений и теплопроводами в неотапливаемых помещениях) должна быть по СНиП не более 7% тепловой мощности системы отопления.

Удельная тепловая характеристика здания и расчет потребности в теплоте на отопление по укрупненным измерителям

Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений и для ориентировочного рас­чета теплопотерь здания пользуются показателем — удель­ная тепловая характеристика здания q, которая при изве­стных теплопотерях здания равна:

q = Q_зд∕ [V (t_в – t_н)]

где Q_зд — расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт; V — объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м³, (t_в – t_н)— расчетная разность температуры для основных помещений здания.

Величина q , Вт/(м³ °С), определяет средние теплопотери 1 м³ здания, отнесенные к расчетной разности температуры 1°. Ее можно определить заранее

q = q₀ β_t

где q₀— эталонная удельная тепловая характеристика, соответст­вующая разности температур ∆t₀ =18 - (- 30)= 48 °С; β_t — темпе­ратурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической рас­четной разности температур от ∆t₀

Эталонная удельная тепловая характеристика может быть определена с учетом требований СНиП.

Экономические показатели систем отопления

Экономичность системы отопления обусловлена стои­мостью материалов и оборудования, изготовления и сбор­ки, а также эксплуатации. Показателями экономичности являются технологичность конструкции, масса элементов, затраты труда и сроки изготовления и монтажа, расходы на наладку, управление и ремонт.

Технологичность конструкции включает такие реаль­ные мероприятия, как упрощение схемы, унификация и уменьшение числа деталей, применение нормалей, удоб­ство сборки, которые обеспечивают изготовление и монтаж с минимальными затратами времени, средств и труда.

Экономический эффект выявляется при проведении технико-экономического сравнения различных проектных решений. Сравнение позволяет выбрать систему отопления, наиболее экономичную в данных конкретных условиях.

При экономическом сравнении вариантов применяют следующие показатели: капитальные вложения К, экс­плуатационные затраты И, продолжительность монтаж­ных работ и эксплуатации системы отопления. Обычно ис­пользуют часть этих показателей. Самым простым является сравнение систем отопления с различными приборами, но с одним видом теплоносителя и с одной схемой, так как оно делается только по капитальным вложениям. Чаще всего сопоставляют системы по капитальным вложениям и экс­плуатационным затратам. Реже учитывают еще сроки мон­тажа и службы систем, наличие трудовых резервов.

Наиболее экономичен вариант, имеющий минимальные суммарные капитальные вложения и эксплуатационные затраты. Обычно приходится сравнивать два варианта, один из которых имеет меньшие капитальные вложения, другой — меньшие эксплуатационные затраты. Так, при уменьшении диаметра труб насосной водяной системы отоп­ления капитальные вложения уменьшаются, но увеличи­вается расход электроэнергии; автоматизация системы увеличивает капитальные вложения, но уменьшает экс­плуатационные затраты. Экономически более эффективный вариант выявляют в подобных случаях в зависимости от срока z, лет, окупаемости дополнительных капитальных вложений.

Z = (К₁ – К₂ )∕ (И₁ – И₂)

Если этот срок z < z_н — нормативного срока окупае­мости дополнительных капитальных вложений за счет сни­жения эксплуатационных затрат, то целесообразно осущест­вить вариант с большими капитальными вложениями K₁ и меньшими средними годовыми эксплуатационными затра­тами И₁. Если z > z_н , то целесообразен вариант с меньшими капитальными вложениями К₂ и большей средней стои­мостью эксплуатации И₂ в течение года. Нормативный срок z_н окупаемости вложений в систему отопления принят рав­ным 8,33 года (12,5 года для новой техники и энергосбере­гающих мероприятий) независимо от вида здания.

При экономическом сопоставлении нескольких систем или вариантов системы для каждого из них находят при­веденные затраты

3= (К ∕z_н) +И,

и, более эффективным считают вариант, имеющий наимень­шие приведенные затраты за нормативный срок окупае­мости.

Капитальные вложения в систему отопления осуществ­ляются, как правило, в течение одного года. Эксплуата­ционные затраты ежегодно изменяются; кроме того, они зависят от срока службы как системы, так и отдельных ее элементов.

Годовые эксплуатационные затраты состоят из прямых расходов на обслуживание системы отопления и амортиза­ционных расходов

И =И_пр+А

где И_пр — прямые эксплуатационные расходы, складывающиеся из годовых затрат на получаемую тепловую энергию (топливо), электроэнергию, заработную плату обслуживающего персонала, управление системой и текущий ремонт; А — амортизационные расходы, включающие годовые затраты на капитальный ремонт системы и отчисления на полное восстановление капитальных вложений.

Отчисления на восстановление капитальных вложений связаны с нормативным сроком службы системы, опреде­ляемым исходя из сроков физического износа ее элементов: радиаторов (40 лет), водоводов (30 лет), паропроводов, центробежных насосов, клапанов (10 лет), вентиляторов, калориферов, отопительных агрегатов (8 лет), фильтров (6 лет), конденсатопроводов (4 года).

Срок службы определяется не только физическим, но и моральным износом системы отопления, причем моральным износом считают потерю способности поддерживать темпе­ратуру во всех обслуживаемых помещениях на требуемом уровне. Нормативный срок службы распространенных сис­тем водяного отопления в настоящее время принимается равным 30 — 35 годам (меньший срок для конвекторов).

При сопоставлении различных систем отопления со­блюдают равные или хотя бы близкие эксплуатационные показатели для всех вариантов: системы должны обеспечи­вать выполнение санитарно-гигиенических, противопожар­ных и противовзрывных требований, а также должны обла­дать равноценной эффективностью.

Срок службы систем водяного отопления, как уже из­вестно, наибольший. Благодаря уменьшению амортиза­ционных расходов при этом, экономии электрической и тепловой энергии сокращаются стоимость эксплуатации, а, следовательно, и приведенные затраты. Поэтому система водяного отопления обычно становится экономически более эффективной, чем система парового отопления.

Различие в тепловом комфорте, создаваемом в помеще­ниях при сравниваемых системах отопления, учитывают изменением срока службы и степени использования площа­ди помещений. Для системы, обеспечивающей более ком­фортные условия, увеличивают расчетный срок службы на 5—10 лет (считаясь с меньшим моральным износом). Кроме того, учитывают использование рабочей площади помещений в холодное время года (за счет изменения раз­меров зоны дискомфорта), добавляя часть затрат на строи­тельные работы по обесцененной площади к сметной стои­мости другой системы.

Все же главным показателем экономичности системы отопления являются теплозатраты в процессе ее эксплуата­ции. Известно, что только годовые затраты на эксплуата­цию превышают половину стоимости устройства системы. И основная часть затрат приходится на оплату расходуемой теплоты. Теплозатраты на отопление при паровой или центральной воздушной системе превышают расход теп­лоты в системе водяного отопления вследствие возрастания попутных теплопотерь через стенки паропроводов и возду­ховодов, бесполезных для обогрева рабочих помещений.

Комбинированное отопление

Комбинированными принято называть системы цент­рального отопления с двумя теплоносителями, когда пер­вичный теплоноситель (вода, пар) используют для нагрева­ния вторичного (воды, воздуха). В связи с широким рас­пространением в нашей стране централизованного водяного теплоснабжения большинство систем центрального отоп­ления фактически стали комбинированными — водо-водяными или водо-воздушными.

В настоящее время под комбинированным отоплением стали понимать сочетание двух режимов работы системы или двух систем для отопления одного и того же помещения с переменным тепловым режимом. Проводится также совершенствование работы и устройства систем отоп­ления для улучшения теплового режима помещений и со­кращения теплозатрат на отопление зданий. Конструктив­но похожее решение встречалось и ранее, когда для отоп­ления, периодически используемого производственного по­мещения предусматривались две системы отопления раз­личной мощности: одна для рабочего периода времени, другая (дежурная) — для нерабочего.

Различают комбинированное отопление двухрежимное, двухкомпонентное, с прерывистым режимом.

Двухрежимным называют отопление, работающее при различной температуре одного и того же теплоносителя в разное время суток. Двухрежимной является система во­дяного отопления, в которой в рабочий период времени циркулирует вода при пониженной температуре (для по­лезного использования внутренних тепловыделений), а в нерабочий период — при повышенной (или наоборот). Для понижения температуры включают смесительный насос, для повышения — применяют прямоточную подачу тепло­носителя из наружного теплопровода без подмешивания охлажденной воды.

Двухрежимной может быть также система воздушного отопления, совмещенная с приточной вентиляцией в рабо­чий период времени, и рециркуляционная в нерабочий период. Температура подаваемого воздуха в первый пери­од ниже, чем во второй.

Двухкомпонентным считают отопление двумя систе­мами, дополняющими одна другую для обеспечения необ­ходимой теплоподачи в помещения. Первую систему, обыч­но водяного отопления, называемую фоновой или базисной, устраивают пониженной мощности (например, 30% расчет­ной теплопотребности рядовых помещений) для постоянного нерегулируемого действия в течение всего отопительного сезона. Задача этой системы — выравнивать дефицит теплоты, приходящейся на единицу площади или объема ря­довых и угловых, нижних и верхних однотипных помещений здания (искусственно создавать одинаковые удельные теп­ловые характеристики основных помещений).

Вторую систему водяного, воздушного, газового или электрического отопления, называемую догревающей, пре­дусматривают дополнительной мощности для поддержания необходимой температуры воздуха, как в рабочий, так и не­рабочий периоды времени. Действие догревающей системы автоматизируют для работы по заданной программе.

Комбинированное отопление может действовать с пере­рывами, и тогда тепловой режим помещений характеризует­ся тремя состояниями: постоянства температуры в течение рабочего времени, свободного понижения температуры при выключенной догревающей системе и натопа помещений перед началом работы или в праздничные дни (о преры­вистом отоплении). Возможны также различные сочетания перечисленных видов комбинированного отоп­ления, когда предусматривают двухрежимную работу од­ной или обеих систем двухкомпонентного отопления.

Повышение эффективности отопления здания

Заключительным этапом алгоритма разработки здания с эффективным использованием энергии является оценка эффективности принятого способа отопления как составной части СКМ здания. На это направлены рассмотренные в данном разделе инженерные приемы.

Комплексное свойство СКМ здания эффективно выпол­нять свои функции является обычно вероятностной харак­теристикой. Эффективность системы отопления определяется тремя основными свойствами: надежностью, управляемостью (или устойчивостью) при функционировании, обеспеченностью.

Надежность — вероятностное обеспечение безотказной работы механической части системы отопления, ее конструк­тивных узлов и элементов при эксплуатации в пределах расчетных сроков и условий.

Управляемость — вероятностное выдерживание задан­ных отклонений в работе отдельных частей и зон системы отопления в процессе управления и при эксплуатации в те­чение отопительного сезона.

Обеспеченность — принятое в проекте выдерживание с допустимой вероятностью отклонений расчетных внут­ренних условий в здании.

Регулирование системы отопления

Под регулированием системы отопления понимают комп­лекс мероприятий, направленных на максимальное при­ближение теплоотдачи ее элементов к текущей переменной теплопотребности отапливаемых помещений в течение ото­пительного сезона для выдерживания расчетной температу­ры помещений.

Различают пусковое и эксплуатационное регулирование системы. Эти виды регулирования имеют свои особенности для водяной, воздушной и паровой систем отопления.

При пуске системы отопления группы зданий, присо­единенной к теплопроводам централизованного теплоснаб­жения, обеспечивают распределение теплоносителя по от­дельным зданиям пропорционально их расчетной теплопотребности. Обычно такое регулирование проводят в центральных тепловых пунктах (ЦТП) и во внутриквартальных тепловых сетях. Способы регулирования, как при зависимом, так и при независимом присоединении системы отопления к теплопроводам, рассматриваются в дисциплине «Теплоснабжение».

Пусковое регулирование элементов и узлов системы отопления связано с обеспечением в них расчетного расхода теплоносителя.

Эксплуатационное регулирование системы отопления проводят с целью обеспечения теплоподачи в отапливаемые помещения соответствующей текущей теплопотребности. Способы регулирования различаются также в зависимости от применяемого в системе теплоносителя. В зависимости от места проведения регулирования в системе теплоснаб­жения различают центральное, групповое, местное и инди­видуальное регулирование.

В системе водяного теплоснабжения центральное регу­лирование осуществляют на тепловой станции (ТЭЦ, ко­тельной) по так называемому отопительному графику, устанавливающему связь между параметрами теплоноси­теля (температура при качественном или расход при коли­чественном регулировании) и температурой наружного воздуха как основного фактора, определяющего перемен­ный характер составляющих теплового баланса здания в те­чение отопительного сезона

Центральное регулирование на тепловой станции при теплоснабжении различных по назначению зданий (жилые, общественные, производственные и др.) и режиму теплопотребления их инженерных систем (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др.) не может обеспечить ус­тойчивой работы систем отопления.

Устойчивость работы повышается при приближении места проведения регулирования к теплопотребителю за счет более полного учета различных факторов, определяю­щих теплопотребность помещений отапливаемых зданий. Так, при групповом регулировании в ЦТП появляется возможность распределять теплоту по уточненным темпе­ратурным графикам, что способствует повышению эконо­мичности отопления каждого здания. При местном регули­ровании в тепловом пункте здания учитывают особенности режима его эксплуатации, ориентацию по сторонам гори­зонта, действие ветра и солнечной радиации.