ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СХЕМ В КОТЕЛЬНЫХ

В системах теплоснабжения имеются весьма значительные резервы экономии теплоэнергетических ресурсов, в частности тепловой и электрической энергии. В связи с этим в последнее время на рынке появилось много нового высокоэффективного оборудования и технологий, направленных на повышение комфортности проживания и экономичности систем теплоснабжения. Для выявления и наилучшего использования резервов экономии необходимо, в том числе, знание основных принципов регулирования отпуска теплоты.

Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса [1, с. 289]:

Q=G_с.вс(τ₁- τ₂)

где Q – количество теплоты, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой среде, кВт/ч;

G_с.в – расход теплоносителя – сетевой воды, кг/ч;

с – теплоемкость теплоносителя, кДж/кгºС

τ₁, τ₂ – температура теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, ºС.

Регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами: изменением температуры теплоносителя – качественный метод; изменением расхода теплоносителя – количественный метод; периодическим отключением систем – прерывистое регулирование; изменением поверхности нагрева теплообменника. Сложность осуществления последнего метода ограничивает возможность его широкого применения.

Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей.

Количественное регулирование отпуска теплоты производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе.

Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя.

Прерывистое регулирование достигается периодически отключением систем, т.е. пропусками подачи теплоносителя, в связи с чем, этот метод называется регулированием пропусками. В современных системах теплоснабжения с непостоянной тепловой нагрузкой регулирование пропусками используется для местного регулирования.

По способу осуществления регулирование может быть автоматическим и ручным. Основная цель мероприятий по регулированию отпуска теплоты - повысить энергоэффективность систем.

Рассмотрим один из современных способов регулирования отпуска теплоты на примере котельной. Особенностью работы данной котельной является разделение веток подачи тепла к потребителям: жилые и офисные здания и производство. Количество требуемой для систем теплоснабжения жилых зданий теплоты не изменяется. Напротив, количество требуемой теплоты для систем теплоснабжения производственных участков весьма сильно колеблется во времени и зависит от многих факторов. Кроме общих для всех зданий параметров, влияющих на количество требуемой на отопление теплоты (таких, как наружная температура воздуха, относительная влажность воздуха, направление ветра) существуют ещё специфические для производственных сооружений факторы, а именно - режим работы, то есть количество находящихся в рабочее время людей, а также количество и месторасположение технологического оборудования [2, п.5].

Требуемая температура воздуха в холодный и переходный периоды года в производственных помещениях составляет от +18°С до +25°С в зависимости от периода года и категории работ по энергозатратам, но на производстве при отсутствии людей и выключенном оборудовании – до +10°С [3, п.5]. Такая разница температур внутреннего воздуха на территориях производственных помещений дает возможность снижать в ночное время температуру теплоносителя в трубопроводе подачи производственной ветки.

Таким образом, количество тепловыделений в течение суток может колебаться в довольно большом диапазоне, следовательно, количество требуемой для отопления всех зданий теплоты также будет колебаться вне зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Встаёт вопрос о необходимости регулирования производства и отпуска теплоты с учётом всех внутренних и внешних факторов.

В рассматриваемой котельной были применены различные методы погодозависимого регулирования количества теплоты, необходимой для теплоснабжения. Регулирование осуществляется как качественное, так и количественное. Это позволяет экономно расходовать топливо, в качестве которого используется природный газ.

Во-первых, качественное и количественное регулирование производства и отпуска теплоты осуществляется в самой котельной. Рассмотрим схему котельной установки (рисунок 1).

Как видно из схемы, в котельной запроектированы четыре газовых котлоагрегата «Logano S825L» австрийской фирмы «Buderus», подключенных парал лельно. Совместная работа котлов обеспечивает максимально необходимое количество теплоты при расчетной температуре на отопление -31°С. Параллельная схема подключения котлоагрегатов обеспечивает возможность быстрого отключения одного из них, то есть количественного регулирования производства теплоты. Это становится необходимым, если наружная температура воздуха значительно выше расчётной, а также при максимальных тепловыделениях от промышленного оборудования.

Регулирование производства теплоты осуществляется автоматически по

двум параметрам: температуре наружного воздуха и температуре теплоносителя в обратной магистрали системы теплоснабжения. С понижением температуры наружного воздуха (t_н) автоматика срабатывает на включение большего числа котлов в работу, и наоборот, при повышении температуры наружного воздуха котлы поочередно отключаются. Кроме того, на трубопроводе подачи теплосети установлены трехходовые регулирующие клапаны, работающие на подмес воды из трубопровода «обратной» воды в трубопровод «подачи».

Рисунок 1. Принципиальная схема котельной установки

К1 – газовый котел «Logano S825L»; К2 – горелка SAACKE GS160a; К3 – теплообменник пластинчатый РИДАН ННК№100; К4 – насос котловой DAB NKM-G 150-200/218; К5 – насос сетевой DAB KDN 100-250/250; К6 – насос повышения давления DAB K 28/500T; К7 и К8 – расширительный бак объемом 1000л REFLEX N1000/6; К9 –гидропневмобак REFLEX DE300; К10 – установка химводоподготовки; К11 – система дымоудаления.

Такое же количественное регулирование осуществляется по значению температуры воды в обратном трубопроводе (t_обр): если t_обр£+55°С происходит автоматическое поочередное включение котлоагрегатов, при t_обр³+55°С котлы отключаются. Это позволяет экономить энергию во время большого скопления людей в помещениях, когда тепловыделения достаточно велики.

При других значениях температур наружного воздуха и теплоносителя в обратной магистрали осуществляется качественное регулирование производства теплоты за счет автоматического регулирования расхода топлива. Котлы «Logano S825L» позволяют осуществлять двухступенчатое регулирование: по среднему и максимальному давлению газа на форсунках.

Кроме того, в котельной осуществляется регулирование отпуска теплоты за счет установки современного оборудования в схеме обвязки котлов. В котельной запроектированы и установлены пять натрубных котловых насосов NKM-G 150-200/218 фирмы «DAB», которые совместной работой обеспечивают расчётный расход теплоносителя. Насосы подключены параллельно и любой из них при необходимости может быть включен в работу. Оснащённость насосов трёхскоростными электродвигателями позволяет регулировать расход теплоносителя в зависимости от требуемого для различных ситуаций количества теплоты.

Помимо этого, установлена погодозависимая автоматика, контролирующая и регулирующая температуру внутри котлов в зависимости от температуры наружного воздуха: чем выше температура на улице, тем ниже температура воды в подающем контуре. Температура воды снижается благодаря возможности работы горелок на низкой мощности либо попеременному отключению их. Это позволяет в значительном количестве экономить топливо.

Таким образом, используя различные приемы в проектировании и применяя современное оборудование, оснащенное системами автоматического регулирования, можно осуществлять энергоэффективные проекты снабжения теплотой.

Список литературы:

1. Каменев П. H., Сканави A. H, Богословский В. H. и др. Отопление и вентиляция: учебник для вузов, в 2-х ч., часть I. Отопление Изд. 3-е перераб. и доп. M.: Стройиздат, 1975. - 483 с.
2. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Санитарные правила и нормы.
3. СП 60.13330.2012 Свод правил. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003" (утв. Приказом Минрегиона России от 30.06.2012 N 279) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=STR&n=16102#045243183205222426 (дата обращения: 09.05.2018)