Пофасадноерегулирование теплового режима здания, тепловые завесы
В холодныйпериод года в результате разницы внутренней и наружной температур происходитпередача теплоты из здания в окружающую среду. Передача теплоты осуществляется,с одной стороны, теплопередачей строительных конструкций, с другой стороны — засчет проникания воздуха через швы, стыки, неплотности окон, дверей истроительных конструкций. Эта теплота является потерянной (теплопотери).
Теплопотериздания зависят от:
· егогеометрических размеров;
· теплотехническихсвойств строительных конструкций;
· температурывнутреннего и наружного воздуха;
· воздухопроницаемостишвов, длины открывающихся частей окон и дверей.
В последнее время оченьмного говорят о несовершенстве принятой системы теплоснабжения с центральнымитепловыми пунктами (ЦТП), о больших потерях тепла и воды в разводящих сетях, онизкой эффективности установленного оборудования. Уже возникают «революционные»предложения сломать существующие ЦТП и вместо них в каждом доме построитьсобственный (индивидуальный) тепловой пункт — ИТП.
Система теплоснабжения сИТП позволяет более тонко отрегулировать тепловой режим каждого здания, повозможности ввести пофасадное регулирование, дифференцировать давление холоднойи горячей воды по разноэтажным зданиям, несколько упростить узлы зачетаэнергоресурсов, сократить общее количество разводящих трубопроводов. Но так ливелик выигрыш в сокращении расхода энергоресурсов, чтобы затевать коренную иочень дорогостоящую ломку сложившейся системы тепповодоснабжения?
Возьмем, к примеру,тепловой пункт в блочном исполнении (БТП). Это малогабаритный тепловой пункт,укомплектованный современным, в основном отечественным оборудованием, полностьюавтоматизированный, обеспеченный всеми приборами учета расхода тепла, воды,давления и температуры, подготовленный для передачи технологических икоммерческих параметров в любую диспетчерскую систему, допускающийдистанционное управление работой основного оборудования. Трудозатраты на монтажи эксплуатацию такого теплового пункта минимальны. Основное оборудование,установленное в БТП — пластинчатые (в основном, современные — паяные)теплообменники, бесфундаментные, при необходимости малошумные, насосы, шаровыекраны, высокоточная электронная и гидравлическая автоматика — строго рассчитанои подобрано в соответствии с присоединенной нагрузкой, собственные тепловыепотери минимальны. Все ЦТП, как блочные, так и сборные, с независимымприсоединением систем отопления, оснащены системой автоматическогорегулирования отпуска тепла. Температура теплоносителя подается в дома строго всоответствии с температурой наружного воздуха, во избежание гидравлическойразрегулировки магистральных тепловых сетей в систему введено ограничениемаксимального расхода сетевой воды. При необходимости автоматика позволяетввести программное регулирование (снижение температуры воды в ночные часы или внерабочие дни). Перерасходы тепла здесь практически отсутствуют. Если заменитьсуществующие системы регулирования индивидуальными, в каждом доме, тодополнительная, очень незначительная, экономия тепла может быть получена толькоза счет пофасадного регулирования в специальных зданиях с пофасадной(разделенной на север и юг) системой отопления. Одновременно потребуетсяудвоение средств автоматизации. В ЦТП более ранней постройки с зависимымприсоединением систем отопления для ликвидации осенне-весеннего «перетопа»успешно внедряется и эксплуатируется система автоматического регулированиязависимых систем отопления (САРЗСО). Система включает в себя смесительный насосс регулируемым электроприводом, регулятор температуры воды на отопление,регулятор располагаемого напора в систему отопления. В зимнее время системаотключена, и ЦТП работает в обычном режиме. В осенне-весенний период, когдатемпература наружного воздуха находится в пределах от 0 до +12°С, САРЗСОвключается, полностью обеспечивая расчетный температурный и гидравлическийрежимы в системах отопления. Расчетная экономия — 10-13% от годового расходатепла на отопление — полностью подтверждена экспериментальными работами. Такимобразом, замена системы регулирования в ЦТП на 5-10 систем регулирования в ИТПтакже не даст никакой дополнительной экономии отпуска тепла, но потребуетсущественных затрат па оборудование, монтаж и эксплуатацию средствавторегулирования, а во многих случаях — и прокладки новых тепловых сетей.Холодное водоснабжение на современных ЦТП обеспечивается моноблочными, восновном отечественными, хозяйственными насосами. Насосы строго подобраны всоответствии с расчетными расходами и напорами, давление воды на выходе из ЦТПрегулируется либо частотными преобразователями, либо высокоточнымиотечественными регуляторами давления. Обычно используются блочные насосныестанции, состоящие из двух насосов и щита управления с одним частотнымпреобразователем. Это и энергоэффективно, и малозатратно при внедрении иэксплуатации. Срок окупаемости за счет экономии электроэнергии и водысоставляет 1-2 года. Замена одной насосной станции в ЦТП на 5-10 станций в ИТПза счет учета разноэтажных зданий, очевидно, даст некоторую экономию расходаводы (но не электроэнергии), а капитальные и, особенно, эксплуатационныезатраты очень велики, потребуется применение малошумных насосов, перекладкаразводящих сетей холодного водоснабжения (к расходу холодной воды добавляетсярасход горячей воды), обслуживание насосов и частотных преобразователей. Прощеэту экономию получить за счет установки регуляторов давления в малоэтажныхзданиях. Наиболее уязвимым местом в системах тепловодоснабжения с центральнымитепловыми пунктами является коррозия разводящих сетей отопления и горячеговодоснабжения. Но в последние годы в Москве налажено производствонеподверженных коррозии гибких предизолированных тепловодопроводов«Изопрофлекс» из сшитого полиэтилена. Они рассчитаны на рабочую температуру до95°С, давление до 10 атм. и срок службы до 50 лет. Этим условиям отвечаютразводящие сети от ЦТП с независимым присоединением систем отопления. Ужесейчас проводимая в рамках капитального ремонта замена стальных разводящихсетей на пластиковые полностью снимает проблему их ремонта и обслуживания.
Исходя ихвышеизложенного, наиболее перспективным направлением дальнейшего развитиякоммунальной части теплоснабжения г. Москва представляется не многократноеувеличение тепловых пунктов за счет сноса существующих ЦТП и устройства на ихместе новых ИТП, а дальнейшая модернизация существующих ЦТП с переводом их нанезависимую схему отопления и устройством новых пластиковых теплопроводов.Расчеты показывают, что переход от циклического капитального ремонта ЦТП (1 разв 9 лет) к их модернизации не намного увеличивает стоимость работ, и онамногократно перекрывается четырехкратным увеличением срока службы тепловыхсетей.
Большаяэкономия тепла достигается от осуществления автоматической коррекции графикаподачи тепла на отопление в зависимости от отклонения внутренней температурывоздуха в зданиях от заданной. График регулирования температуры теплоносителя взависимости от изменения наружной температуры реализуется, если средняятемпература внутреннего воздуха, замеренная в контрольных квартирах, неотклоняется от нормальной (заданной), которая составляет 21 °С. В случаеотклонения от этой температуры график корректируется. При центральномрегулировании это позволяет, помимо поддержания заданной температуры воздуха,получать дополнительную экономию тепла за счет снижения его подачи приотсутствии ветра и частично учитывать теплопоступления с солнечной радиацией.
Посколькузавышение подачи тепла может не отразиться на температуре внутреннего воздуха,необходимо в процессе регулирования в зависимости от температуры наружноговоздуха изменять не температуру воды по заданному графику, а непосредственнорасход тепла, что позволит избежать ошибок из-за несоответствия фактических ирасчетных теплотехнических характеристик системы отопления. Параметры графикарасхода тепла определяются расчетом теплопотерь, инфильтрации и внутреннихтепловыделений в здании. Этот график, как правило, является линейным, чтооблегчает его реализацию путем поддержания разности температур теплоносителя вподающем и обратном трубопроводах.
Переход к ИТПпозволяет достичь еще большую экономию тепла за счет применения пофасадногоавтоматического регулирования отопления. Оно особенно эффективно приреконструкции существующих протяженных, многосекционных зданий, выполняемой беззамены системы отопления. По эквивалентному эффекту пофасадное регулирование неуступает решению авторегулирования с термостатами, но значительно дешевле покапитальным затратам, и не требует проведения сварочных работ в квартирах,необходимых при установке термостатов.
Длябесчердачных 5–9-этажных жилых домов строительства 50–70 годов XX векаосуществление пофасадного авторегулирования наиболее удобно, так как подающая иобратные магистрали проложены в подвале, и поэтому все сварочные работы дляпрокладки перемычек, объединяющих пофасадные ветки отдельных секций здания,выполняются только в подвале.
Подтверждениемэффективности пофасадного авторегулирования может служить практика примененияего в жилых зданиях, когда при температуре наружного воздуха – 5–8°С отоплениеосвещенного солнцем фасада автоматически отключалось не только на периодпопадания солнечных лучей в окна, но и на такое же время после, за счеттеплопоступлений от нагретых поверхностей стен и мебели. Важно, чтобы сигналомпофасадного авторегулирования служила температура внутреннего воздухаотапливаемых помещений – интегратор воздействия солнечной радиации,инфильтрации наружного воздуха и внутренних тепловыделений на тепловой режимздания.
Попыткаавтоматизировать пофасадно разделенные системы отопления без связи стемпературой внутреннего воздуха, ограничившись регулированием температурытеплоносителя в зависимости только от температуры наружного воздуха, дажеиспользуя датчик, освещаемый солнечными лучами, не только недостаточноэффективна, но и может привести к нарушению теплового режима здания. Во-первых,трудно найти подобие реакции изменения теплоотдачи системы отопления на степеньосвещения датчика наружной температуры солнечными лучами и, во-вторых,одновременно с освещением фасада солнцем может быть усиление ветра в сторонутого же фасада, что приведет к некомпенсируемому снижению температуры воздуха впомещениях, выходящих на этот фасад.
Регулированиетолько по внутренней температуре также нежелательно, так как это может привестик перерасходу тепла, например, когда в теплый период с появлением солнца из-заповышения внутренней температуры фасадная система отключилась, но температуравсе еще осталась повышенной, и жильцы дополнительно открывали форточки. Послезахода солнца температура воздуха понижалась и отопление возобновлялоось, но сувеличенным воздухообменом из-за открытых форточек. Поддержание заданногографика температуры теплоносителя в системе автоматизации с коррекцией потемпературе внутреннего воздуха выполняет роль лимитирования подачи тепла.
В новомстроительстве следует ориентироваться на оборудование отопительных приборовтермостатами, поскольку они повышают комфортные условия, позволяя жильцамудовлетворять свои индивидуальные запросы по поддержанию нужной температурывоздуха. Вертикальные однотрубные или двухтрубные системы отопления стермостатами могут быть дополнены пофасадным авторегулированием для повышениястабильности работы термостатов и расширения пределов регулирования, посколькупри освещении одного из фасадов солнцем будут отключаться не толькоотопительные приборы, но и стояк. Пофасадное авторегулирование при этомвыполняется без коррекции по внутренней температуре, а за счет регулированиятемпературы теплоносителя, подаваемого в фасадную систему отопления взависимости от температуры наружного воздуха, измеренной датчиком,расположенным на данном фасаде и открытым для освещения солнечными лучами.
Для измеренияпотребленного тепла на каждом отопительном приборе с термостатомустанавливается датчик испарительного типа или электронный, по показаниямкоторых расход тепла, измеренный домовым теплосчетчиком системы отопления,распределяется по каждой квартире. Следует отметить, что индивидуальноеизмерение количества потребленного тепла при наличии термостата на отопительномприборе должно быть обязательным, ибо оно стимулирует жителей к экономии тепла.Без этого измерения ничего не мешает жильцу увеличить воздухообмен в квартиресверх минимально требуемого по санитарным нормам, и это приведет не к экономии,которой ожидают от установки термостатов, а к перерасходу тепла.
В отличие отпофасадного центрального регулирования при индивидуальном существует опасность,что жильцы одной из соседних квартир могут уехать на некоторое время и с цельюэкономии установить термостаты на поддержание более низкой температуры воздуха.Расчеты показывают, что если выставлена, например, температура в 10°С, тотеплопотери смежных с этой квартирой комнат при средних зимних условияхвозрастают на 30–50 %. Это вызовет снижение температуры воздуха в этихкомнатах, если отсутствует соответствующий запас поверхности нагреваотопительных приборов, и неоправданное увеличение потребления тепла. Вероятно,для устранения этого недостатка следует, чтобы термостаты имели бы ограничениена снижение задаваемой температуры не ниже 16 °С, поскольку их основная задачаподдерживать температуру воздуха в помещении на комфортном (индивидуальном длякаждого жильца) уровне, полезно используя теплопоступления с солнечнойрадиацией, от внутренних тепловыделений, от сокращения инфильтрации наружноговоздуха и др.
Что жекасается теплового режима для рядового потребителя электроэнергии, то опытпоследних лет доказывает, что батареи становятся все холоднее. Все этоподталкивает к поиску альтернативных способов согреться. Один из наиболеедоступных вариантов — приобретение бытового нагревательного прибора. Внастоящее время на рынке представлено достаточно много разнообразных аппаратовбытового назначения. Несмотря на различные принципы устройства, к нимпредъявляются примерно одинаковые требования: эффективность, экономичность,комфортность и, по возможности, привлекательный дизайн. Одним их них являетсятепловая завеса.
Устроенатепловая завеса не сложно. Воздух, разгоняемый мощным вентилятором, проходитчерез нагревательный элемент, приобретая нужную скорость и температуру (какправило, не более 30-40 градусов Цельсия, чтобы не «ошпарить»человека, входящего с холодной улицы). В качестве нагревательного элементаобычно используется толстая электрическая спираль — тэн. Тэн хорош тем, что неразогревается до больших температур, а тепла дает много. Но иногда на завесахставят более тонкие и горячие спирали, как на тепловентиляторах. Сложногомонтажа электрозавеса не требует, ее просто «втыкают» в розетку, каккакой-нибудь кипятильник. Однако мощность тепловой преграды в этом случаеограничена возможностями проводки. У завес другого типа, водяных, вместоэлектрической спирали используется змеевик, подключаемый к системе центральногоотопления. Мощность водяного аппарата может быть очень большой, а эксплуатацияобходится в копейки. Есть завесы, которые вообще не имеют нагревательногоэлемента. Необходимый эффект достигается за счет плотности воздушного потока.Такие завесы, их называют воздушными, потребляют значительно меньшеэлектроэнергии, но годятся только для помещений, где нет дефицита тепла. Потипу установки завесы подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Первыеможно обнаружить на входе в метро, крупные магазины и учреждения, построенныееще при Царе Горохе. В таких системах нагретый воздух подается с боков.Вертикальные завесы импортного производства располагаются по бокам от дверногопроема и через расположенный в полу горизонтальный канал подают теплый воздухснизу. Однако наибольшее распространение получили горизонтальные тепловыезавесы, которые располагаются над дверным проемом и не занимают полезнойплощади. К тому же для перекрытия дверного проема они используют теплый воздух,который собирается под потолком, а потому экономят энергию необходимую для егоподогрева. При выборе тепловой завесы определяющее значение имеет размердверного проема. Чем выше дверь, тем большую скорость и интенсивностьвоздушного потока должна создавать завеса. Для простоты было введено понятие«эффективная высота установки» — это оптимальное расстояние от пола,на котором следует располагать завесу, чтобы она «дула», как надо.Если на высокий проем навесить устройство с небольшой «эффективнойвысотой», то холодный воздух легко пройдет через нижнюю часть дверного проема.Ничуть не лучше и слишком низкая установка — в этом случае возникаюттурбулентные потоки, приводящие к перерасходу тепла. Необходимо учитывать иширину дверного проема. Завеса окажется бесполезной игрушкой, если не будетперекрывать его весь — холодный воздух просто обойдет ее сбоку. Чтобы этого непроисходило, в слишком широкие проемы устанавливают по нескольку устройств вряд. Чтобы понять, какую тепловую мощность должна иметь завеса, приходитсяруководствоваться сразу несколькими факторами: важно обустройство входа впомещение (с тамбуром или без, двери вертушки и т.д.), количество посетителей,температура в холодное время года. Понятно, здесь лучше полностью доверитьсямнению специалиста. Если завеса установлена на большой высоте, пульт ДУ не будетлишним. В противном случае придется обзавестись лестницей-стремянкой, которуюпридется где-то хранить и чуть что таскать к месту установки прибора. Ну а еслипоток посетителей не слишком велик, стоит приобрести термостат. Оборудованнаяим завеса включится лишь тогда, если температура в помещении или тамбуре(смотря, где находится завеса) опустится ниже установленного значения.
Списокиспользованных источников
1. Барышев В., Трутаев В. Источникэнергии — в ее экономии // Белор. думка. 1997.
2. Герасимов В.В. Основныенаправления развития энергетики Республики Беларусь // Нестор-вестник-НВ. 1997.
3. Основы энергосбережения: Учеб.пособие / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. 2-е изд., стереотип. –Мн.: БГЭУ, 2002. – 198 с.
4. Самойлов М.В., Паневчик В.В.,Ковалев А.Н. Основы энергосбережения. Учебное пособие. Мн.: БГЭУ, 2002.
5. Стандартизация энергопотребления — основа энергосбережения / П.П. Безруков, Е.В. Пашков, Ю.А. Церерин, М.Б.Плущевский //Стандарты и качество. 1993.