Отопление: организация и технологии

Системы теплоснабжения играют весьма важную роль в социально-экономическом развитии северных стран. Большая часть территории России находится в крайне суровых климатических условиях. Трудно найти страну, превосходящую её по продолжительности и напряженности отопительного сезона. Поэтому энергетика и, в частности, системы отопления во многом определяют состояние промышленности и эффективности жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).

По данным историков, первая отопительная система – гипокауст – была создана еще в начале нашей эры в Древнем Риме. В качестве источников тепла выступали большие печи, от которых продукты горения, пройдя по каналам, проложенным под полом, удалялись через дымовые трубы. Топливом служило дерево, а впоследствии и уголь.

В XIX веке изобрели способ отопления, где теплоносителем была вода. Немного позднее открыли панельный и лучистый методы (большая часть тепла передается излучением от отопительных устройств, расположенных в полу, под потолком или в стенах). В сущности, принцип, заложенный в работе отопления любого типа, один и тот же: источник (котельная, ТЭЦ и т.д.) генерирует тепло, которое доставляется потребителю посредством какого-либо отопительного прибора. Только, в отличие от строителей античности, у современных теплотехников есть больший выбор в средствах и способах. О них сегодня и поговорим.

Системы отопления

Споры об эффективности и целесообразности централизованных, децентрализованных (местных) и автономных систем теплоснабжения ведутся по сегодняшний день. Для каждой системы есть своя область применения, особенно в специфических  условиях России, и особенно сегодня, когда государством стимулируется развитие малоэтажного строительства.

Между тем доля систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) в населенной части России составляет почти 70%. Столь широкое их применение вполне объяснимо. Как известно, системная организация СЦТ позволяет существенно экономить энергию, оптимизируя работу всех своих компонентов. За счет механизмов резервирования, дублирования, структурной взаимосвязанности повышается надежность энергоснабжения.

Но при этом нынешнее состояние СЦТ в России не выглядит оптимистичным. В частности, после развала Советского Союза образовался дисбаланс в энергетической системе, общая инфраструктурная неразбериха, повлекшая сбои в обслуживании и ремонте и т. д. Кроме того, тепловые сети и практически все энергооборудование устарело и физически, и морально. Как и много лет назад, сегодня КПД некоторых котельных не превышает 60%. Растет число аварий на теплотрассах.

В результате системы центрального теплоснабжения находятся сейчас в неком предкризисном состоянии. Возможно, поэтому все больше внимания уделяется децентрализованной и автономной организации отопления. В первом случае теплогенерирующие источники обслуживают отдельно взятые населенные пункты, и никаких связей между ними, как правило, нет. Такое построение теплоснабжения эффективно применяется в труднодоступных, удаленных регионах (например, в Якутии), однако в таких районах для повышения устойчивости и надежности энергообеспечения необходимо иметь повышенные резервы мощностей.

Автономное отопление присуще загородному малоэтажному строительству: каждый дом обладает собственной системой генерации и подачи тепла. Но в последнее время широко применяется и поквартирное отопление. В этом случае индивидуальное котельное оборудование устанавливается в каждой квартире. Такой способ теплоснабжения уже долгое время применяется в странах Европы, в Японии и некоторых других, однако все ещё вызывает много вопросов о своей приемлемости в социальных и климатических условиях РФ. В частности, в России печальной традицией стали неплатежи за газ и обслуживание котлов. Последнее, в свою очередь, не может не сказаться на безопасности.

Как видно, каждая из перечисленных систем имеет свои преимущества и недостатки, а также ареал применения, но технологически их уровень практически одинаков. В результате качество и техническое совершенство отопительного оборудования во многом определяет надежность, эффективность и экономичность любой системы. В конце концов трудности, с которыми столкнулись российские СЦТ, в немалой степени обусловлены именно отсутствием в их составе современной техники.

Устройство автоматики и приборов учета, применение современного котельного, насосного и другого оборудования должны многократно повысить эффективность СЦТ.

Кроме того, необходимо диспетчеризовать индивидуальные тепловые пункты (ИТП) - при наличии их в зданиях – и оптимизировать их взаимодействие с центральными тепловыми пунктами (ЦТП). Примером может служить опыт Дании, где доля централизованных систем отопления составляет порядка 60%.

Насколько же далеко продвинулись отопительные технологии, и что сегодня может предложить рынок для эффективного функционирования систем теплоснабжения?

Котел

Начнем с главного теплогенерирующего элемента – котла. Его изобрели приблизительно в XVIII веке. Первый отопительный котел работал на древесном и угольном топливе. С открытием газа и нефти, кроме твердотопливных, появились газовые и жидкотопливные устройства выработки тепла. Позднее изобрели комбинированный вариант, в котором можно сжигать любой вид топлива. По материалу теплообменника современные котлы делятся на стальные, чугунные и медные. Первые два типа наиболее распространены. Они могут быть настенного или напольного исполнения. К сегодняшнему дню КПД агрегатов заметно увеличился (с 50 до 97%). Улучшено вспомогательное оборудование, внедрены системы автоматизации и безопасности.

У нас в стране в основном используются газовые и жидкотопливные напольные котлы. Они высокоэффективны (КПД стандартных газовых котлов достигает порядка 95%, а формальный КПД (с учетом теплоты парообразования) конденсационных агрегатов (например, RENDAMAX) достигает 105%), экономичны, надежны и долговечны (срок службы - до 20 лет). Твердотопливные котлы не так распространены, поскольку их КПД несколько ниже (около 84%).

Одной из последних разработок является газогенераторный (или пиролизный) котел. Он работает на древесном топливе и торфе, но, в отличие от традиционного варианта, сжигание происходит с высокой эффективностью. При этом в дыме практически отсутствуют токсичные продукты горения.

В комбинированном котле после сжигания твердого топлива предусмотрен переход на газ или солярку, в зависимости от чего устанавливается соответствующий тип горелки. Кроме того, многие модели оснащаются системой электрического подогрева. После полного сжигания топлива она позволяет поддерживать требуемую температуру теплоносителя.

Практически все виды современных котлов имеют автоматические системы регулирования различных параметров. Они обеспечивают функции безопасности, управляют горелкой, задают и контролируют температурный режим. Увеличить эффективность работы агрегата позволяют микропроцессорные устройства управления. С их помощью можно регулировать температуру теплоносителя сразу в нескольких контурах отопления. Автоматика существенно облегчает обслуживание котла, оптимизирует его работу, не допуская «перетопов» и «недотопов», следит за жёсткостью воды, изменением давления и т.д.

Так, в современных газовых котлах предусмотрена электронная регулировка мощности (например, в котлах производства Viessmann, Baxi, Wolf, Buderus, De Dietrich). Это значит, что модуляция пламени горелки происходит непрерывно, оптимизируя работу оборудования и экономя топливо. Для поддержания комфорта в помещении можно подключить к котлу контролирующее систему отопления устройство. Такой контроллер (например, Clima Manager), как правило, представляет собой программирующее устройство, с помощью которого можно задать необходимые параметры работы оборудования, а также установить наиболее комфортный температурный режим  в помещении. В функции прибора входит также регулирование контура ГВС, проведение диагностики и определение неисправности узлов системы. Основные параметры работы и возможные неисправности отображаются на дисплее.

Трубы

Неотъемлемой частью систем теплоснабжения являются магистрали. По ним вода (130º С) от ТЭЦ поступает в контур теплообменников, где греет теплоноситель, который разводится по потребителям. В России большая часть таких трубопроводов изготовлена из стали (около 70%). Они были проложены много лет назад и с тех пор практически не реконструировались. По некоторым данным, более 40% линий, работающих в сфере ЖКХ, находятся в крайне изношенном состоянии и требуют замены.

Стальные трубы обладают очень высокой прочностью, пожаробезопасностью и, что очень важно для систем отопления, газовой герметичностью. Однако они коррозионно неустойчивы, из-за чего срок их эксплуатации невелик и составляет порядка 15 лет. Кроме того, стальные трубы отличаются трудоемкостью монтажа. Имея большую массу, они поставляются в виде относительно коротких отрезков, что приводит к значительному увеличению сварочных соединений. Так, по оценкам специалистов, на километре длины (при диаметре трубы 110 мм) требуется около 84 стыковочных узлов.

В число металлических изделий входят также чугунные и медные трубопроводы, однако в силу своих недостатков они не получили широкого распространения. Первые очень массивны, хрупки и сложны в монтажных работах. Вторые очень дороги и при массовом внедрении нерентабельны.

освещение строящихся зданий