Децентрализованная вентиляция. Устройство принудительной вентиляции в частном доме Централизованная система вентиляции

Производственные цеха, склады, супер- и гипермаркеты, спортивные комплексы, выставочные залы и другие объекты большой площади и объема предъявляют повышенные, зачастую специализированные требования к системам вентиляции, их обслуживающих.

Существуют две основные особенности объектов большой площади и объема, касающиеся их эффективного вентилирования.

Первая из них очевидна и связана с проблемами организации воздухообмена, обеспечивающего равномерное распределение свежего приточного воздуха по площади помещения или в отдельных его микроклиматических зонах. При этом важным моментом является также рациональное использование тепловой энергии по высоте помещения, во избежание больших вертикальных градиентов температур, когда перегретый воздух скапливается под потолком, существенно увеличивая потери тепла через кровлю, вместо того, чтобы формировать необходимый температурный режим в рабочей зоне.

Вторая особенность связана с тем, что подобного рода объекты, будучи весьма дорогостоящими, на протяжении их жизненного цикла в некоторых случаях по нескольку раз меняют свое назначение в связи с изменениями целевого использования, технологии выполняемых работ, либо реорганизацией режимов эксплуатируемых зданий. Например, производственный механический цех может быть переоборудован под сооружение социально-бытового назначения. При этом желательно сохранить существующую систему вентиляции, ограничившись организационно-структурной реконфигурацией на уровне системы управления во избежание ее коренной реконструкции. В то же время, следует иметь в виду, что рассматриваемого типа объекты могут принципиально различаться между собой с точки зрения требований, предъявляемых к системам микроклиматической поддержки. В указанном смысле супер- и гипермаркеты существенно отличаются от фармацевтического склада. Выставочный комплекс, например, характеризуется требованиями к вентиляции, отличающимися от таковых для цехов целлюлозно-бумажного производства и т.д.

В настоящее время доступным является вентиляционное оборудование (рис. 1), отвечающее указанным, казалось бы, несовместимым между собой особенностям объектов рассматриваемого типа.

Центральные и децентрализованные системы

При разработке проектных решений следует различать центральные и децентрализованные системы вентиляции. Первые из них предполагают наличие агрегата большой производительности, осуществляющего обработку воздуха, распределяемого затем с использованием системы воздуховодов по объему помещения. Вторые - представляют собой совокупность физически автономных агрегатов относительно небольшой производительности, расположенных с определенной степенью равномерности по площади помещения непосредственно под потолком. Децентрализованные системы, обладая высокой адаптивностью, в наибольшей степени отвечают особенностям объектов большой площади и объема.

В то же время, как показывают расчеты, а также имеющийся практический опыт, децентрализованные системы более экономичны в эксплуатации, обеспечивая срок окупаемости капитальных дополнительных затрат в пределах 2-3 лет, после чего они начинают приносить чистую прибыль.

На рис. 2 представлен вентиляционный агрегат, оснащенный пластинчатым теплообменником рекуперативного типа, калорифером и системой непосредственного охлаждения с компрессорно-конденсаторным агрегатом, расположенным на крыше.

Ранее децентрализованные системы преимущественно использовались на промышленных объектах. В настоящее время, благодаря положительно зарекомендовавшим себя техническим свойствам и позитивным экономическим показателям, децентрализованная вентиляция также успешно внедряется на объектах социально-бытового и коммунального назначения. К ним относятся, например, супер- и гипермаркеты, рынки, вокзалы, крупные аэропорты, спортивные комплексы, выставочные залы, крытые гаражные стоянки и т.д.

Основные преимущества использования подобного рода систем сводятся к следующему:
1. Отсутствие необходимости использования вытяжных и/или приточных воздуховодов.
2. Существенно уменьшенные потери статического напора.
3. Возможность реализации режимов подачи как нагретого, так и охлажденного воздуха.
4. Отсутствие сквозняков (повышенной подвижности воздуха) в рабочей зоне.
5. Снижение градиента температур по высоте помещения в режиме воздушного отопления.
6. Возможность формирования различных микроклиматических зон в пределах заданных площадей одного строительного объема.
7. Стабильность поддерживаемых микроклиматических параметров независимо от внешних динамических воздействий (открытия дверей и окон, ветровых нагрузок и т.д.).
8. Высокая надежность работы системы в целом. В случае временного выхода из строя отдельного агрегата система продолжает функционировать, будучи интегрирована на верхнем иерархическом уровне управления. На период восстановительных работ адрес дефектного агрегата системным образом блокируется в общем списке с последующим снятием блокировки по завершении ремонта.
9. Высокая энергетическая эффективность за счет улучшенных показателей организации воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла, что способствует сокращению сроков амортизации оборудования, благодаря низким эксплуатационным расходам.
10. Отсутствие необходимости использования приточных и вытяжных вентиляционных камер.
11. Возможность осуществления монтажа без остановки основного технологического процесса;
12. Возможность поэтапного оборудования системы вентиляции путем последовательного расширения, как функциональных возможностей, так и обслуживаемых производственных площадей.

Децентрализованные системы вентиляции ограничены возможностями их реализации в помещениях c высотой потолков от 4,5 до 18 м и площадью менее 100 м2. Это обусловлено аэродинамическими особенностями формирования вертикальных приточных струй, действующих по принципу воздушного инжектирования с управляемым углом закрутки и ядром разрежения, формируемым непосредственно за срезом сопла.

Вытяжной воздух, загрязненный маслами

Одно из преимуществ децентрализованных систем заключается в возможности выбора вентиляционных агрегатов из широкого спектра поставляемых моделей, отвечающих специфическим требованиям объекта их использования. В ряде случаев существенную проблему представляет наличие масляного аэрозоля в вытяжном воздухе.

Стандартные технические решения в данных обстоятельствах оказываются неприемлемыми в связи с необходимостью частой замены фильтров и разрушением уплотнительных материалов недостаточно стойких к воздействию масел. Имеющиеся в составе поставляемых вентиляционных агрегатов маслостойкие модели обеспечивают решение указанной проблемы, обладая возможностями эффективного улавливания масляных аэрозолей и соответствующего дренажа продуктов их фильтрации.

Работа в условиях холодного климата

Для Украины особое значение имеет работоспособность агрегатов при низких температурах, поскольку ряд регионов расположен в северо-восточной части, характеризуемой особо суровыми климатическими условиями. Стандартное исполнение агрегатов допускает их работу при температурах наружного воздуха до -30 °С. Специальное исполнение Cold Climate (CC-1) расширяет предел работоспособности агрегатов до -40 °С, а исполнение Cold Climate (CC-2)- до -60 °С.

В конструкции данных агрегатов используются пластмассы, сохраняющие прочность при низких температурах и не трескающиеся на морозе. Вместо резиновых амортизаторов используются стальные пружины с силиконовыми чашками. Все уплотнительные профили изготовлены из холодоустойчивого силикона. Приводы воздушных клапанов оснащены системами подогрева. Для защиты на случай отключения электроэнергии установлены приводы с пружинным возвратом.

Пластинчатый теплообменник герметизирован с использованием особо прочного эпоксидного полимера.

Если теплообменник начинает обмерзать, то срабатывает дифференциальный датчик перепада давления и запускается следующая последовательность действий:
- закрывается клапан наружного воздуха и открывается рециркуляционный клапан; останавливается приточный вентилятор, а вытяжной вентилятор продолжает работать;
- перепускной клапан пластинчатого теплообменника полностью открывается;
- теплый воздушный поток на вытяжке растапливает лед и после регулируемой задержки времени и возврата дифференциального датчика перепада давления в исходное состояние агрегат вновь переходит в штатный режим работы.

Защита калорифера от обмерзания осуществляется с помощью контроллера, который отслеживает как температуру воздуха, так и температуру воды. С этой целью конец капиллярной трубки, натянутой на обратной стороне калорифера, введен внутрь сливного патрубка. Если температура воды опускается ниже 11 °C, смесительный клапан постепенно открывается. При понижении температуры до 5°C смесительный клапан полностью открыт и подается аварийный сигнал замерзания. При запуске агрегата и при переключении из режима рециркуляции в один из режимов подачи свежего воздуха срабатывает система плавного включения приточного вентилятора. Для обеспечения работы при температуре наружного воздуха ниже -40 °C (исполнение CC-2) двигатели вытяжных вентиляторов дополнительно оснащаются устройствами подогрева на периоды отключения вентилятора, что гарантирует надежный запуск и работу агрегата при температурах до -60 °С.

Работа во взрывоопасных и пожароопасных средах

При наличии присвоенных категорий взрывопожарной и пожарной опасности А и Б, регламентируемых в соответствии с нормами НПБ 105-03 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности", запрещено использование для целей воздушного отопления стандартных вентиляционных агрегатов, размещаемых внутри помещения. Для этих целей возможно использование указанных агрегатов в специальном исполнении EEX, которое в соответствии с европейскими нормами DIN EN 60079-10 и VDE 0165 (часть 101:1996-10) сертифицировано для работы в зонах 1 и 2. Указанное означает возможность использования агрегатов в данном исполнении при оснащении помещений, в которых возможным является формирование пожароопасной и взрывоопасной среды класса T3, что соответствует температуре воспламенения горючих веществ более 200 °С. Максимально допустимая температура горячих поверхностей при этом составляет 200 °С.

Основные отличия вентиляционных агрегатов в исполнении EEX от стандартных заключаются в следующем:
- электрические компоненты заменены на взрывозащищенные;
- электрические цепи имеют необходимые гальванические развязки;
- материалы, способные накапливать электростатические заряды, соответствующим образом защищены или полностью заменены.

В частности, осуществлены следующие мероприятия:
1. Вентиляторы заменены диагональными во взрывозащищенном исполнении. Электродвигатели вентиляторов снабжены температурными датчиками типа PTC с триггерным устройством защиты. Входной патрубок вентилятора изготовлен из нержавеющей стали, и имеет защитную решетку.
2. Контакторная коробка оснащена Ex-кабельными вводами с составным уплотнительным кольцом и винтовым нажимным устройством.
3. Шумопоглощающее покрытие дискового рассекателя потока в целях предотвращения накопления электростатических зарядов оклеено алюминиевой фольгой, которая соответствующим образом заземлена.
4. Фильтры карманного типа имеют вплетенную металлическую сетку, которая заземлена. Металлическая рамка фильтра заземлена также.
5. Датчик перепада давления на фильтре смонтирован внутри секции управления, но не подключен. Электрическое подключение предусматривается к шкафу управления в процессе монтажа агрегата на объекте заказчика с использованием внешнего контура гальванической развязки.
6. Термостат заморозки смонтирован в секции калорифера, но также не подключен. Электрическое подключение предусматривается к шкафу управления в процессе монтажа агрегата на объекте заказчика с использованием внешнего контура гальванической развязки.

Комфортная среда в торговых центрах увеличивает объем продаж

В общем спектре поставляемых агрегатов имеются специальные модели, предназначенные для оборудования торговых центров (рис. 3), специфика которых связана со следующими обстоятельствами:
1. Небольшая высота потолков.
2. Необходимость минимальных нарушений интерьера.
3. Повышенные требования к шумовым характеристикам.

Указанные выше специальные модели вентиляционных агрегатов конструктивно оформлены таким образом, что в торговый зал выходят только распределители воздуха инжекционного типа. Тем самым сохраняется интерьер и увеличивается расстояние от среза сопла до верхней границы рабочей зоны, что позволяет подавать в нее как подогретый, так и охлажденный воздух без избыточной подвижности (сквозняков). Поскольку вентиляторы расположены над кровлей, а распределитель воздуха имеет дисковый рассекатель потока, облицованный пористым материалом, который экранирует проникновение звука внутрь зала, шумовые воздействия оказываются минимальными. В результате достигается высокий уровень комфорта, что привлекает покупателей, способствует их более длительному пребыванию в торговом центре и увеличению покупок.

Стадии проектирования, монтажа и эксплуатационного обслуживания

Удобство монтажа и эксплуатационного обслуживания, а также потребные объемы указанных работ являются одним из показателей, характеризующих систему вентиляции. Проектные решения, предусматривающие децентрализованную систему вентиляции, реализуются в минимальные сроки с небольшим объемом монтажных работ, поскольку поставляемые моноблоки проходят полный цикл сборочных работ на заводе-изготовителе.

Отсутствие воздуховодов и, соответственно, потерь напора на преодоление аэродинамического сопротивления, что обычно требует до 80 % потребляемой электрической энергии, приводит к тому, что мощность электродвигателей мала (максимум 3 кВт) и питающие кабели имеют небольшое сечение. В результате электрический монтаж существенно упрощается.

Гидравлическая обвязка также упрощена за счет комплектной поставки гидравлического модуля в собранном виде, который включает в себя трехходовой электромагнитный клапан, а также необходимую запорно-регулирующую арматуру (балансировочные, воздушные, отсечные, запорные клапаны). Модуль оснащен стандартными фитингами на входном и выходном трубопроводах.

Обвязка системы автоматики сводится к последовательному соединению вентиляционных агрегатов между собой с помощью стандартной витой пары. Все работы по конфигурированию сети производятся с клавиатуры компьютера, подключаемого в качестве одного из узлов сети на общую шину. Создаваемая при этом трехуровневая иерархия определяется виртуальным образом путем присвоения элементам сети соответствующих адресов.

Механический монтаж агрегатов, предусматривающих подачу свежего воздуха, осуществляется с внешней стороны кровли, что позволяет производить работы в кратчайшие сроки без остановки действующего производства. То же относится к эксплуатационному техническому обслуживанию, объемы которого сведены до минимума и производятся без нарушений хода выполнения основных технологических операций.

На рис. 4 показаны работы по замене фильтров, размещенных в верхней части агрегатов, расположенных на крыше.

Каждый агрегат обслуживает индивидуальную площадь, что позволяет формировать зоны с различными температурными уставками (комфортное вентилирование, дежурное отопление и т.д.), назначенными режимами работ (рециркуляция, подача свежего воздуха и т.д.) и различными временными графиками (одно-, двух-, трехсменная работа). Принцип затопления рабочей зоны приточным воздухом, подаваемым и удаляемым с соблюдением определенного воздушного баланса по каждой из индивидуально обслуживаемых площадей, предотвращает нежелательный переток загрязненного воздуха между ними. Подача воздуха непосредственно в рабочую зону также повышает эффективность ассимиляции вредных выделений, фактически сокращая концентрацию газовых и аэрозольных загрязнений до минимальных значений.

Выгодное решение

Концептуально децентрализованная вентиляция в ряде приложений является оптимальным техническим решением, обеспечивающим не только преимущества функционального характера по сравнению с централизованными системами, но и экономически более выгодным, особенно в расчете на полный жизненный цикл эксплуатации оборудования.

Децентрализованная вентиляция зарекомендовала себя с положительной стороны на многочисленных отечественных и зарубежных объектах. Среди российских объектов наиболее характерными являются крупные таможенные склады готовой продукции, запасных частей, материалов, полуфабрикатов, оборудования, фармацевтических препаратов и т.п. К ним относятся также спортивные комплексы, выставочные центры, демонстрационные залы, концертные залы, крупные типографии, ангары, цеха по ремонту оборудования, столярные и механические цеха и др.

Лучшим решением вентиляции частного дома является система централизованной принудительной приточно — вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла.

Основой системы является блок вентиляции, оснащенный вентиляторами, теплообменником – рекуператором тепла, устройствами управления, фильтрами и пр.

В доме с принудительной вентиляцией циркуляция воздуха происходит по такой же схеме, как и в зданиях с естественной вентиляцией. Свежий воздух с улицы подается в жилые комнаты дома. Далее воздух через переточные отверстия в дверях направляется в помещения кухни, санузлов, гардеробных, кладовок. Из этих помещений воздух по вытяжным каналам выбрасывается на улицу.

Каждое помещение дома должно быть оборудовано или вытяжным, или приточным каналом принудительной вентиляции. В некоторых случаях в помещении обустраивают оба канала.

Единственное исключение — вентиляция котельной , пожароопасного помещения, в котором установлен газовый котел, должна выполняться с помощью отдельного изолированного канала естественной вентиляции. Связано это с необходимостью исключить поступление горючих газов и огня по каналам вентиляции из котельной в другие помещения.

От блока принудительной приточно-вытяжной вентиляции (ППВВ) свежий воздух с улицы по приточным каналам поступает в жилые комнаты дома. Далее воздух перетекает в хозяйственные помещения — кухню, санузлы, гардеробные и другие. Из хозяйственных помещений воздух по вытяжным каналам возвращается обратно в блок ППВВ.

К блоку принудительной приточно-вытяжной вентиляции (блок ППВВ) из помещений дома подходят два воздуховода.

Свежий воздух с улицы через воздухозаборник попадает в блок вентиляции ППВВ, и оттуда по приточным воздуховодам в комнаты дома. Далее, через переточные отверстия в дверях помещений, воздух перемещается в хозяйственные помещения — кухню, санузлы, гардеробные. Из хозяйственных помещений по вытяжным воздуховодам загрязненный воздух возвращается в блок ППВВ.

Зимой два потока воздуха, теплый из помещений и холодный с улицы, встречаются (но не смешиваются) в теплообменнике – рекуператоре блока ППВВ. Теплый уходящий воздух отдает тепло входящему в дом воздуху. Свежий подогретый воздух поступает в помещения. Рекуператор тепла позволяет экономить до 25% энергии, расходуемой на отопление дома, по сравнению с системой без рекуператора.

Блок вентиляции, как правило, оснащают различными устройствами для подготовки воздуха. Фильтры очищают воздух от пыли, аллергенной пыльцы растений, насекомых. Подаваемый в дом воздух может увлажняться, подогреваться, охлаждаться. Централизованная система легко поддается автоматизации управления и контроля за её исправностью и режимом работы.

Все чаще забор воздуха в систему производят через грунтовый теплообменник. Это труба, проложенная в земле ниже глубины промерзания (1,5 – 2 м .). Один конец трубы присоединяется к воздухозаборнику блока вентиляции, а другой открытый конец выводится выше поверхности грунта. Проходя по трубе грунтового теплообменника воздух зимой подогревается теплом земли, а летом наоборот – охлаждается. Затраты на отопление и кондиционирование дома с грунтовым теплообменником могут снизиться еще на 25%.

Стоимость системы принудительной вентиляции с рекуператором тепла минимум в 4 – 5 раз больше, чем затраты на устройство естественной системы вентиляции. Самый дорогой элемент системы – блок рекуперации.

Принудительная система постоянно расходует электроэнергию для работы вентиляторов. Необходимы затраты на периодическую замену фильтров и чистку.

Однако, сбережение тепловой энергии и экономия затрат на отопление, окупают все расходы. Причем, чем суровее климат и длительнее отопительный сезон, тем быстрее.

Кроме того, повышенный комфорт жизни в доме, то же чего-то стоит.

Централизованная принудительная вентиляция с рекуператором тепла в частном доме – это система:

• обеспечивает необходимый воздухообмен во всех помещениях дома независимо от атмосферных условий;
• позволяет легко регулировать и автоматизировать воздухообмен в широком диапазоне изменений объема воздуха и в зависимости от различных показателей микроклимата в помещениях;
• осуществляет подготовку подаваемого в помещение свежего воздуха: фильтрацию, подогрев или охлаждение, увлажнение или осушение;
• экономит значительное количество тепловой энергии благодаря использованию теплообменника – рекуператора тепла отходящего воздуха;
• потребляет электроэнергию для работы вентиляторов;
• сложное техническое устройство, элементы которого могут выйти из строя;
• прекращает работу при отсутствии электричества;
• требует квалифицированного монтажа и периодического технического обслуживания;
• создает шум — требует специальных мер по снижению шума;
• осуществляет постоянный контроль за исправностью и эффективностью работы (воздухообменом, температурой и влажностью воздуха);

Современный энергосберегающий дом все больше напоминает герметичный пластиковый контейнер.

Для выживания в таком доме – контейнере, централизованная приточно – вытяжная вентиляция в доме просто жизненно необходима.

Пора понять это и российским застройщикам.

Насыщенный загрязнениями, влагой и теплом воздух тоже проходит через блок вентиляции и выбрасывается наружу через дефлектор на крыше дома.

Такая схема циркуляции воздуха позволяет создать в жилых помещениях некоторое избыточное давление, которое препятствует проникновению в комнаты загрязнений, как снаружи — например, так и из других помещений и пространств внутри дома.

Воздух, подаваемый в комнаты, перемещается в помещения с приемными решетками вытяжной вентиляции через переточные отверстия в дверях. Обычно это щель между полом и дверью.

Зимой в теплообменнике — рекуператоре, установленном в блоке вентиляции, выбрасываемый из дома воздух передает часть тепла нагнетаемому в комнаты свежему но холодному воздуху.

В помещения, в которых установлен отопительный котел или камин с открытой камерой сгорания, использующие для горения воздух из помещения, обязательно заводят оба канала принудительной вентиляции — приточный и вытяжной каналы. Наличие только одного вытяжного канала недопустимо, так как разряжение, создаваемое в помещении принудительной вытяжкой, может приводить к опрокидыванию тяги в дымовой трубе и поступлению продуктов сгорания в помещение.

Кухонная вытяжка вытягивает деньги

При включении кухонной вытяжки на улицу выбрасывается большое количество теплого воздуха с единственной целью — удалить запахи и другие загрязнения, которые образуются над кухонной плитой.

Для исключения потерь тепла выгодно отказаться от обычной кухонной вытяжки. Вместо вытяжки над кухонной плитой устанавливают зонт, оснащенный вентилятором, фильтрами, поглотителями запахов для глубокой очистки воздуха. После фильтрации, очищенный от запахов и загрязнений воздух направляется обратно в помещение. Кроме того, такое решение снижает требования к производительности блока вентиляции. Такой зонт часто называют фильтрующей вытяжкой с рециркуляцией. Следует учитывать, что экономия от снижения расходов на отопление несколько нивелируется, из-за необходимости периодической замены фильтров в вытяжке.

Блок принудительной вентиляции в частном доме

Блок приточно-вытяжной вентиляции представляет собой прямоугольный корпус размером в несколько десятков сантиметров.

В корпусе расположены два электрических вентилятора — приточной и вытяжной систем вентиляции. Вентиляторы могут работать с разной скоростью вращения, тем самым, обеспечивается изменение интенсивности циркуляции воздуха.

Например, при наличии большого количества гостей включают максимальный режим циркуляции, а в случае отсутствия людей в доме — вентиляция может работать с минимальной интенсивностью.

Внутри блока вентиляции находится теплообменник — рекуператор. В блоках вентиляции, устанавливаемых в частных домах, чаще всего применяют крестообразный рекуператор. Принципиальная схема работы такого рекуператора приведена в предыдущей статье (см. ссылку в начале статьи).

Два фильтра в блоке вентиляции — один устанавливают на входе в блок свежего воздуха с улицы, другой — на входе отработанного, поступающего в блок из дома. Фильтр на входе свежего воздуха задерживает споры грибов, пыльцу растений, пыль, насекомых и пр. Он очищает воздух, подаваемый в дом, и, кроме того, предотвращает забивание каналов теплообменника.

Фильтр на стороне отработанного воздуха служит только для защиты каналов теплообменника от домашней пыли. В разных конструкциях блоков фильтры могут быть сменными или предусматривается их периодическая чистка.

Система защиты рекуператора от замораживания — обязательный элемент блока вентиляции.

Зимой выходящий из дома теплый и влажный воздух в рекуператоре сильно охлаждается и из него там конденсируется вода, как в кондиционере. В морозные дни эта вода может замерзнуть, лед закупорит и даже разрушит каналы рекуператора.

Чтобы этого не произошло, в блоках принудительной вентиляции используют несколько способов защиты рекуператора от замораживания:

1. При поступлении в блок вентиляции свежего воздуха с низкой температурой включается режим прерывистой подачи этого воздуха. Периодичность и продолжительность перерывов в подаче воздуха выбирается такой, чтобы вода в рекуператоре не замерзала. Способ простой, но перерывы в подаче воздуха снижают эффективность проветривания помещений.
2. Блок вентиляции оснащают байпасом — обводным воздуховодом, по которому свежий холодный воздух может проходить помимо рекуператора. В периоды низких температур поток свежего воздуха разделяют: часть воздуха пропускают через рекуператор, а другую часть — по байпасу. Количество воздуха, проходящего через рекуператор регулируют таким образом, чтобы температура рекуператора позволяла конденсату оставаться в жидком состоянии.
3. В морозные дни, поступающий в блок вентиляции холодный воздух немного подогревают с помощью электрического нагревателя так, чтобы только предотвратить замерзание воды в рекуператоре. Слишком сильный нагрев свежего воздуха будет снижать эффективность передачи тепла в рекуператоре.

Слаженную работу всех элементов принудительной приточно-вытяжной вентиляции в частном доме обеспечивает блок управления и автоматического регулирования.

Блок управления системой вентиляции позволяет хозяину регулировать количество и температуру циркулирующего в помещениях воздуха, контролировать исправность отдельных элементов системы.

Более сложные блоки управления дают возможность программировать работу вентиляции в суточном и недельном цикле, автоматически регулируют работу вентиляции в зависимости от температуры воздуха снаружи и внутри дома, влажности и содержания углекислого газа в помещениях.

В более дорогие блоки вентиляции встраивают дополнительные устройства подготовки воздуха.

Зимой, когда включают отопление, воздух в доме часто становится слишком сухим. Увлажнители нагнетаемого в дом воздуха позволяют обеспечить комфортную влажность воздуха в жилых помещениях.

Температура свежего воздуха после рекуператора несколько повышается, но в морозные зимние дни остается отрицательной. Подача такого холодного воздуха в жилые помещения будет вызывать ощущение дискомфорта у людей, особенно находящихся вблизи анемостата приточной вентиляции. Для устранения этого недостатка блок вентиляции часто оснащают электрическим подогревателем приточного воздуха — калорифером. Нагреватель включают только при очень низких температурах наружного воздуха.

Для подогрева приточного воздуха также используют калориферы, подключенные к системе отопления дома. Обычно такой калорифер устанавливают как отдельный аппарат, вне блока вентиляции.

Где установить блок принудительной вентиляции

Блок вентиляции выгоднее всего установить на нежилом чердаке. В этом случае длина воздуховодов из помещений дома будет минимальной.

Если это невозможно, то блок устанавливают в любом другом месте. Обычно это котельная, хозпомещение, гараж или подвал.

Требования к месту размещения блока вентиляции следующие:

• Свободный доступ к блоку для замены фильтров, ремонта и контроля за состоянием агрегата.
• Отсутствие в месте установки дополнительных требований по снижению уровня шума от работы блока.
• Минимальная протяженность основных воздуховодов системы вентиляции. Следует также оценить, удобно ли будет развести воздуховоды по строительным конструкциям дома.

Как правильно выбрать блок принудительной вентиляции

Подбор блока принудительной вентиляции осуществляется по следующим основным параметрам:

• Производительность, м 3 *час — количество воздуха подаваемого в дом и отводимого из помещений в единицу времени.
• Напор, — давление, необходимое для преодоления аэродинамического сопротивления, создаваемого всеми элементами системы вентиляции.
• КПД (коэффициент полезного действия) рекуператора — показатель эффективности передачи тепла свежему, подаваемому в дом воздуху, от удаляемого из помещений воздуха.

Минимальное количество воздуха, циркуляцию которого должен обеспечить блок вентиляции, определяется санитарными нормами. Нормативные значения воздухообмена для помещений частного дома приведены в предыдущей статье. Производительность блока вентиляции должна быть больше суммы нормативных значений для всех помещений дома.

На практике, для простоты расчетов и создания некоторого запаса по производительности, используют другой показатель — кратность воздухообмена. Это величина, показывающая сколько раз в течении часа должен смениться воздух в помещении.

По российским санитарным нормам кратность воздухообмена в частном доме должна быть не менее 0,35 раз/час.

Например, общий объем всех вентилируемых помещений дома равен 450 м 3 . Тогда минимально необходимая производительность блока вентиляции равна 450 м 3 х 0, 35 1/час = 157,5 м 3 /час .

Кроме того, необходимо проверить выполнение еще одного условия — воздухообмен в доме не должен быть менее 30 м 3 /час в расчете на одного человека, проживающего в доме. Если это условие не выполняется, то кратность воздухообмена принимают больше 0,35.

Необходимо предусматривать некоторый запас производительности блока вентиляции для подачи дополнительного воздуха к отопительному котлу, камину, кухонной вытяжке или на случай приема гостей. Поэтому, на практике производительность блока вентиляции определяют, принимая кратность воздухообмена в частном доме в пределах 0,5 — 0,8 1/час .

Следует помнить о том, что блок вентиляции, как и любой насос, имеет криволинейную зависимость производительности от напора. Чем больше напор (аэродинамическое сопротивление системы вентиляции), тем меньше производительность блока вентиляции. Это значит, что чем короче воздуховоды и больше их сечение, тем ниже требования к параметрам блока вентиляции — тем дешевле блок, и меньше расход электроэнергии на вентиляцию.

Расчет аэродинамического сопротивления системы вентиляции и определение необходимого напора — задача довольно сложная. Решение её лучше доверить специалистам.

Правильный выбор параметров блока вентиляции можно сделать только на основании расчетов. Часто подрядчики не утруждают себя этим, и предлагают установить заведомо более мощный, а значит более шумный и дорогой блок вентиляции.

От величины КПД рекуператора напрямую зависит размер снижения расходов на отопление.

КПД крестообразных теплообменников не превышает 60%. В некоторых моделях блоков вентиляции устанавливают два таких теплообменника, размещая их последовательно друг за другом. КПД системы увеличивается еще процентов на 20%.

Самые дорогие блоки вентиляции могут содержать в себе еще более эффективные решения — роторные теплообменники и даже тепловые насосы (тепловые трубки). КПД таких устройств достигает 90%. В российских условиях, при сравнительно низких ценах на топливо, окупить затраты на установку таких блоков не получится.

При выборе блока вентиляции следует также обратить внимание и на другие, значимые для застройщика, параметры:

• Уровень шума, создаваемого блоком вентиляции. Если блок размещают на стене или перекрытии, примыкающих к спальне, следует выбрать блок с минимальным уровнем шума или придется потратиться на дополнительную звукоизоляцию.
• Максимальная электрическая мощность, потребляемая электронагревателями блока вентиляции может превышать возможности электрической сети. Подумайте, а не выгоднее ли подогревать воздух с помощью теплообменника, подключенного к системе отопления.
• Оцените стоимость замены фильтров, периодичность их замены и постоянное наличие в продаже.
• Если забор свежего воздуха будет производиться через грунтовый теплообменник, то выбирают блок вентиляции оснащенный байпасом.

Воздухозаборник и дефлектор системы принудительной вентиляции

Воздухозаборную решетку приточной вентиляции обычно располагают в наружной стене дома или на крыше.
Место расположения воздухозабора выбирают, исходя из следующего:

• Расстояние между воздухозаборным отверстием и дефлектором, через который выбрасывается воздух вытяжной вентиляцией, должно быть не менее 10 м. Такое же расстояние следует выдержать от дымохода, канализационного стояка и других источников запахов и загрязнений воздуха.
• Воздухозаборник размещают на высоте не менее 1,5м от поверхности земли и на 0,5 м выше снегового покрова.
• Отверстие воздухозаборника обязательно закрывают сеткой, для защиты от проникновения в воздуховод птиц, насекомых, листьев и пр.

Все более популярным становится устройство воздухозабора через

Воздуховоды вентиляции в частном доме

В системе принудительной вентиляции частного дома чаще всего используют круглые воздуховоды стандартных диаметров — 100, 125, 150, 200 и 250 мм . Трубы воздуховодов могут быть изготовлены из стали, алюминия или пластмассы.

Как определить сечение воздуховода

Чтобы движение воздуха в воздуховодах было бесшумным, скорость потока в них должна быть примерно V =2 — 4 м/сек . Меньшее значение рекомендуется выбирать для воздуховодов ответвлений, расположенных в пределах жилого помещения, а большее — для магистральных участков, расположенных вдали от спален.

Ориентируясь на нормативные значения воздухообмена, определяют необходимую производительность для каждой точки притока и отвода воздуха, Q м 3 /час .

Площадь сечения воздуховода, A м 2 = Q м 3 /час / 3600 * V м/сек (принимаем во внимание, что 1 час = 3600 сек )

Зная необходимую площадь сечения воздуховода А , м 2 можно легко вычислить его диаметр d , м (согласно формуле А = πd 2 / 4), откуда: d = 2√A  /π.
Рекомендуется выбирать воздуховод стандартного размера диаметром, больше расчетного.

Воздуховоды прямоугольного сечения занимают меньше места, но имеют большее аэродинамическое сопротивление, чем круглые такой же площади.

Блок вентиляции подключают к жестким трубам воздуховодов с помощью гибких эластичных труб длиной не менее 1 м . Такое решение препятствует передаче звуковых колебаний от блока вентиляции по трубам в помещения.

Воздуховоды вентиляции обязательно покрывают слоем теплоизоляции. Теплоизоляция воздуховодов предотвращает конденсацию паров воды на их стенках, а также препятствует передаче звуков по трубе.

Следует учитывать, что по воздуховодам в доме перемещается не только воздух, но и звук, а также грызуны.

Проводником звука служат стенки воздуховодов, а также воздух внутри них. Для снижения уровня передаваемого шума рекомендуется применять воздуховоды из эластичных материалов, оклеивать стенки труб звукопоглощающим материалом.

Звуки, передаваемые по воздуху, сильно затухают с увеличением длины воздуховода и уменьшением его сечения. Поэтому, при проектировании разводки воздуховодов и мест размещения приточных и вытяжных отверстий, необходимо максимально увеличивать длину воздуховодов, соединяющих эти отверстия в соседних помещениях.

Для защиты блока вентиляции и помещений дома от грызунов на всех входных и выходных отверстиях воздуховодов устанавливают металлические решетки.

Диаметр воздуховодов выбирают в соответствии с расчетом аэродинамического сопротивления системы вентиляции.

Реже применяют воздуховоды прямоугольного сечения. Такие воздуховоды более компактно помещаются в строительные конструкции дома, но они менее технологичны в изготовлении, сложнее в монтаже.

Воздуховоды вентиляции имеют довольно большой диаметр. Поэтому еще на стадии проектирования нового дома следует предусмотреть места в строительных конструкциях для скрытой прокладки воздуховодов в жилых помещениях дома.

Для размещения воздуховодов вентиляции предусматривают ниши в стенах, каналы в перекрытиях. Прячут воздуховоды за подвесными потолками, в каркасной оболочке стен и перегородок.

В помещениях приточные воздуховоды заканчиваются анемостатами, которые служат для равномерного рассеивания воздуха, а также позволяют настраивать количество подаваемого воздуха.

В вытяжные воздуховоды воздух из помещений попадает через обычные решетки.

Вентиляция в Вашем городе

Вентиляция

Почему вентиляция у Вас дома должна быть хуже, чем в Вашем автомобиле?!

Сделайте для Вашего дома проект современной централизованной вентиляции с рекуперацией тепла.

При строительстве дома обязательно проложите предусмотренные проектом воздуховоды и электропроводку к центральному блоку вентиляции. После окончания стройки сделать это будет практически невозможно.

Если бюджет стройки не позволяет приобрести блок вентиляции с рекуперацией сразу, оставьте покупку на потом. Установите более дешевый блок приточно-вытяжной вентиляции без рекуператора.

Блоки рекуперации с течением времени быстро дешевеют, а энергия все дорожает. Вскоре неизбежно наступит момент, когда цена блока, размер экономии затрат на отопление, желание комфорта и Ваши доходы позволят приобрести блок рекуперации и установить его на уже подготовленное место.

Описание:

В настоящее время наряду с системами централизованного теплоснабжения довольно широкое распространение получили децентрализованные системы. Под децентрализованными автономными системами условно понимаются малые системы с установленной тепловой мощностью не более (20 гкал/г) 23 МВт.

Технологические схемы систем теплофикации, теплоснабжения и отопления

С. А. Чистович , академик РААСН, президент Союза энергетиков Северо-Запада России

Академик С. А. Чистович является выдающимся специалистом, одним из создателей отечественной системы теплофикации и теплоснабжения, которая получила всемирное признание. В свой юбилей академик С. А. Чистович ведет активную научную и преподавательскую деятельность, в том числе и завершает работу над монографией «Автоматизированные системы теплофикации, теплоснабжения и отопления», выход в свет которой предполагается в конце года.

1. Централизованные и децентрализованные системы

В настоящее время наряду с системами централизованного теплоснабжения довольно широкое распространение получили децентрализованные системы.

Под децентрализованными автономными системами условно понимаются малые системы с установленной тепловой мощностью не более (20 гкал/г) 23 МВт.

Повышенный интерес к автономным источникам теплоты (и системам) в последние годы в значительной степени был обусловлен инвестиционно-кредитной политикой, т. к. строительство централизованной системы теплоснабжения требует от инвестора значительных единовременных капитальных вложений в источник, тепловые сети и внутренние системы здания, причем с неопределенным сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации возможно достичь не только снижения капитальных вложений за счет отсутствия тепловых сетей, но и переложить расходы на стоимость жилья (т. е. на потребителя). Именно этот фактор в последнее время и обусловил повышенный интерес к децентрализованным системам теплоснабжения для объектов нового строительства жилья. Организация автономного теплоснабжения позволяет осуществить реконструкцию объектов в городских районах старой и плотной застройки при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализация на базе высокоэффективных теплогенераторов последних поколений (включая конденсационные котлы) с системами автоматического управления позволяет в полной мере удовлетворить запросы самого требовательного потребителя.

Перечисленные факторы в пользу децентрализации теплоснабжения привели к тому, что оно уже стало рассматриваться как безальтернативное техническое решение, лишенное недостатков. Поэтому необходимо подробно рассмотреть те проблемы, которые проявляются при более внимательном подходе к этому вопросу, проанализировать отдельные случаи применения децентрализованных систем, что позволит выбрать рациональное решение в комплексе.

Целесообразность применения таких систем по сравнению с централизованными системами должна оцениваться по ряду показателей:

– коммерческая (финансовая) эффективность, учитывающая финан-совые последствия реализации проекта для его непосредственных участников;

– экономическая эффективность, учитывающая связанные с проектом затраты и результаты, выходящие за пределы прямых финансовых интересов его участников и допускающие стоимостное измерение;

– затраты органического топлива – оценка по этому натуральному показателю должна учитывать как прогнозируемые изменения стоимости топлива, так и стратегию развития топливно-энергетического комплекса региона (страны);

– влияние выбросов в атмосферу на окружающую среду;

– энергетическая безопасность (для населенного пункта, города, региона).

При выборе источника автономного теплоснабжения необходимо учитывать целый ряд факторов. Прежде всего, это зона расположения объекта теплоснабжения, на который надо подать тепло (отдельное здание или группа зданий). Возможные зоны теплоснабжения можно разделить на четыре группы:

Зоны централизованного теплоснабжения от городских (районных) котельных;

Зоны централизованного снабжения от городских ТЭЦ;

Зоны автономного теплоснабжения;

Зоны смешанного теплоснабжения.

Существенное влияние на выбор источника теплоснабжения имеет характер застройки в месте расположения зданий (этажность и плотность застройки: м 2 /га, м 3 /га).

Важным фактором является состояние инженерной инфраструктуры (состояние основного технологического оборудования и тепловых сетей, степени их морального и физического износа и пр.).

Не меньшее значение имеет вид используемого в данном городе или населенном пункте топлива (газ, мазут, уголь, древесные отходы и пр.).

Определение экономической эффективности является обязательным при разработке проекта создания автономных систем для зданий, находящихся в зоне действия централизованного теплоснабжения.

Установка автономных источников в этом случае, будучи финансово привлекательной для инвесторов (непосредственных участников проекта), ухудшает показатели экономической эффективности системы централизованного теплоснабжения города:

– уменьшается подключенная тепловая нагрузка к городской котельной, что приводит к увеличению себестоимости отпускаемой тепловой энергии;

– в теплофикационных системах, кроме того, снижается доля произведенной электроэнергии по комбинированному циклу (на базе теплового потребления), что ухудшает энергетическую эффективность работы станции.

Определение затрат органического топлива позволяет путем непосредственных измерений объективно оценить энергетические потери во всей технологической цепи от источника до конечного потребителя.

Общий коэффициент полезного действия использования топлива в системе рассчитывается путем перемножения коэффициентов, характеризующих потери тепла во всех последовательно включенных элементах системы теплоснабжения. При комбинированном производстве (на ТЭЦ, в когенерационной установке) вводится коэффициент, учитывающий экономию тепла по сравнению с раздельным производством тепловой энергии в котельной, а электрической – на конденсационной электростанции.

Исходные зависимости для определения общего коэффициента полезного использования топлива для различных вариантов систем теплоснабжения приведены в табл. 1.

Величина сверхнормативных потерь тепла через наружные ограждения здания (1 – h 0), знание которой необходимо при расчете теплового баланса, не зависит от типа систем теплоснабжения и поэтому при сопоставлении централизованных и децентрализованных систем может не учитываться.

Современные квартирные теплогенераторы на газовом топливе имеют КПД: h 1 = 0,92–0,94 %.

Коэффициент полезного использования топлива в городской котельной, отнесенной к конечному потребителю, определяется из выражения (табл. 1):

h c = h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 .

Значение этого коэффициента по данным многочисленных натурных испытаний составляет не более 50–60 %. Таким образом, с позиции эффективности использования топлива применение квартирных теплогенераторов, работающих на газе, является значительно более выгодным.

Коэффициент полезного использования топлива на ТЭЦ выше, чем в городской котельной, за счет комбинированного производства тепловой и электрической энергии. При отнесении всей экономии на производство тепловой энергии (h = 1,0) общий коэффициент для ТЭЦ составляет 0,80–0,90 %.

При теплоснабжении от домовой мини-ТЭЦ общий КПД, благодаря отсутствию потерь при транспортировке и распределении теплоносителя и отнесении всей экономии на производство тепловой энергии, может достичь ста и более процентов.

Из изложенного следует, что наиболее высокий коэффициент использования топлива имеют газовые квартирные теплогенераторы, а также когенерационные установки, которые могут работать как на газе, так и на дизельном топливе. Несколько уступают квартирным теплогенераторам автономные котельные (крышные или пристроенные к домам) из-за потерь тепла во внутридомовых коммуникациях. Самую низкую эффективность использования топлива имеют городские котельные, производящие только тепловую энергию.

Сравнение централизованных и децентрализованных систем с позиции их влияния на окружающую среду в зонах проживания людей свидетельствует о бесспорных экологических преимуществах крупных ТЭЦ и котельных, особенно расположенных за пределами городской черты.

Выбросы с уходящими газами (СО 2 , NOx) от малых автономных котельных, сооружаемых в местах потребления тепловой энергии, загрязняют окружающую воздушную среду, концентрация вредных веществ в которой в крупных городах из-за насыщенности автомобильным транспортом уже превышает допустимые санитарные нормы.

При сравнительной оценке энергетической безопасности функционирования централизованных и децентрализованных систем необходимо учитывать следующие факторы.

– Крупные тепловые источники могут работать на различных видах топлива (в том числе, местных и низкосортных), могут переводиться на сжигание резервного топлива при сокращении подачи сетевого газа.

– Малые автономные источники (крышные котельные, квартирные теплогенераторы) рассчитаны на сжигание только одного вида топлива – сетевого природного газа, что, естественно, отрицательно сказывается на надежности теплоснабжения.

– Установка квартирных теплогенераторов в многоэтажных домах при нарушении их нормальной работы создает непосредственную угрозу здоровью и жизни людей.

– В закольцованных тепловых сетях централизованного теплоснабжения выход из строя одного из теплоисточников позволяет переключить подачу теплоносителя на другой источник без отключения отопления и горячего водоснабжения зданий.

Необходимо указать, что в государственной стратегии развития теплоснабжения России четко определена рациональная область применения централизованных и децентрализованных систем. В городах с большой плотностью застройки следует развивать и модернизировать системы централизованного теплоснабжения от крупных теплоэлектроцентралей, в том числе, расположенных за пределами городской черты.

С целью повышения надежности функционирования этих систем целесообразно дополнять их источниками распределенной генерации тепловой и электрической энергии, работающих на общие городские сети.

В городах или отдельных районах городов с малой теплоплотностью целесообразно применять децентрализованные системы теплоснабжения с предпочтительным использованием когенерационных установок. Применение автономных систем теплоснабжения является единственно возможным решением в географически удаленных и труднодоступных районах.

2. Когенерационные и тригенерационные установки (микро- и мини-ТЭЦ)

К малым ТЭЦ относятся теплоэнергетические установки с единичной электрической мощностью от 0,1 до 15 МВт и тепловой мощностью до 20 Гкал/ч. Малые ТЭЦ могут поставляться комплектно, в том числе, в контейнерном исполнении либо создаваться путем реконструкции паровых или водогрейных котельных с дооснащением их электрогенерирующими агрегатами.

В качестве привода электрогенераторов малых ТЭЦ используются дизельные, газопоршневые, двухтопливные поршневые двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, паровые турбины с противодавлением либо конденсационного типа с промежуточным отбором пара и использованием подогретой в конденсаторе воды для технологических нужд, роторные или шнековые паровые машины.

В качестве теплогенераторов используются котлы – утилизаторы выхлопных газов, теплообменники охлажденной воды, функционирующие в базовом режиме либо только для покрытия пиковых нагрузок.

Тригенерационные установки кроме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии вырабатывают холод.

Для выработки холода могут использоваться парокомпрессионные или абсорбционные холодильные машины. В отопительный период холодильные машины могут переключаться на режим теплового насоса. Привод компрессора парокомпрессионных машин осуществляется от электрогенераторов малых ТЭЦ. Абсорбционные тригенерационные установки работают на тепловой энергии, утилизируемой этими станциями (отработанные газы, горячая вода, пар).

Когенерационные и тригенерационные установки могут создаваться на отработавших свой ресурс двигателях транспортных средств (самолетов, судов, автомобилей).

Установки могут работать на различных видах топлива: природный газ, дизельное топливо, бензин, пропан-бутан и др. В качестве исходного топлива могут использоваться также древесные отходы, торф и другие местные ресурсы.

Основные достоинства малых ТЭЦ:

1. Малые потери при транспортировке тепловой энергии по сравнению с системами централизованного теплоснабжения.

2. Автономность функционирования (независимость от энергосистемы) и возможность продажи в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии и покрытия дефицита тепловой энергии при расположении малой ТЭЦ в зоне централизованного теплоснабжения.

3. Повышение надежности теплоснабжения:

– перебои с подачей электрической энергии в котельную не приводят к прекращению работы теплоисточника;

– при расположении малой ТЭЦ в зоне централизованного теплоснабжения обеспечивается минимально допустимая подача тепла в здания в случае аварий на тепловых сетях.

4. Возможность тепло- и электроснабжения автономных (не связанных с единой электросистемой) объектов: удаленных, труднодоступных, рассредоточенных на большой территории и др.

5. Обеспечение аварийного тепло- и электроснабжения мобильными энергоустановками.

Особенности малых ТЭЦ разных типов.

Достоинством дизельных установок, как и газомоторных с искровым зажиганием, является высокий коэффициент полезного действия по выработке электроэнергии, практически не зависящей от единичной мощности двигателя. Также установки малочувствительны к изменению тепловой нагрузки. По этой причине они повсеместно применяются в наземном и водном транспорте, где величина нагрузки может изменяться от работы на холостом ходу до использования максимальной мощности.

Возможности утилизации тепла в таких установках уменьшаются при снижении тепловой нагрузки, так как при этом несколько понижается и температура выхлопных газов. Если при полной нагрузке температура выхлопных газов составляет 400–480 °С, то при нагрузке двигателя в размере 50 % от номинальной мощности она снижается до 175–200 °С. Это обуславливает необходимость установки пикового котла либо оснащения котла – утилизатора тепла выхлопных газов огневой топкой. Для обеспечения надежной работы двигателя температура в первичном контуре системы водяного охлаждения поддерживается на уровне 90–95 °С.

Отношение выработки электроэнергии к выработке тепла в рассматриваемых когенерационных установках находится обычно в диапазоне 1:1,2.

Достоинством двухтопливных поршневых установок по сравнению с дизельными и газомоторными является возможность перехода на дизельное топливо при отсутствии природного газа.

По сравнению с поршневыми (дизельными и газомоторными ТЭЦ) газотурбинные ТЭЦ, выполненные по классической схеме (газовая турбина – котел – утилизатор), имеют значительно меньшую удельную массу и габариты (кг/КВт и м 3 /КВт). Именно поэтому в авиации газотурбинные установки заменили поршневые двигатели, и это позволило поднять самолетостроение на качественно новый уровень. Вместе с тем их КПД по выработке электроэнергии заметно снижается с уменьшением нагрузки. Так, при снижении нагрузки до 50 % электрический КПД газовой турбины снижается почти в два раза.

Наивысшее значение КПД (при номинальной нагрузке) составляет у газовых турбин и газопоршневых двигателей около 40 %. Доля электрической нагрузки по отношению к тепловой в газотурбинных ТЭЦ комплектной поставки составляет 1:(2–3).

При установке газовых турбин, предвключенных к существующим водогрейным котлам, т. е. с отводом отработанных газов в топку котлов, доля электрической нагрузки и тепловой обычно не превышает 1:7. Увеличение выработки электроэнергии на базе теплового потребления может быть достигнуто только при условии серьезной реконструкции котлоагрегатов.

Оснащение паровых отопительно-производственных котельных паротурбинными установками позволяет полезно использовать перепад давления пара в котле и требуемого перед теплообменными аппаратами для выработки электроэнергии как для покрытия всей потребности на собственные нужды, так и для передачи на сторону.

Паровые турбины для малых ТЭЦ в зависимости от характера присоединенной тепловой нагрузки выпускаются двух типов: с противодавлением и конденсационные с промежуточным отбором пара. Пар из промежуточного отбора с давлением 0,5–0,7 МПа используется для технологических нужд и для нагрева сетевой воды в системе теплоснабжения. Подогретая в конденсаторе вода также может использоваться для технологических нужд и, кроме того, в системах низкопотенциального водяного отопления.

Кроме турбин паровые отопительно-производственные котельные могут оснащаться и другими типами энергетических агрегатов: паровыми роторными или шнековыми винтовыми машинами.

Преимущества этих машин по сравнению с паровыми турбинами – малая чувствительность к качеству пара, простота и надежность в эксплуатации. Недостаток – меньший коэффициент полезного действия.

3. Технологические схемы систем централизованного теплоснабжения и их характеристики как объектов управления

Система централизованного теплоснабжения (СЦТ), как известно, представляет собой комплекс различных сооружений, установок и устройств, технологически связанных между собой общим процессом производства, транспорта, распределения и потребления тепловой энергии.

В общем случае СЦТ состоит из следующих частей:

Источник или источники для выработки тепловой энергии (ТЭЦ, АТЭЦ, котельные, малые когенерационные или тригенерационные установки);

Транзитные магистрали и магистральные тепловые сети с насосными (реже дроссельными) и отсекающими подстанциями для транспортировки тепловой энергии от генерирующих мощностей до крупных жилых массивов, административно-общественных центров, промышленных комплексов и др.;

Распределительные тепловые сети с районными тепловыми пунктами (РТП), центральными тепловыми пунктами (ЦТП) для распределения и подачи теплоты до потребителей;

Теплопотребляющие системы с индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП) и внутридомовыми инженерными системами (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха), теплораспределяющие установки промышленных предприятий для удовлетворения нужд потребителей в подаваемой энергии.

Режим работы СЦТ диктуется условием функционирования объектов теплопотребления: переменными потерями теплоты в окружающую среду зданий и сооружений, режимами потребления горячей воды населением, условиями работы технологического оборудования и др.

Система состоит из большого числа взаимозависимых последовательно и параллельно включенных элементов, обладающих различными статическими и динамическими характеристиками: установки для генерации энергии (котлы, турбины и пр.), наружные тепловые сети и внутридомовые коммуникации, оборудование тепловых пунктов, отопительные приборы в помещениях и др.

Необходимо иметь в виду, что в отличие от других водопроводных систем (водоснабжение, газоснабжение и теплоснабжение) режим функционирования тепловых сетей характеризуется двумя различными по своей природе параметрами. Количество отпускаемой тепловой энергии определяется температурой теплоносителя и перепадом давлений, а следовательно, расходом воды в тепловой сети. При этом динамические характеристики по трактам: тракту передачи давления (изменения расхода) и тракту передачи температуры – резко отличаются друг от друга.

Помимо внутренних взаимосвязей между элементами СЦТ существуют внешние функциональные связи с другими системами инженерного обеспечения городов и промышленных комплексов: системы топливоснабжения, электроснабжения и водоснабжения.

Анализ существующей технологической структуры построения систем централизованного теплоснабжения, схем тепловых сетей, принципиальных схем абонентских вводов и абонентских систем отопления, конструкций применяемого технологического оборудования показывают, что они не в полной мере отвечают современным требованиям, предъявляемым к объектам автоматизированного управления.

В крупных системах теплоснабжения многочисленные абонентские установки присоединяются к магистральным тепловым сетям, как правило, без промежуточных узлов управления. В результате система оказывается недостаточно маневренной, остается негибкой, по сетям приходится пропускать излишнее количество воды, ориентируясь на абонентов с наихудшими условиями.

Тепловые сети городов проектировались из соображения экономии средств, как правило, тупиковыми. Резервные связи между участками тепловых сетей, позволяющие организовать теплоснабжение части потребителей при повреждении (выводе из работы) участка, отсутствовали. Не предусматривалась в ряде случаев возможность работы тепловых сетей от нескольких источников, объединяющих общие тепловые сети.

Недостаток применяемого метода распределения тепловой энергии по многочисленным тепловым пунктам особенно проявляется в периоды резких похолоданий, когда потребители не получают ее необходимого количества из-за того, что температура воды, подаваемой от теплоисточника, оказывается значительно ниже требуемой по графику регулирования.

Подвальные помещения жилых зданий, отведенные для размещения тепловых пунктов, мало пригодны для монтажа и нормальных условий функционирования систем местного автоматического регулирования.

Для индивидуального автоматического регулирования теплоотдачи отопительных приборов не являются оптимальными вертикальные однотрубные системы водяного отопления, наиболее распространенные в массовом жилом строительстве. Из-за высокой остаточной теплоотдачи отопительных приборов (при закрытии регулирующего органа), существенного взаимного влияния приборов при работе регуляторов и других факторов возможности эффективного индивидуального регулирования в этих системах оказываются весьма низкими.

И, наконец, следует отметить, что типовые технологические схемы районных водогрейных котельных не отвечают требованиям комплексной автоматизации систем теплоснабжения. Эти схемы ориентированы на качественный график отпуска тепловой энергии, т. е. на поддержание постоянного расхода воды в подающем трубопроводе (или постоянного напора на коллекторах котельной).

В автоматизированных системах теплоснабжения при местном автоматическом регулировании у потребителей, а также в условиях совместной работы нескольких источников на общие тепловые сети гидравлический режим в сети на выходе из котельной должен быть переменным.

Из изложенного следует, что все звенья теплоснабжения (источник, тепловые сети, тепловые пункты, абонентские системы отопления) проектировались без учета требований автоматизации режима их работы. Поэтому создание автоматизированных систем управления теплоснабжением должно сопровождаться модернизацией этих систем по всей технологической цепочке: производство – транспортировка – распределение и потребление тепловой энергии.

Примерные технологические схемы управления в системах теплофикации и централизованного теплоснабжения городов приведены в табл. 2.

4. Пути совершенствования управления технологическими режимами систем теплоснабжения с распределенной генерацией тепловой и электрической энергии

Значительный физический износ трубопроводов и оборудования, морально устаревшая структура построения систем централизованного теплоснабжения выдвигают, наряду с задачей скорейшей замены изношенного оборудования, неотложную задачу оптимизации схемно-технических решений и режимов функционирования этих систем.

Учитывая крайне запущенное состояние систем теплоснабжения в России, полная их модернизация с целью обеспечения возможности работы в расчетном режиме с температурой теплоносителя 150 °С (с верхней срезкой графика при 130 °С) в течение ближайших 20–30 лет в большинстве городов практически неосуществима. Она потребует перекладки сотен тысяч километров тепловых сетей, замены изношенного оборудования на десятках тысяч тепловых источников и на сотнях тысяч абонентских теплопотребляющих установок.

На основании выполненного анализа состояния теплоснабжения в различных регионах страны предложения по оптимизации схем, технических решений и режимов работы систем централизованного теплоснабжения сводятся к следующему:

Ориентация систем централизованного теплоснабжения на покрытие базовой тепловой нагрузки с максимальной температурой теплоносителя на выходе из ТЭЦ (городской котельной) 100–110 °С;

Применение при реконструкции систем теплоснабжения энергосберегающих технологий, схемных решений, материалов и оборудования;

Строительство локальных пиковых источников тепла, максимально приближенных к системам теплопотребления;

Переоборудование районных городских котельных (в некоторых случаях и квартальных) в мини- и микро-ТЭЦ;

Применение бинарных (паро-газовых) термодинамических циклов для повышения эффективности работы городских ТЭЦ;

Создание АСУ теплоснабжением, включающих автоматизацию процессов производства, транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии.

При ориентации систем теплоснабжения на покрытие базовой тепловой нагрузки значительно сокращаются капитальные затраты на реконструкцию тепловых сетей (за счет меньшего количества компенсаторов, возможности применения более дешевых и не подверженных коррозии труб из полимерных материалов и др.). На выделенные средства оказывается возможным реконструировать значительно больший объем тепловых сетей с повышением их надежности и уменьшением потерь при транспортировке теплоносителя.

Применение энергосберегающих технологий, материалов и оборудования дает возможность снизить удельное теплопотребление на 40–50 %, а именно:

– утепление ограждающих конструкций зданий;

– переход от вертикальных однотрубных систем отопления к горизонтальным с поквартирным учетом тепла;

– установка квартирных водосчетчиков в системах холодного и горячего водоснабжения, монтаж автоматизированных тепловых пунктов и др.

Таким образом, будет компенсировано влияние недополучения тепла от внешней сети в наиболее холодный период отопительного сезона.

Энергосбережение позволяет сэкономить не только значительное количество топливно-энергетических ресурсов, но и обеспечить условия теплового комфорта при «базовой» подаче тепла из тепловой сети.

Строительство пиковых (локальных) источников тепла, максимально приближенных к системам теплопотребления, позволит при низких значениях температур наружного воздуха повышать температуру теплоносителя, поступающего из тепловой сети, до требуемых для отапливаемых помещений параметров.

Дооснащение системы централизованного теплоснабжения пиковым источником резко повышает надежность ее работы. При аварии во внешней сети пиковый источник переводится в автономный режим работы с целью предотвращения замораживания системы отопления и продолжения функционирования объекта теплопотребления, расположенного на отключенном от тепловой сети участке. При профилактических отключениях теплоснабжения в летнее время здания, подключенные к пиковому источнику, также будут снабжаться теплом.

Строительство пиковых источников по существу будет означать переход от сложившейся в течение многих десятилетий в нашей стране централизованной системы теплоснабжения к «централизованно-локальной», обладающей более высокой надежностью и рядом других преимуществ.

В отличие от автономных и индивидуальных источников теплоснабжения (установленных в плотно застроенных кварталах северных городов), работающих круглогодично и наносящих вред окружающей среде (даже при работе на газе), суммарные выбросы в атмосферу от пиковых источников, которые вырабатывают в течение года только 5–10 % от всего годового отпуска тепла, будут ничтожно малы.

При современном уровне газовой отопительной техники централизация выработки собственной тепловой энергии экономического смысла, как правило, не имеет. КПД современных газовых теплогенераторов высок (92–94 %) и практически не зависит от их единичной мощности. Вместе с тем увеличение уровня централизации приводит к росту тепловых потерь при транспортировке теплоносителя. Поэтому крупные районные котельные оказываются неконкурентоспособными по сравнению с автономными источниками.

Резкое повышение эффективности районных котельных может быть достигнуто путем их реконструкции в мини-ТЭЦ, другими словами – путем дооснащения их электрогенерирующими агрегатами, переводом работы котельных в режим когенерации.

Известно, что эффективность работы когенерационных установок тем выше, чем большее число часов в году электроэнергия вырабатывается на базе теплового потребления. Круглогодичной тепловой нагрузкой в городах (без учета технологической нагрузки промышленных предприятий) является горячее водоснабжение. В связи с этим расчет мощности когенерационной установки (в системах централизованного теплоснабжения от котельных) на покрытие нагрузки горячего водоснабжения обеспечивает ее круглогодичную работу и, следовательно, наиболее эффективное использование. С другой стороны, удельные капитальные затраты на создание электрогенерирующих установок снижаются с увеличением их единичной мощности.

Поэтому для реконструкции котельных в мини-ТЭЦ в первую очередь целесообразно выбирать наиболее крупные из них с развитой нагрузкой горячего водоснабжения.

Существенное повышение эффективности работы городских ТЭЦ может быть достигнуто путем установки перед паротурбинной частью станции газовой турбины. Перевод работы паротурбинной ТЭЦ на парогазовый (бинарный) цикл повышает КПД по выработке электроэнергии с 35–40 до 50–52 %.

Устойчивая и эффективная работа системы централизованного теплоснабжения от городских ТЭЦ и районных котельных, преобразованных в мини-ТЭЦ, с пиковыми, работающими в автоматическом режиме теплоисточниками и автоматизированными тепловыми пунктами, невозможна без автоматизированной системы управления теплоснабжением. Поэтому создание АСУ является обязательным условием при реконструкции системы теплоcнабжения.

Децентрализованные системы MIRINE идеально подходят для вентиляции, отопления и охлаждения помещений с высокими потолками: складских и логистических комплексов, гипермаркетов, спортивных и производственных сооружений, ангаров технического обслуживания, торгово-выставочных залов и т.д.

Децентрализованные системы MIRINE представляют собой совокупность физически автономных рециркуляционных либо с подачей свежего воздуха агрегатов, работающих от внешнего источника холода или тепла относительно небольшой производительности, расположенных с определенной степенью равномерности по площади помещения непосредственно под потолком. Благодаря технологии вихревой подачи воздуха этот тип оборудования позволяет поддерживать оптимальные климатические параметры при максимальном снижении эксплуатационных энергозатрат.

Децентрализованные системы, обладая высокой адаптивностью, в наибольшей степени отвечают потребностям объектов большой площади и объема.

В то же время, как показывают расчеты, а также имеющийся практический опыт, децентрализованные системы более экономичны в эксплуатации, обеспечивая срок окупаемости капитальных дополнительных затрат в пределах 2-3 лет, после чего они начинают приносить чистую прибыль.

Вихревой диффузор AIR-DISTRIBUTOR с изменяемым углом разворота струи - основной компонент децентрализованных агрегатов MIRINE, обеспечивающий качество и эффективность воздухораспределения

Таким образом, воздухораспределитель AIR-DISTRIBUTOR является основным элементом любого децентрализованного вентиляционного агрегата MIRINE и выполняет роль дестратификатора. Система управления воздухораспределителя с помощью поворотных лопаток и встроенного электрического привода, непрерывно регулирует угол разворота лопаток, учитывая расход воздуха, высоту монтажа, а так же разницу температур подаваемого воздуха и воздуха в рабочей зоне.

При этом универсальная конструкция диффузора, систем управления подстраивается под любое помещение с высотой потолков от 6 до 30 м. Перепад температур по высоте в помещениях, где функционирует агрегат MIRINE составляет 0,1°C на 1м высоты. То есть при высоте помещения 10м - разница между температурами а рабочей зоне и в верхней части помещения составит всего 1°C.

Вихревой диффузор обеспечивает создание закрученной по окружности струи с зоной разряжения внутри (ядро разряжения). По мере удаления от среза сопла эффект закручивания усиливается за счет присоединения масс окружающего воздуха. На некотором расстоянии эффект закручивания превалирует над эффектом поджатия, возникшим за счет изначально сформированного ядра разрежения. В результате происходит «развал струи».

В вихревом диффузоре установлен электропривод, изменяющий угол разворота лопаток и, как следствие, закрученность струи. Благодаря этому автоматика поддерживает постоянной длину струи от среза диффузора до места «развала струи», изменяя угол поворота лопаток диффузора в зависимости от разницы температур в верхней и нижней зонах. Таким образом, обеспечивается постоянная дальнобойность струи и поддерживается комфортная скорость в рабочей зоне (0,1 - 0,2 м/с).

Преимущества децентрализованной вентиляции

• Отсутствие необходимости использования вытяжных и/или приточных воздуховодов.
• Существенно уменьшенные потери статического напора.
• Возможность реализации режимов подачи как нагретого, так и охлажденного воздуха.
• Отсутствие сквозняков (повышенной подвижности воздуха) в рабочей зоне.
• Снижение градиента температур по высоте помещения в режиме воздушного отопления.
• Возможность формирования различных микроклиматических зон в пределах заданных площадей одного строительного объема.
• Стабильность поддерживаемых микроклиматических параметров независимо от внешних динамических воздействий (открытия дверей и окон, ветровых нагрузок и т.д.)
• Высокая надежность работы системы в целом. В случае временного выхода из строя отдельного агрегата система продолжает функционировать, будучи интегрирована на верхнем иерархическом уровне управления. На период восстановительных работ адрес дефектного агрегата системным образом блокируется в общем списке с последующим снятием блокировки по завершении ремонта.
• Высокая энергетическая эффективность за счет улучшенных показателей организации воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла, что способствует сокращению сроков амортизации оборудования, благодаря низким эксплуатационным расходам
• Отсутствие необходимости использования приточных и вытяжных вентиляционных камер.
• Возможность осуществления монтажа без остановки основного технологического процесса.
• Возможность поэтапного оборудования системы вентиляции путем последовательного расширения как функциональных возможностей, так и обслуживаемых производственных площадей.

Сферы применения

Складские и логистические комплексы

Производственные помещения