Компоненты современного теплоснабжения дома. Современные системы отопления

Правильный выбор, грамотное проектирование и качественный монтаж системы отопления – залог тепла и уюта в доме в течение всего отопительного сезона. Обогрев должен быть качественным, надежным, безопасным, экономичным. Чтобы правильно подобрать систему отопления, необходимо ознакомиться с их видами, особенностями монтажа и работы нагревательных приборов. Важно также учитывать доступность и стоимость топлива.

Типы современных систем отопления

Системой отопления называют комплекс элементов, используемых для обогрева помещения: источник тепла, трубопроводы, нагревательные приборы. Тепло передается с помощью теплоносителя – жидкой или газообразной среды: воды, воздуха, пара, продуктов сгорания топлива, антифриза.

Системы отопления зданий необходимо подбирать так, чтобы добиться максимально качественного обогрева с сохранением комфортной для человека влажности воздуха. В зависимости от вида теплоносителя различают такие системы:

• воздушные;
• водяные;
• паровые;
• электрические;
• комбинированные (смешанные).

Нагревательные приборы системы отопления бывают:

• конвективные;
• лучистые;
• комбинированные (конвективно-лучистые).

Схема двухтрубной отопительной системы с принудительной циркуляцией

В качестве источника тепла могут использоваться:

• уголь;
• дрова;
• электричество;
• брикеты – торфяные или дровяные;
• энергия солнца или других альтернативных источников.

Воздух нагревается непосредственно от источника тепла без использования промежуточного жидкого или газообразного теплоносителя. Системы применяют для обогрева частных домов небольшой площади (до 100 м.кв.). Установка отопления этого типа возможна как при возведении здания, так и при реконструкции уже существующего. В качестве источника тепла служит котел, ТЭН или газовая горелка. Особенность системы заключается в том, что она является не только отопительной, но и вентиляционной, поскольку нагревается внутренний воздух в помещении и свежий, поступающий снаружи. Воздушные потоки поступают через специальную заборную решетку, фильтруются, нагреваются в теплообменнике, после чего проходят через воздуховоды и распределяются в помещении.

Регулировка температуры и степени вентиляции осуществляется с помощью термостатов. Современные термостаты позволяют заранее задавать программу изменений температуры в зависимости от времени суток. Системы функционируют и в режиме кондиционирования. В этом случае воздушные потоки направляются через охладители. Если нет необходимости в обогреве или охлаждении помещения, система работает как вентиляционная.

Схема устройства воздушного отопления в частном доме

Установка воздушного отопления обходится относительно дорого, но его преимущество в том, что нет необходимости прогревать промежуточный теплоноситель и радиаторы, за счет чего экономия топлива составляет не менее 15%.

Система не замерзает, быстро реагирует на изменения температурного режима и прогревает помещения. Благодаря фильтрам воздух в помещения поступает уже очищенным, что снижает количество болезнетворных бактерий и способствует созданию оптимальных условий для поддержания здоровья проживающих в доме людей.

Недостаток воздушного отопления – пересушивание воздуха, выжигание кислорода. Проблема легко решается, если установить специальный увлажнитель. Система может быть усовершенствована с целью экономии и создания более комфортного микроклимата. Так, рекуператор подогревает поступающий воздух, за счет выводимого наружу. Это позволяет сократить энергозатраты на его подогрев.

Возможна дополнительная очистка и дезинфекция воздуха. Для этого, помимо механического фильтра, входящего в комплектацию, устанавливают электростатические фильтры тонкой очистки и ультрафиолетовые лампы.

Воздушное отопление с дополнительными приборами

Водяное отопление

Это замкнутая система отопления, в качестве теплоносителя в ней используется вода или антифриз. Вода подается по трубам от источника тепла к радиаторам отопления. В централизованных системах температура регулируется на тепловом пункте, а в индивидуальных – автоматически (с помощью термостатов) или вручную (кранами).

Виды водяных систем

В зависимости от типа присоединения нагревательных приборов системы делят на:

• однотрубные,
• двухтрубные,
• бифилярные (двухтопочные).

По способу разводки различают:

• верхнюю;
• нижнюю;
• вертикальную;
• горизонтальную системы отопления.

В однотрубных системах подключение отопительных приборов последовательное. Чтобы компенсировать потерю тепла, которая происходит при последовательном прохождении воды из одного радиатора в другой, применяют отопительные приборы с различной поверхностью теплоотдачи. Например, могут быть использованы чугунные батареи с большим количеством секций. В двухтрубных применяют схему параллельного подключения, что позволяет устанавливать одинаковые радиаторы.

Гидравлический режим может быть постоянным и изменяемым. В бифилярных системах отопительные приборы соединены последовательно, как в однотрубных, но условия теплопередачи радиаторов такие же, как в двухтрубных. В качестве отопительных приборов используются конвекторы, стальные или чугунные радиаторы.

Схема двухтрубного водяного отопления загородного дома

Преимущества и недостатки

Водяной обогрев широко распространен благодаря доступности теплоносителя. Еще одно преимущество – возможность обустроить систему отопления своими руками, что немаловажно для наших соотечественников, привыкших полагаться только на собственные силы. Впрочем, если бюджет позволяет не экономить, проектирование и монтаж отопления лучше доверить специалистам.

Это избавит от многих проблем в будущем – протечек, прорывов и т.п. Недостатки – замерзание системы при отключении, длительное время прогрева помещений. Особые требования предъявляют к теплоносителю. Вода в системах должна быть без посторонних примесей, с минимальным содержанием солей.

Для разогрева теплоносителя может использоваться котел любого типа: на твердом, жидком топливе, газе или электричестве. Чаще всего используют газовые котлы, что предполагает подключение к магистрали. Если такой возможности нет, то обычно устанавливают твердотопливные котлы. Они более экономичны, чем конструкции, работающие на электричестве или жидком топливе.

Обратите внимание! Специалисты рекомендуют подбирать котел из расчета мощности 1 кВт на 10 м.кв. Эти показатели – ориентировочные. Если высота потолков более 3 м, в доме большие окна, есть дополнительные потребители или помещения недостаточно хорошо теплоизолированы, все эти нюансы обязательно нужно учесть в расчетах.

Закрытая система отопления дома

В соответствии со СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», использование паровых систем запрещено в жилых и общественных зданиях. Причина – небезопасность этого вида обогрева помещений. Отопительные приборы разогреваются почти до 100°C, что может стать причиной ожогов.

Монтаж сложный, требует навыков и специальных знаний, при эксплуатации возникают сложности с регулированием теплоотдачи, при заполнении системы паром возможен шум. На сегодня паровое отопление используют ограничено: в производственных и нежилых помещениях, в пешеходных переходах, тепловых пунктах. Его преимущества – относительная дешевизна, низкая инерционность, компактность отопительных элементов, высокая теплоотдача, отсутствие теплопотерь. Все это обусловило популярность парового обогрева до середины ХХ века, позже его вытеснило водяное. Однако на предприятиях, где пар используют для производственных нужд, он все еще широко применяется и для обогрева помещений.

Котел для парового отопления

Электрическое отопление

Это надежный и наиболее простой в эксплуатации вид отопления. Если площадь дома не более 100 м, электричество – неплохой вариант, однако обогрев большей площади экономически не выгоден.

Электрическое отопление может использоваться как дополнительное на случай отключения или ремонта основной системы. Также это хорошее решение для загородных домов, в которых владельцы проживают лишь периодически. Как дополнительные источники тепла применяются электрические тепловентиляторы, инфракрасные и масляные обогреватели.

В качестве отопительных приборов используются конвекторы, электрокамины, электрокотлы, силовые кабели теплого пола. Каждый тип имеет свои ограничения. Так, конвекторы неравномерно прогревают помещения. Электрокамины больше пригодны в качестве декоративного элемента, а работа электрокотлов требует значительных энергозатрат. Теплый пол монтируют с заблаговременным учетом плана расстановки мебели, потому что при ее перемещении возможно повреждение силового кабеля.

Схема традиционного и электрического отопления зданий

Инновационные системы отопления

Отдельно следует упомянуть об инновационных системах отопления, приобретающих все большую популярность. Наиболее распространены:

• инфракрасные полы;
• тепловые насосы;
• солнечные коллекторы.

Инфракрасные полы

Эти системы обогрева лишь недавно появились на рынке, но уже стали довольно популярными благодаря эффективности и большей экономичности, чем привычное электрическое отопление. Теплые полы работают от электросети, их устанавливают в стяжку или плиточный клей. Нагревательные элементы (карбон, графит) излучают волны инфракрасного спектра, которые проходят через напольное покрытие, разогревают тела людей и предметы, от них в свою очередь нагревается воздух.

Саморегулирующиеся карбоновые маты и пленку можно монтировать под ножками мебели, не боясь повреждений. «Умные» полы регулируют температуру благодаря особому свойству нагревательных элементов: при перегреве расстояние между частицами увеличивается, растет сопротивление – и температура снижается. Энергозатраты относительно невелики. При включении инфракрасных полов потребляемая мощность составляет порядка 116 Ватт на метр погонный, после прогрева снижается до 87 Ватт. Контроль за температурой обеспечивается за счет термогуляторов, что снижает затраты энергии на 15-30%.

Инфракрасные карбоновые маты удобны, надежны, экономичны, просты в монтаже

Тепловые насосы

Это устройства для переноса тепловой энергии от источника к теплоносителю. Сама по себе идея теплонасосной системы не нова, ее предложил лорд Кельвин еще в 1852 г.

Принцип работы: геотермальный тепловой насос забирает тепло из окружающей среды и передает ее в систему отопления. Системы также могут работать и для охлаждения зданий.

Принцип работы теплового насоса

Различают насосы с открытым и закрытым циклом. В первом случае установки забирают воду из подземного потока, передают в систему обогрева, отбирают тепловую энергию и возвращают к месту забора. Во втором – по специальным трубам в водоеме прокачивается теплоноситель, который передает/забирает тепло у воды. Насос может использовать тепловую энергию воды, земли, воздуха.

Преимущество систем – можно устанавливать в домах, не подключенных к газоснабжению. Тепловые насосы сложны и дороги в установке, зато позволяют экономить на энергозатратах при эксплуатации.

Тепловой насос предназначен для использования тепла окружающей среды в системах обогрева

Солнечные коллекторы

Солнечные установки представляют собой системы для сбора тепловой энергии Солнца и передачи ее теплоносителю

В качестве теплоносителя может быть использованы вода, масло или антифриз. В конструкции предусмотрены дополнительные электрические нагреватели, которые включаются, если КПД солнечной установки снижается. Существует два основных типа коллекторов – плоские и вакуумные. В плоских установлен абсорбер с прозрачным покрытием и теплоизоляцией. В вакуумных это покрытие многослойное, в герметично закрытых коллекторах создается вакуум. Это позволяет нагревать теплоноситель до 250-300 градусов, в то время как плоские установки способны нагреть его лишь до 200 градусов. К преимуществам установок следует отнести простоту монтажа, небольшую массу, потенциально высокую эффективность.

Впрочем, есть одно «но»: эффективность работы солнечного коллектора слишком сильно зависит от разности температур.

Солнечный коллектор в системе горячего водоснабжения и отопления дома Сравнение систем отопления показывает, что не существует идеального способа обогрева

Наши соотечественники по-прежнему чаще всего отдают предпочтение водяному отоплению. Обычно сомнения возникают лишь в том, какой конкретно источник тепла выбрать, как лучше осуществить подключение котла к системе отопления и т.п. И все же готовых рецептов, подходящих абсолютно всем, не существует. Необходимо тщательно взвесить плюсы и минусы, учесть особенности здания, для которого подбирается система. Если есть сомнения, следует проконсультироваться со специалистом.

Видео: виды систем отопления

> Документация Современные системы теплоснабжения (стс) представляют собой достаточно сложные технические системы со значительным количеством разнообразных по своему функциональному назначению элементов. характерным. В работе выбраны основные показатели систем теплоснабжения и газоснабжения, которые позволили обосновать оптимальные схемы теплоснабжения микрорайона. Приведен анализ основных факторов, влияющих на работу системы теплоснабжения. Приводятся рекомендации по выбору оптимальной системы теплоснабжения. Россия получила в наследство от СССР высокий уровень централизации теплоснабжения. При этом обеспечивалась комбинированная выработка теплоты и электричества. Эффективно очищались и рассеивались продукты сгорания. Но в то же время существующие централизованные системы теплоснабжения обладают существенными недостатками. Это перегрев зданий в переходный период, большие потери теплоты трубами, отключение потребителей на время проведения профилактических работ. Состояние систем теплоснабжения в России является критическим. Число аварий на сетях теплоснабжения возросло в пять раз по сравнению с 1991 г. (2 аварии на 1 км тепловых сетей). Из 136 тысяч км тепловых сетей 29 тысяч км находятся в аварийном состоянии. Потери теплоты при транспортировании теплоносителя достигают 65 %. То есть каждая пятая тонна условного топлива идет на обогрев атмосферы и грунта. Сокращение финансирования и плохое качество перекладки ухудшают ситуацию. Существует противоречие, которое заключается в том, что производители сверхнормативные потери теплоты включают в тарифы и требуют оплаты по произведенной, а не по потребляемой теплоте. Кроме того, потребители должны платить по площади отапливаемого помещения, то есть независимо от количества и качества теплоносителя. В настоящее время крайне велик интерес к децентрализованному теплоснабжению. Это связано с появлением на рынке большого разнообразия малых автоматизированных котлов зарубежного и отечественного производства, работающих в автоматическом режиме и потому, что в качестве топлива в таких системах используется газ. При таких условиях они становятся конкурентоспособными с централизованными источниками, которыми являются ТЭЦ и большие котельные. В России эксплуатируются несколько десятков многоэтажных домов с поквартирным отоплением до пяти этажей. Этажность ограничена действующими строительными нормами. В порядке эксперимента Госстрой и ГУПО МВД РФ разрешили строительство 9-14-этажных домов с поквартирным отоплением в Смоленской, Московской, Тюменской, Саратовской областях. При эксплуатации настенных котлов с закрытой топкой поступление воздуха должно быть обеспечено не только на горение, но и на 3-хкратный воздухообмен в помещении кухни, где, как правило, их устанавливают. Дымоудаление при поквартирном теплоснабжении связано с устройством наружных и внутренних газоходов из коррозионно-стойкого металла с теплоизоляцией, исключающей конденсацию при периодической работе теплогенераторов в переходный период отопительного сезона. В высотных зданиях возникают проблемы с тягой на нижних этажах (самая большая тяга) и верхних (слабая тяга) этажах. При использовании децентрализованного теплоснабжения подвалы и лестничные марши не отапливаются, что приводит к промерзанию фундамента и снижению срока службы здания в целом. Жители квартир, находящихся в центральной части, могут греться за счет владельцев окружающих квартир. Создается определенный тип «энергопаразитов». Экологические параметры настенных котлов находятся в норме, и показатель эмиссии NOx лежит в пределах от 30 до 40 мг/(кВт ч). В то же время настенные котлы имеют рассредоточенные в жилом районе выбросы продуктов сгорания при относительно низкой высоте дымовых труб, что оказывает существенное влияние на экологическую ситуацию, загрязняя воздух в жилом районе. В связи с перечисленными выше недостатками и преимуществами систем централизованного и автономного теплоснабжения сразу же возникает вопрос: где и в каких случаях наиболее целесообразно автономное теплоснабжение, а в каких централизованное? После сбора всей необходимой информации выполнено сравнение четырех вариантов систем теплоснабжения на примере микрорайона Куркино г. Москвы. При этом во всех квартирах устанавливаются электрические плиты. I вариант - централизованное теплоснабжение от котельных. II вариант - централизованное теплоснабжение от АИТ (автономных источников теплоты). III вариант - децентрализованное теплоснабжение от крышных котельных. IV вариант - поквартирное теплоснабжение. В первом варианте разработана система централизованного теплоснабжения, где источником теплоты является котельная, от которой предусмотрена двухтрубная прокладка тепловых сетей до ЦТП, и после ЦТП четырехтрубная на отопление и горячее водоснабжение. В этом случае подача газа осуществляется к котельной. В четвертом варианте в квартире устанавливается местный источник теплоты, который обеспечивает подачу теплоносителя в системы отопления и горячего водоснабжения. В этой схеме предложена 2-хступенчатая система подачи газа. 1–я ступень – газопровод среднего давления, который прокладывается внутри квартала (в каждом доме устанавливается шкафной регуляторный пункт). 2–я ступень – внутридомовые газопроводы низкого давления (газ подводится только к местному источнику теплоты). Второй и третий варианты являются промежуточными между первым и четвертым. Во втором случае в качестве источника теплоты используются АИТ (Автономный Источник Теплоты), от которых предусмотрена двухтрубная прокладка от АИТ до ИТП (Индивидуального Теплового Пункта), а от ИТП – четырехтрубная на отопление и горячее водоснабжение. В этом случае предусматривается подача газа к АИТ (автономным источникам теплоты) по газопроводам среднего давления. В третьем случае в качестве источника теплоты используются крышные котельные сравнительно малой мощности (от 300 до 1000 кВт), которые располагаются непосредственно на крыше здания и удовлетворяют потребность в теплоте на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Газопровод к котельной подводится по наружной стене здания открыто в местах, удобных для обслуживания и исключающих возможность его повреждения. Варианты систем теплоснабжения представлены на рис. 1. Технические решения по теплоснабжению на базе нескольких вариантов должны приниматься на основе технико-экономических расчетов, оптимальный вариант которых находится путем сравнения возможных решений . Наиболее дорогостоящим вариантом теплоснабжения является первый - централизованное теплоснабжение от котельной. При такой системе большая часть затрат приходится на тепловые сети с учетом ЦТП, что составляет 63,8 % от общей стоимости системы в целом. Из них на прокладку только тепловых сетей приходится 84,5 %. Затраты на сам источник теплоты – 34,7 %, на долю газовых сетей с учетом ГРП и ГРПШ приходится 1,6 % от общей суммы на систему. Четвертый вариант (с поквартирным теплоснабжением) всего на 4,2 % дешевле первого (рис. 2). Значит, их можно принять как взаимозаменяемые. Если в первом варианте большую часть затрат составляют тепловые сети, то при поквартирном теплоснабжении – источник теплоты, то есть настенные котлы – 62,14 % от общей стоимости системы в целом. Кроме этого при поквартирном теплоснабжении увеличиваются затраты на прокладку газовых сетей. Стоит обратить внимание на два других варианта. Это крышные котельные и АИТ. С точки зрения экономики наиболее выгодным является второй вариант, то есть централизованное теплоснабжение от АИТ (автономных источников теплоты). В данном варианте большая часть затрат приходится на тепловые сети с учетом ИТП, что составляет 67,3 % от общей стоимости системы в целом. Из них на сами тепловые сети приходится 20,3 %, остальные 79,7 % - на ИТП. Затраты на источник теплоты составляют 26 %, на долю газовых сетей с учетом ГРП и ГРПШ приходится 6,7 % от общей суммы на систему. Затраты на прокладку труб системы теплоснабжения зависят от протяженности тепловых сетей. Следовательно, приближение источника теплоты, работающего на газе, к потребителю путем устройства пристроенных, встроенных, крышных и индивидуальных теплогенераторов значительно снизит затраты на систему. Кроме этого статистика говорит о том, что большая часть отказов системы централизованного теплоснабжения приходится на тепловые сети, а значит, сокращение протяженности тепловых сетей повлечет за собой повышение надежности системы теплоснабжения в целом . Поскольку теплоснабжение в России имеет большое социальное значение, повышение его надежности, качества и экономичности является важнейшей задачей. Любые сбои в обеспечении населения и других потребителей тепловой энергией негативным образом воздействуют на экономику страны и усиливают социальную напряженность. При сложившейся напряженной ситуации необходимо производить внедрения ресурсосберегающих технологий. Кроме этого, для повышения надежности прокладываемых теплопроводов необходимо применять предварительно изолированные трубы бесканальной прокладки с пенопололиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке («труба в трубе»). Сутью реформы жилищно-коммунального хозяйства должно стать не повышение тарифов, а регулирование прав и обязанностей потребителя и производителя теплоты. Необходимо согласовать нормативно-правовые вопросы и разработать базу технологического регулирования. Должны быть созданы все условия экономической привлекательности для инвестиций. Рис. 1. Принципиальные схемы систем теплоснабжения Рис. 2. График приведенных затрат Литература 1. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции: Учеб. для вузов / Л. Д. Богуславский, А. А. Симонова, М. Ф. Митин. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1988. - 351 с. 2. Ионин А. А. и др. Теплоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. - с. 336. Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», 23 – 25 ноября 2005, МГСУ В статье рассмотрены вопросы оптимизации параметров функционирования системы теплоснабжения с использованием эксергетических методов. К таким методам относится метод термоэкономики, в котором сочетаются и термодинамические, и экономические составляющие анализа систем. Полученные в результате применения указанного метода модели позволяют получить оптимальные параметры функционирования системы теплоснабжения в зависимости от внешних воздействий. Современные системы теплоснабжения (СТС) представляют собой достаточно сложные технические системы со значительным количеством разнообразных по своему функциональному назначению элементов. Характерным для них является общность ехнологического процесса получения пара или горячей воды на котельной за счет энергии, выделяемой при сжигании органического топлива. Это позволяет в различных экономико-математических моделях учитывать только конечный результат работы СТС – подачу к потребителю теплоты Qпот в тепловых или стоимостных показателях, а в качестве главных факторов, определяющих величину Qпот, считать затраты на производство и транспортирование теплоты: расход на топливо, электроэнергию и другие материалы, заработную плату, амортизацию и ремонт оборудования и пр. Обзор методов термодинамического анализа позволяет сделать вывод, что оптимизацию параметров функционирования СТС целесообразно проводить с использованием эксергетических методов. К таким методам относится метод термоэкономики, в котором удачно сочетаются и термодинамические, и экономические составляющие анализа СТС. Основной идеей метода термоэкономики является использование для оценки изменений, происходящих в энергетической системе, некоторой обобщенной термодинамической характеристики, обеспечивающей получение конечного полезного эффекта. Учитывая, что в СТС энергия может передаваться как в форме теплоты, так и в форме механической работы, в качестве обобщенной термодинамической характеристики выбрана эксергия . Под эксергией теплоты следует понимать работу, которая может быть получена в обратимом прямом цикле при переходе некоторого количества теплоты Qh от греющего источника с температурой Th к окружающей среде с температурой Toc : где hT - термический КПД прямого обратимого цикла. При использовании термоэкономического метода анализируются изменения, происходящие с основным потоком эксергии, обеспечивающим получение полезного конечного эффекта (в случае анализа СТС - эксергии воздуха в помещении). При этом рассматриваются и учитываются потери эксергии, возникающие при передаче и преобразовании энергии в отдельных элементах СТС, а также экономические затраты, связанные с эксплуатацией соответствующих элементов СТС, наличие которых определяется выбранной схемой. Анализ изменений, претерпеваемых только основным потоком эксергии, обеспечивающим получение полезного конечного эффекта, дает возможность представить термоэкономическую модель СТС в виде ряда отдельных зон, соединенных последовательно. Каждая зона представляет собой группу элементов, обладающих относительной самостоятельностью в рамках системы. Такое линеаризованное представление технологической схемы СТС значительно упрощает все дальнейшие расчеты за счет исключения из рассмотрения отдельных технологических связей. Таким образом, метод термоэкономики, включающий термоэкономическую модель СТС, позволяет оптимизировать параметры функционирования СТС. На основе метода термоэкономики разрабатывается термоэкономическая модель СТС, принципиальная схема которой показана на рис. 1, где система водяного отопления с искусственной циркуляцией воды присоединяется к тепловой сети по независимой схеме. Рис. 1. Принципиальная схема СТС На рис. 1 обозначены элементы СТС, учитываемые при разработке модели: 11 - насос (компрессор) с электродвигателем для подачи топлива в котлоагрегат; 12 – теплообменный аппарат (котел); 13 – сетевой насос с электродвигателем для обеспечения циркуляции воды в теплосети; 14 - подающий теплопровод; 15 - обратный теплопровод; 211 – водоводяной теплообменник местного теплового пункта; 221 – циркуляционный насос местной системы отопления с электродвигателем; 212 – подогреватель сырой воды; 222 – насос исходной воды с электродвигателем; 232 – подпиточный насос с электродвигателем; 31 - отопительные приборы. При построении термоэкономической модели СТС в качестве целевой функции используется функция энергетических затрат. Энергетические затраты, непосредственно связанные с термодинамическими характеристиками системы, определяют с учетом эксергии стоимость всех потоков вещества и энергии, поступающих в рассматриваемую систему. Кроме того, для упрощения получаемых выражений сделаны следующие допущения: · не учитывается изменение потерь давления в теплопроводах при транспортировке теплоносителя. Потери давления в трубах и теплообменных аппаратах считаются постоянными и не зависящими от режима работы; · потери эксергии, происходящие во вспомогательных теплопроводах (трубах в котельной) и теплопроводах системы отопления (внутренних трубах) в результате теплообмена теплоносителя с окружающей средой, считаются постоянными, не зависящими от режима работы СТС; · потери эксергии, вызванные утечками воды из сети, считаются постоянными, не зависящими от режима работы СТС; · не учитывается теплообмен рабочего тела с окружающей средой, происходящий в котле, баках различного назначения (декарбонизаторах, баках-аккумуляторах) и теплообменных аппаратах через их наружную поверхность, омываемую воздухом; · нагрев теплоносителя за счет передачи ему дополнительной теплоты дымовых газов, также как и подогрев воздуха, поступающего в топку, теплотой уходящих газов, в рассматриваемом случае не оптимизируются. Считается, что основная часть теплоты дымовых газов используется для подогрева питательной или сетевой воды в экономайзере. Оставшаяся часть теплоты дымовых газов выбрасывается в атмосферу, при этом температура уходящих дымовых газов Туг в установившемся режиме работы котлоагрегата принимается равной 140 °С; · не учитывается нагрев перекачиваемой воды в насосах. Учитывая изложенные исходные положения и сделанные допущения, термоэкономическая модель СТС, принципиальная схема которых приведена на рис. 1, может быть представлена в виде трех последовательно соединенных зон, изображенных на рис. 2 и ограниченных контрольной поверхностью. Зона 1 объединяет насос (компрессор) с электродвигателем для подачи топлива в котлоагрегат 11, теплообменный аппарат (котел) 12, сетевой насос с электродвигателем для подачи теплоносителя потребителям 13, подающий 14 и обратный 15 теплопроводы. В зону 2(1) входит водоводяной теплообменник местного теплового пункта 211 и циркуляционный насос с электродвигателем 221, а в зону 2(2) – подогреватель сырой воды 212, насос сырой воды с электродвигателем 222 и подпиточный насос с электродвигателем 232. Зоны 2(1) и 2(2) представляют собой параллельное соединение отдельных элементов термоэкономической модели многоцелевой СТС, обеспечивающей подвод теплоты к объектам с различной температурой. В зону 3 входят отопительные приборы 31. От внешнего источника через контрольную поверхность к различным зонам термоэкономической модели СТС подводится эксергия: е11 - для привода электродвигателя топливного насоса (компрессора); е13 - для привода электродвигателя сетевого насоса; е22(1) - для привода электродвигателя циркуляционного насоса; е22(2) - для привода электродвигателя насоса сырой воды; е23(2) - для привода электродвигателя подпиточного насоса. Цена эксергии, подводимой от внешнего источника, т. е. электрической энергии, известна и равна Цэл. Равенство электрической энергии и эксергии объясняется тем, что электрическая энергия может быть полностью превратима в любой другой вид энергии . От внешнего источника подводится топливо, расход которого равен vт, а цена Цт. Так как в процессе функционирования СТС основное место занимают тепловые процессы, то в качестве оптимизируемых переменных используются такие, которые позволяют разработать термоэкономическую модель СТС и обеспечивают сравнительно простое определение температурных условий протекания процессов, имеющих место в СТС. При решении задачи статической оптимизации СТС с учетом сделанных допущений и принятых обозначений величина энергетических затрат, включающих затраты на электрическую энергию и топливо, определяется по зависимости: где t - время работы СТС. Расход электрической энергии на привод двигателей насосов и расход топлива зависят от режима работы СТС, а значит, от температурных напоров в теплообменных аппаратах, температуры уходящих газов и интервала изменения температуры теплоносителя. Поэтому правая часть выражения (2) является функцией выбранных оптимизируемых переменных. Следовательно, величина энергетических затрат является функцией нескольких переменных, экстремальное значение которой определяется при условии равенства нулю частных производных функции энергетических затрат по оптимизируемым переменным. Такой подход справедлив, если все оптимизируемые переменные рассматриваются как независимые и задача сводится к определению безусловного экстремума. В действительности эти переменные связаны между собой. Получение аналитических выражений, описывающих взаимосвязь между всеми оптимизирующими переменными, представляется достаточно сложной задачей. В то же время применение в ходе исследований метода термоэкономики позволяет упростить эту задачу. Как показано на рис. 2, термоэкономическая модель СТС представлена в виде ряда последовательно соединенных зон, что позволяет выразить эксергию, подводимую к каждой из зон, в виде функциональных зависимостей от потока эксергии, выходящего из рассматриваемой зоны, и воздействующих на эту зону оптимизируемых переменных. С учетом сказанного, количество эксергии, подводимой к различным элементам СТС от внешнего источника ej (см. рис. 2), и объемный расход топлива vт, могут быть в общем виде представлены следующим образом: Уравнения, входящие в систему (4), относятся к разным зонам термоэкономической модели, связь между которыми осуществляется основным потоком эксергии. Поток эксергии, связывающий отдельные зоны, представлен в виде функциональной зависимости от выходящего из зоны потока эксергии и воздействующих на рассматриваемую зону оптимизируемых переменных: В выражениях (4) и (5) ej - означает количество эксергии, а Ej - функцию, описывающую его изменение. Наличие связей между оптимизируемыми переменными заставляет рассматривать оптимизацию величины энергетических затрат как задачу оптимизации функции нескольких переменных при наличии ограничений типа равенств (уравнений связи), т. е. как задачу нахождения условного экстремума. Задачи, связанные с нахождением условного экстремума, могут быть решены с помощью метода неопределенных множителей Лагранжа. Применение метода неопределенных множителей Лагранжа сводит задачу нахождения условного экстремума исходной функции энергетических затрат (1) к задаче отыскания безусловного экстремума новой функции – лагранжиана. С учетом приведенных выше систем уравнений (4) и (5) выражение лагранжиана для рассматриваемой задачи оптимизации параметров функционирования СТС записывается следующим образом: При сравнении выражения для энергетических затрат (2) и для лагранжиана (6) с учетом зависимостей (4) и (5) можно убедиться в их полной тождественности. Для нахождения условий экстремума должны быть взяты частные производные от функции Лагранжа (6) по всем переменным (как оптимизируемым, так и дополнительным, которые вводятся уравнениями связи) и приравнены нулю. Частные производные по потокам эксергии, связывающим отдельные зоны термоэкономической модели ej, позволяют вычислить значения множителей Лагранжа lj. Так, частная производная по e2(1) имеет следующий вид: Система уравнений (8) устанавливает связь между диссипацией энергии и энергетическими затратами в каждой зоне термоэкономической модели при определенных значениях экономических показателей Цэл, Цт, l2(1), l2(2), l3. Величины l2(1), l2(2), l3 в общем случае выражают собой скорость изменения энергетических затрат при изменении количества эксергии или другими словами – цену единицы эксергии, выходящей из каждой зоны термоэкономической модели. Решение системы (8) с учетом уравнений (7) позволяет определить необходимые условия для нахождения минимума лагранжиана (6). Для решения систем уравнений (7) и (8) выражения (4) и (5), записанные в общем виде, необходимо представить в виде развернутых аналитических соотношений, являющихся составляющими математического описания процессов, происходящих в отдельных элементах СТС. Литература Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. Под. ред. В. М. Бродянского - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288 с.

- 202.50 Кб

Министерство образования и науки

ГОУ ВПО «Братский государственный университет»

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Реферат по дисциплине

«Теплогазоснабжение и вентиляция»

Современные системы теплоснабжения

Перспективы развития

Выполнила:

Ст группы ТГВ-08

Н.А. Снегирева

Руководитель:

Профессор, к.т.н., кафедры ПТЭ

С.А. Семенов

Братск 2010

Введение

1. Виды систем центрального отопления и принципы их действия

2. Сравнение современных систем теплоснабжения теплового гидродинамического насоса типа ТС1 и классического теплового насоса

3. Автономные системы теплоснабжения

4. Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России

4.2 Газовое отопление

4.3 Воздушное отопление

4.4 Электрическое отопление

4.5 Трубопроводы

4.6 Котельное оборудование

5. Перспективы развития теплоснабжения в России

Заключение

Введение

Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.

Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном – снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение – снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.

Системы теплоснабжения отличаются различными температурами и давлением воды. Это зависит от требований потребителей и экономических соображений. При увеличении расстояния, на которое необходимо «передать» тепло, увеличиваются экономические затраты. В настоящее время расстояние передачи тепла измеряется десятками километров. Системы теплоснабжения делятся по объёму тепловых нагрузок. Системы отопления относят к сезонным, а системы горячего водоснабжения – к постоянным.

1. Виды систем центрального отопления и принципы их действия

Централизованное теплоснабжение состоит из трех взаимосвязанных и последовательно протекающих стадий: подготовки, транспортировки и использования теплоносителя. В соответствии с этими стадиями каждая система состоит из трех основных звеньев: источника теплоты(например, теплоэлектроцентрали или котельной), тепловых сетей(теплопроводов) и потребителей теплоты.

В децентрализованных системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты.

Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух; соответствующие системы называют системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. теплоснабжение центральный отопление

Достоинствами системы парового отопления являются значительно меньшие ее стоимость и расход металла по сравнению с другими системами: при конденсации 1 кг пара освобождается примерно 535 ккал, что в 15-20 раз больше количества тепла, выделяющегося при остывании 1 кг воды в нагревательных приборах, и поэтому паропроводы имеют значительно меньший диаметр, чем трубопроводы системы водяного отопления. В системах парового отопления меньше и поверхность нагревательных приборов. В помещениях, где люди пребывают периодически (производственные и общественные здания), система парового отопления даст возможность производить отопление с перерывами и при этом не возникает опасность замерзания теплоносителя с последующим разрывом трубопроводов.

Недостатками системы парового отопления являются ее низкие гигиенические качества: находящаяся в воздухе пыль пригорает на нагревательных приборах, нагретых до 100°С и более; регулировать теплоотдачу этих приборов невозможно и большую часть отопительного периода система должна работать с перерывами; наличие последних приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в отапливаемых помещениях. Поэтому системы парового отопления устраивают только в тех зданиях, где люди пребывают периодически - в банях, прачечных, душевых павильонах, вокзалах и в клубах.

На системы воздушного отопления расходуется мало металла, и они могут одновременно с обогревом помещения выполнять его вентиляцию. Однако стоимость системы воздушного отопления жилых зданий выше, чем других систем.

Системы водяного отопления имеют большие стоимость и металлоемкость по сравнению с паровым отоплением, но они обладают высокими санитарно-гигиеническими качествами, обеспечивающими им широкое распространение. Их устраивают во всех жилых зданиях высотой более двух этажей, в общественных и большинстве производственных зданий. Централизованное регулирование теплоотдачи приборов в этой системе достигается путем изменения температуры поступающей в них воды.

Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды и конструктивным решениям.

По способу перемещения воды различают системы с естественным и механическим (насосным) побуждением. Системы водяного отопления с естественным побуждением. Принципиальная схема такой системы состоит из котла (генератора тепла), подающего трубопровода, нагревательных приборов, обратного трубопровода и расширительного сосуда, Нагретая в котле вода поступает в нагревательные приборы, отдает в них часть своего тепла на компенсацию потерь тепла через наружные ограждения отапливаемого здания, затем возвращается в котел и далее циркуляция воды повторяется. Ее движение происходит под действием естественного побуждения, возникающего в системе при нагреве воды в котле.

Циркуляционное давление, создавшееся при работе системы, расходуется на преодоление сопротивления движению воды по трубам (от трения воды о стенки труб) и на местные сопротивления (в отводах, кранах, вентилях, нагревательных приборах, котлах, тройниках, крестовинах и т. д.).

Величина этих сопротивлений тем больше, чем выше скорость движения воды в трубах (если скорость увеличится в два раза, то сопротивление - в четыре раза, т. е. в квадратичной зависимости). В системах с естественным побуждением в зданиях небольшой этажности величина действующего давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах; следовательно, диаметры труб должны быть большими. Система может оказаться экономически невыгодной. Поэтому применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м, а величина к должна быть не менее 3 м.

При нагревании воды в системе объем ее увеличивается. Для вмещения этого дополнительного объема воды в системах отопления предусматривается расширительный сосуд 3; в системах с верхней разводкой и естественным побуждением он одновременно служит для удаления из них воздуха, выделяющегося из воды при ее нагреве в котлах.

Системы водяного отопления с насосным побуждением. Система отопления всегда заполнена водой и задачей насосов является создание давления, необходимого только для преодоления сопротивления движению воды. В таких системах одновременно действуют естественное и насосное побуждения; суммарное давление для двухтрубных систем с верхней разводкой, кгс/м2 (Па)

По экономическим соображениям обычно принимают в размере 5-10 кгс/м2 на 1 м (49-98 Па/м).

Достоинствами систем с насосным побуждением является снижение затрат на трубопроводы (их диаметр меньше, чем в системах с естественным побуждением) и возможность от одной котельной снабжать теплом ряд зданий.

Приборы описанной системы, расположенные на разных этажах здания, работают в разных условиях. Давление р2, обеспечивающее циркуляцию воды через прибор второго этажа, примерно в два раза больше, чем давление р1 для прибора нижнего этажа. В то же время суммарное сопротивление кольца трубопровода, проходящего через котел и прибор второго этажа, примерно равно сопротивлению кольца, проходящего через котел и прибор первого этажа. Поэтому первое кольцо будет работать с избыточным давлением, в прибор на втором этаже поступит больше воды, чем нужно по расчету, и соответственно уменьшится количество воды, проходящее через прибор на первом этаже.

В результате в отапливаемом данным прибором помещении второго этажа наступит перегрев, а в помещении первого этажа - недогрев. Для устранения этого явления применяют специальные методы расчета систем отопления, а также пользуются устанавливаемыми на горячей подводке к приборам кранами двойной регулировки. Если прикрыть эти краны у приборов на втором этаже, можно полностью погасить избыточное давление и тем самым отрегулировать расход воды по всем приборам, находящимся на одном стояке. Однако неравномерность распределения воды в системе, возможна и по отдельным стоякам. Объясняется это тем, что длина колец и, следовательно, суммарные их сопротивления в такой системе для всех стояков неодинаковы: наименьшее сопротивление имеет кольцо, проходящее через стояк (ближайший к главному стояку); наибольшее сопротивление имеет самое длинное кольцо, проходящее через стояк.

Распределить воду по отдельным стоякам, можно путем соответствующей регулировки установленных на каждом стояке пробочных (проходных) кранов. Для циркуляции воды устанавливают два насоса - один рабочий, второй - запасной. Вблизи насосов делают обычно закрытую, обводную линию с задвижкой. В случае прекращения подачи электроэнергии и остановки насоса задвижка открывается, и система отопления работает с естественной циркуляцией.

В системе с насосным побуждением расширительный бак присоединяется к системе перед насосами, и поэтому накапливающийся воздух через него не может удаляться. Для удаления воздуха в смонтированных ранее системах концы подающих стояков были продолжены воздушными трубами, на которых установлены вентили (для отключения стояка на ремонт). Воздушная магистраль в месте присоединения к воздухосборнику выполнена в виде петли, препятствующей циркуляции воды через воздушную магистраль. В настоящее время вместо такого решения применяют воздушные краны, ввинченные в верхние пробки радиаторов, установленных на верхнем этаже здания.

Системы отопления с нижней разводкой в эксплуатации более удобны, чем системы с верхней разводкой. Через подающую магистраль не теряется столько тепла и можно своевременно обнаружить и устранить утечку воды из нее. Чем выше помещен нагревательный прибор в системах с нижней разводкой, тем, следовательно, больше давление, имеющееся в кольце. Чем больше длина кольца, тем больше его суммарное сопротивление; поэтому в системе с нижней разводкой избыточные давления у приборов верхних этажей значительно меньше, чем в системах с верхней разводкой и, следовательно, регулировка их проще. В системах с нижней разводкой величина естественного побуждения снижается из-за ого, что вследствие охлаждения в подающих стояках оды возникает тормозящее ее движение сверху вниз, поэтому суммарное давление, действующее в таких системах,

В настоящее время большое распространение получили однотрубные системы, в которых радиаторы обеими подводками присоединяются к одному стояку; такие системы проще монтируются и обеспечивают более равномерный прогрев всех нагревательных приборов. Наиболее распространена однотрубная система с нижней разводкой и вертикальными стояками.

Стояк такой системы состоит из подъемной и опускной частей. Трехходовые краны могут пропускать расчетное количество или часть воды в приборы в последнем случае остальное ее количество проходит, минуя прибор, через замыкающие участки. Соединение подъемной и опускной частей стояка производится прокладываемой под окнами верхнего этажа соединительной трубой. В верхних пробках приборов, находящихся на верхнем этаже, устанавливают воздушные краны, через которые слесарь удаляет из системы воздух во время пуска системы или обильной подпитки ее водой. В однотрубных системах вода последовательно проходит через все приборы, и поэтому они должны быть тщательно отрегулированы. В случае необходимости регулировку теплоотдачи отдельных приборов осуществляют с помощью трехходовых кранов, а расход воды по отдельным стоякам - проходными (пробочными) кранами или установкой в них дросселирующих шайб. Если стояк будет поступать чрезмерно большое количество воды, то первые по ходу движения воды нагревательные приборы стояка отдадут тепла больше, чем это необходимо по расчету.

Краткое описание

Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.
Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное.

Содержание

Введение
1. Виды систем центрального отопления и принципы их действия
2. Сравнение современных систем теплоснабжения теплового гидродинамического насоса типа ТС1 и классического теплового насоса
3. Автономные системы теплоснабжения
4. Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России
4.1 Системы водяного отопления
4.2 Газовое отопление
4.3 Воздушное отопление
4.4 Электрическое отопление
4.5 Трубопроводы
4.6 Котельное оборудование
5. Перспективы развития теплоснабжения в России
Заключение
Список использованной литературы

Система теплоснабжения

Вопросы

1. Понятие системы теплоснабжения и ее классификация.

2. Централизованные системы отопления и их элементы.

3. Схемы тепловых сетей.

4. Прокладка тепловых сетей.

1. Комплексное инженерное оборудование сельских населенных пунктов./А.Б. Кеатов, П.Б. Майзельс, И.Ю. Рубчак. – М.: Стройиздат, 1982. – 264 с.

2. Кочева М.А. Инженерное оборудование и благоустройство застроенных территорий: Учебное пособие. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун.-т., 2003.–121 с.

3. Инженерные сети и оборудование территорий, зданий и стройплощадок / И.А. Николаевская, Л.П. Горлопанова, Н.Ю. Морозова; Под. ред И.А. Николаевской. – М: Изд. центр «Академия», 2004. – 224 с.

Понятие системы теплоснабжения и ее классификация

Система теплоснабжения - совокупность технических устройств, агрегатов и подсистем, обеспечивающих: 1) приготовление теплоносителя, 2) его транспортировку, 3) распределение в соответствии со спросом на теплоту по отдельным потребителям.

Современные системы теплоснабжения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Надежная прочность и герметичность трубопроводов и установленной
на них арматуры при ожидаемых в эксплуатационных условиях давлениях температурах теплоносителя.

2. Высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло- и электросопротивление, сопротивление, а также низкие воздухопроницаемость и водопоглощение изоляционной конструкции.

3. Возможность изготовления в заводских условиях всех основных»
элементов теплопровода, укрупненных до пределов, определяемых типом и
костью подъемно-транспортных средств. Сборка теплопроводов на трассе!
готовых элементов.

4. Возможность механизации всех трудоемких процессов строительства и монтажа.

5. Ремонтопригодность, т. е. возможность быстрого обнаружения причин
возникновения отказов или повреждений и устранение неполадок и их последствий путем проведения ремонта в заданное время.

В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от источника теплоты (теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или крупной котельной) к потребителям по специальным трубопроводам - тепловым сетям.

Системы теплоснабжения состоят из трех основных элементов: генератора, в котором вырабатывается тепловая энергия; теплопроводов, по которым тепло подводится к нагревательным приборам; нагревательных приборов, служащих для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемого помещения или воздуху в системах вентиляции, или водопроводной воде в си­стемах горячего водоснабжения.

В малых населенных пунктах применяются в основном две системы теплоснабжения: местные и централизованные. Цент­ральные системы не характерны для застройки не выше трех этажей.

Местные системы - в которых все три основных элемента на­ходятся в одном помещении или в смежных. Радиус действия таких систем ограничивается несколькими помещениями незна­чительных размеров.

Централизованные системы характерны тем, что тепловой генератор удален из отапливаемых зданий или потребителей горячего водоснабжения в специальное здание. Таким источником тепла может быть котельная для группы зданий, поселковая котельная или теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).

К местным системам отопления относятся: печное на твердом топливе, печное и калориферное газовое, поэтажные или квартирные водяные системы и электрическое.

Печное отопление на твердом топливе. Отопительные печи устраиваются в населенных пунктах с небольшой теплоплотностью. По санитарно-гигиеническим и противопожарным соображениям их разрешается устраивать только в одно- и двухэтажных зданиях.

Конструкции комнатных печей весьма разнообразны. Они могут быть различной формы в плане, с различной отделкой на­ружной поверхности и с различными схемами дымооборотов, расположенных внутри печи, по которым происходит движение газов. В зависимости от направления движения газов внутри печей различают многооборотные канальные и бесканальные печи. Во-первых, движение газов внутри печи происходит по ка­налам, соединенным последовательно или параллельно, во-вторых, движение газов происходит внутри полости печи свободно.

небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Примером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях получение тепла и передача его воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Центральной системой теплоснабжения называют систему снабжения теплом одного здания любого объема, от одного источника тепла. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих тепло от котла, установленного в подвале здания, или отдельно стоящих котельных. От этого котла может подаваться тепло для систем вентиляции и горячего водоснабжения этого здания.

Централизованными системы теплоснабжения назы­ваются в том случае, когда от одного источника тепла (ТЭЦ или районных котельных) подается тепло для многих зданий. По виду - источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При районномтеплоснабжении источником тепла служит районная котель­ная, а при теплофикации - ТЭЦ (теплоэлектроцентраль).

Теплоноситель подготавливается в районной котельной (или ГЭЦ). Подготовленный теплоноситель по трубопроводам поступает в системы отопления и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированного в нем тепла и отводится по специальным трубопроводам к источ­нику тепла. Теплофикация от районного теплоснабжения отлича­ется не только видом источника тепла, но и самим характером производства тепловой энергии.

Теплофикация может быть охарактеризована как централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Кроме источника тепла, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикации одинаковы.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы - водяные и паровые системы теплоснабжения.

Теплоносителем называется среда, которая передает тепло от источника тепла к теплопотребляющим приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В системах теплоснабжения, применяемых в нашей стране для городов и жилых районов, в качестве теплоносителя используют воду. На промыш­ленных площадках, в промышленных районах для систем тепло­снабжения применяют воду и пар. Пар в основном применяется для силовых и технологических потребностей.

В последнее время начали применять и на промышленных предприятиях единый теплоноситель - воду, нагретую до разных температур, которую используют и при технологических процес­сах. Применение единого теплоносителя упрощает схему тепло­снабжения, ведет к уменьшению капитальных затрат и способст­вует качественной и дешевой эксплуатации.

К теплоносителям, применяемым в системах централизованно­го теплоснабжения, предъявляются санитарно-гигиенические, технико-экономические и эксплуатационные требования. Главнейшее санитарно-гигиеническое требование заключается в том, что любой теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях микроклиматических условий для находящихся в них людей, а в про­мышленных зданиях и для оборудования. Теплоноситель не должен обладать высокой температурой, так как это может вести к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов и вызывать разложение пыли органического происхождения и не­приятно воздействовать на человеческий организм. Максимальная температура на поверхности нагревательных приборов не должна быть выше 95-105 °С в жилых и общественных зданиях; в про­мышленных зданиях допускается до 150 °С.

Технико-экономические требования к теплоносителю сводятся к тому, чтобы при применении того или иного теплоносителя стоимость тепловых сетей, по которым транспортируется теплоноситель, была наименьшей, а также малой была масса нагревательных приборов и обеспечен наименьший расход топлива для нагревания помещений.

Эксплуатационные требования заключаются в том, чтобы теплоноситель обладал качествами, позволяющими проводить центральную (из одного места, например котельной) регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изменять расходы тепла в системах отопления и вентиляции вызван, переменными температурами наружного воздуха. Эксплуатационным показателем теплоносителя считается также срок службы отопительно-вентиляционных систем при применении того или иного теплоносителя.

Если сравнить по перечисленным основным показателям воду и пар, можно отметить следующие их преимущества.

Преимущества воды: сравнительно низкая температура воды и поверхности нагревательных приборов; возможность транспортирования воды на большие расстояния без значительного уменьшения ее теплового потенциала; возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления; простота присоединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ или в районных котельных; большой срок службы I систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара: возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но также для силовых и технологических нужд; быстрый прогрев и быстрое охлаждение систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещения с периодическим обогревом; пар низкого давления (обычно применяемый в системах отопления зданий) имеет малую объемную массу (примерно в 1650 раз меньше объемной массы воды); это обстоятельство в паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы теплоснабжения по тем же соображениям могут применяться при самом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого района; более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов; простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара; отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара, кроме перечисленных преимуществ воды, можно отнести дополнительно: повышенные потери тепла паропроводами из-за более высокой температуры пара; рок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за более интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов.

Несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, его применяют для систем отопления значительно реже воды и то лишь для тех помещений, в которых длительно не находятся люди. Строительными нормами и правилами паровое отопление допускается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в помещениях промышленных зданий. В жилых зданиях паровые системы не применяют.

В системах воздушного отопления и вентиляции зданий, где нет непосредственного соприкосновения пара с воздухом помещений, его применение в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя разрешается. Пар также можно использовать для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения.

Как улучшить показатели отопительной системы и сделать ее обслуживание более комфортным для собственника частного дома. Для решения этой задачи необходимо знать новые тенденции и разработки в области теплоснабжения. Все современные системы отопления частного дома должны быть не только удобны, но и иметь оптимальные эксплуатационные характеристики.

Требования к современному отоплению дома

Назначение любого теплоснабжения – поддержание комфортного уровня температуры в помещении. Однако помимо этого современное отопление частного дома должно отвечать целому ряду дополнительных требований.

Прежде всего – это максимальная безопасность для проживающих в доме. Т.е. никакой элемент теплоснабжения или его работа не должны нанести вред человеку. В особенности это относится к относительно новым полимерным материалам изготовления. Также при выборе системы следует учитывать такие факторы:

• Экономическая целесообразность . Важно, чтобы количество получаемой тепловой энергии стремилось к аналогичному показателю потребляемой. Современное отопление частного дома должно иметь КПД, близкий к 100%;
• Минимальные ресурсы на обслуживание . У традиционных отопительных схем есть несколько существенных недостатков – большое количество сажи (твердотопливные котлы и печи), необходимость ежегодной очистки труб, постоянный контроль за объемом топлива и режимом работы. Современные виды отопления частного дома практически полностью исключают влияние этих факторов на работу;
• Максимальная автономность работы .

Что нужно предпринять, чтобы выполнить эти условия максимально? Для этого рекомендуется изучить предложения на рынке отопительных приборов и схем, выбрав оптимальную сборку для конкретного дома.

В большинстве случаев экономически целесообразнее провести модернизацию существующей системы, чем делать полностью новую.

Способы улучшения характеристик отопления

Далеко не всегда современные котлы отопления или трубы из новых материалов являются единственными факторами улучшения параметров системы. Сначала специалисты рекомендуют провести комплексный анализ внешних и внутренних факторов, влияющих на характеристики теплоснабжения.

Определяющим из них является уменьшение тепловых потерь здания. Именно они напрямую влияют на оптимальную мощность, которой должно обладать современное отопление без электричества или традиционного типа. Однако при этом следует учитывать нормы вентиляции – воздухообмен в каждой комнате должен соответствовать нормативам. Современные способы отопления частного дома не должны ухудшать комфорта проживания.

Способы оптимизации работы отопительной системы можно условно разделить на несколько видов – установка котлов с высоким показателем КПД, монтаж труб с пониженной теплоотдачей и применение батарей с хорошим коэффициентом теплопередачи.

Модернизация системы отопления

Для повышения текущих параметров системы можно поменять ряд ее компонентов. Подобное улучшение выполнятся только после расчета текущих характеристик и выявления «слабых» мест в отопительной схеме.

Самый простой способ – установить бак косвенного нагрева (теплоаккумулятор). Современное электроотопление в совокупности с многотарифным счетчиком дадут возможность снизить затраты на энергоноситель. Важно правильно рассчитать объем бака.

Также можно сделать более глобальные изменения в схеме:

• Монтаж коллекторной разводки трубопроводов . Актуален для домов с большой площадью;
• Замена стальных труб на полимерные меньшего диаметра . Это даст возможность уменьшить общий объем теплоносителя, что повлечет за собой экономию на его нагреве;
• Установка контролирующих устройств – программаторов, терморегуляторов и т.д. Эти современные приборы отопления предназначены для слежения за текущими параметрами системы и изменения режима ее работы в зависимости от настроек.

Также значительно улучшит характеристики установка нового котла отопления. Современные газовые модели потребляют на порядок меньше энергоносителя и имеют встроенные приборы контроля и группы безопасности. Нередко современные методы отопления загородного дома предусматривают монтаж пиролизных котлов долгого горения, работающих на топливных гранулах или брикетах.

Необходимо заранее проверить, смогут ли новые элементы отопления монтироваться со старыми. Например – в открытом отоплении установка полипропиленовых труб небольшого диаметра невозможна. Они не смогут обеспечить естественную циркуляцию без монтажа насоса.

Альтернативное теплоснабжение дома

В состав современного отопления частного дома должны входить новые методы получения тепловой энергии. В отличие от стандартных они имеют низкое энергопотребление, но при этом характеризуются небольшим количеством вырабатываемого тепла.

В качестве источника тепловой энергии можно использовать солнечное излучение или почвенный нагрев теплоносителя. Все зависит от климатических условий, площади участка и финансовых возможностей:

• . Работает по принципу разницы температур между различными слоями почвы. Для организации системы потребуются большие затраты и специальное оборудование – тепловой насос;
• Солнечный коллектор . Это один из видов современного отопления без электричества. Напрямую зависит от интенсивности солнечного излучено в конкретном регионе. В летний период может использоваться в качестве ГВС.

Зачастую эти системы устанавливаются в качестве вспомогательных для уменьшения затрат на отопление. Каждая из них требует детального просчета для выявления целесообразности приобретения и монтажа. Так, комплексная геотермальная установка для дома площадью 150 м² будет стоить около 700 тыс. рублей.

Котлы

Центральным узлом любой классической отопительной схемы является котел. От его функциональных возможностей во многом зависят параметры теплоснабжения. Так, современные электрокотлы для отопления дома могут занимать немного места и при этом вырабатывать оптимальное количество тепловой энергии.

К отопительному оборудованию этого вида предъявляются довольно жесткие требования. Оно должно быть максимально безопасно в эксплуатации, технические характеристики соответствовать существующим нормам, а управление иметь понятно-интуитивный интерфейс.

Электрические котлы отопления

Установка электрических нагревательных приборов актуальна в том случае, если площадь помещения относительно небольшая или нет подвода магистрального газа. На практике для организации современного электроотопления можно применять не только котлы классической конструкции с ТЭНом, но и новые модели, у которых другой принцип работы.

Принцип работы электродного котла заключается в создании движения электродов в паре катод-анод. Это приводит к нагреву воды и повышению давления. В результате возникает циркуляция теплоносителя. У современных котлов отопления электродного типа помимо зоны нагрева есть блоку управления, а также предусмотрена возможность подключения к программатору.

Для получения большего количества тепла можно установить индукционный котел. Он работает по принципу электромагнитной индукции, возникающей между сердечником и обмоткой. Для обеспечения безопасности катушка и сердечник полностью изолированы от контакта с водой.

Эти современные виды электрического отопления частного дома имеют несколько особенностей. Главным из них является низкая инерционность – нагрев воды происходит очень быстро. Однако помимо этого нужно учитывать следующие особенности эксплуатации:

• Текущие расходы на отопление. Нагрев теплоносителя с помощью электроприборов считается наиболее затратным;
• Приобретение и монтаж дополнительных элементов – расширительного бака, циркуляционного насоса, группы безопасности;
• У электродных котлов особые требования к теплоносителю. Он должен содержать относительно большое количество солей для поддержания реакции электролиза.

Но несмотря на эти факторы, электроотопление нашло широкое применение в зданиях с отсутствием газовых магистралей. Еще одним преимуществом является возможность организации отдельных контуров нагрева воздуха в каждом помещении.

Во время установки электрических котлов необходим монтаж УЗО. Также рекомендуется провести отдельную линию электропроводки.

Газовые конденсационные котлы отопления

Одним из современных способов отопления частного дома является установка газовых конденсационных котлов. Внешне они практически ничем не отличаются от традиционных. Разница состоит в дополнительном внутреннем теплообменнике.

Суть новаторского дополнения заключается в использовании тепловой энергии продуктов сгорания. Относительная сложная сеть внутреннего дымохода снижает температуру угарных газов до образования точки росы на дополнительном теплообменнике. Он соединен с обратной трубой отопления. В результате этого вода в нем нагревается из-за воздействия горячего конденсата.

По заверениям производителя у этого современного прибора отопления КПД может быть выше 100%. На практике он достигает 99%, что является рекордом для нагревательных котов. Но для правильного выбора определенной модели следует учитывать такие факторы:

• Полученный конденсат нельзя сливать в канализационную систему. Он должен храниться в герметичной емкости;
• Для каждой модели котла этого типа есть рекомендуемый температурный режим работы, при котором происходит формирование конденсата на поверхности вторичного теплообменника;
• Высокая стоимость оборудования.

Так как этот современный метод отопления частного дома предусматривает низкотемпературный режим работы – рекомендуется увеличить площади радиаторов и батарей. Это влечет дополнительные затраты на приобретение компонентов системы.

В низкотемпературных газовых котлах можно использовать пластиковые дымоходы, так как степень нагрева угарных газов будет невысокой – до +60°С.

Твердотопливные котлы длительного горения

Альтернативной современному печному отоплению частного дома являются котлы длительного горения. В отличие от традиционных моделей нагрев теплоносителя происходит не за счет сгорания топлива, а в результате воспламенения древесных или угольных газов.

Для этого ограничивают приток воздуха в камеру сгорания, что влечет за собой тление твердого топлива. Выделяемые газы по каналам поступают в зону дожига, где происходит нагнетание кислорода с помощью вентилятора или турбины. В результате газовая смесь воспламеняется, выделяя большое количество тепловой энергии.

Преимуществами этого современного способа обогрева частного дома являются:

• Экономичный расход топлива;
• Долгое время работы на одной загрузке дров или угля;
• Возможность регулировки степени нагрева теплоносителя с помощью интенсивности работы вентилятора.

Одним из недостатков этого современного отопления без электроэнергии является низкая температура угарных газов. Это приводит к образованию конденсата на дымоходной трубе. Поэтому все котлы длительного горения должны комплектоваться теплоизолированной дымоходной системой.

Стоимость всех вышерассмотренных котлов отопления отличается в зависимости от фирмы-производителя и удельной мощности.

Особенностью работы котлов длительного сгорания является большое количество сажи в камере сгорания и на теплообменнике. Поэтому их чистку нужно проводить чаще, чем у классических моделей.

Отопление дома без электричества

Но что делать, если установка современных электрокотлов для отопления дома нецелесообразна, а газовая магистраль в доме отсутствует? В качестве альтернативы можно улучшить систему печного или каминного отопления. Для этого необходимо установить систему воздушных каналов, соединенных с теплообменником печи.

Современное печное или каминное отопление частного дома с дополнительными воздушными каналами использует всю энергию от сгорания топлива. Для правильной организации необходимо продумать систему трубопроводов. Чаще всего они располагаются вверху, скрытые декоративным потолком. Для регулирования мощности притока горячего воздуха в каждом помещении должны быть установлены дефлекторы.

Кроме этого, следует знать особенности комплектации, свойственные только этому современному методу отопления загородного коттеджа:

• Для нормальной вентиляции следует установить канал забора воздуха с улицы. Во избежание попадания пыли в систему монтируют фильтры;
• Улучшить циркуляцию потоков можно с помощью вентиляторов или турбин. Они же являются частью современного электроотопления дома, если дополнительно установить электрические нагревательные элементы;
• Обязательная герметичность теплообменника. Ни в коем случае угарный газ не должен попасть в воздушные каналы.

Если же анализировать стоимость обустройства, то печное или каминное виды отопления частного дома будут на порядок дороже, чем традиционные способы нагрева воздуха. Однако самая простая схема может включать в себя только воздушные каналы без системы фильтрации и принудительной циркуляции горячих воздушных потоков.

Если в отопительной системе нет канала притока воздуха с улицы – следует обеспечить вентиляцию в доме. Она может быть принудительная или естественная.

Радиаторы и трубы отопления

Помимо современных отопительных котлов не менее важными компонентами являются трубы и радиаторы. Они необходимы для эффективной передачи тепловой энергии воздуху в помещении. Во время проектирования системы необходимо решить две задачи – уменьшить тепловые потери при транспортировке теплоносителя по трубам и улучшить теплоотдачу батарей.

Любые современные радиаторы отопления должны не только иметь хорошие показатели теплопередачи, но и удобную для ремонта и обслуживания конструкцию. Это же касается трубопроводов. Их монтаж не должен вызывать затруднений. В идеале установку может осуществить сам владелец дома без применения дорогого оборудования.

Современные радиаторы отопления

Для увеличения теплоотдачи в качестве основного материала изготовления батарей все чаще используют алюминий. Он имеет хорошие показатели теплопроводности, а для получения нужной формы можно применять технологию литья или сварки.

Но нужно учитывать, что алюминий очень чувствителен к воздействию воды. Современные чугунные радиаторы отопления лишены этого недостатка, хотя и обладают меньшей энергоемкостью. Для решения этой проблемы была разработана новая конструкция батарей, у которых водяные каналы изготавливаются из стальных или медных труб.

Эти современные трубы для отопления практически не подвергаются коррозии, имея минимальные размеры и толщину стенок. Последнее необходимо для эффективной тепловой передачи алюминию энергии от горячей воды. У современных радиаторов отопления есть несколько преимуществ, заключающихся в следующем:

• Долгий срок эксплуатации – до 40 лет. Однако он зависит от условий работы и своевременного выполнения прочистки системы;
• Возможность выбора способа подключения – верхнее, нижнее или боковое;
• В комплектацию может входить кран Маевского и терморегулятор.

В большинстве случаев модели современных чугунных радиаторов отопления делают дизайнерскими. Они имеют классические формы, некоторые из них изготавливаются в напольном варианте с элементами художественной ковки.

КПД радиатора отопления зависит от правильной установки и способа подключения. Это обязательно учитывается при монтаже системы.

Современные трубы отопления

Выбор современных труб отопления во многом зависит от материала их изготовления. В настоящее время чаще всего используют полимерные магистрали из полипропилена или сшитого полиэтилена. Они имеют дополнительный армирующий слой из алюминиевой фольги или стекловолокна.

Однако они имеют один существенный недостаток – относительно низкий порог температурного воздействия до +90°С. Это влечет большое температурное расширение и как следствие – повреждение трубопровода. Альтернативой полимерным трубам могут служить изделия из других материалов:

• Медные . С точки зрения функциональности медные трубопроводы соответствуют всем требованиям к отопительной системе. Они просты в монтаже, практически не изменяют форму даже при экстремально высоких температурах теплоносителя. Даже при замерзании воды стенки медных магистралей будут расширяться без повреждения. Недостаток – высокая стоимость;
• Нержавеющая сталь . Она не подвергается ржавлению, ее внутренняя поверхность имеет минимальный коэффициент шероховатости. К недостаткам можно отнести стоимость и трудоемкий монтаж.

Как правильно подобрать оптимальную комплектацию современного отопления? Для этого необходимо воспользоваться комплексным подходом – сделать правильный расчет системы и согласно полученным данным выбрать котел, трубы и радиаторы с соответствующими эксплуатационными характеристиками.

В видеоматериале показан пример современного отопления дома с помощью системы теплый пол: