|
| |
|
Главная -> Экология
Экономичные системы отопления. Переработка и вывоз строительного мусораКанев С.Н., Торопков С.А., Хабаровский центр энергоресурсосбережения В Хабаровске и Хабаровском крае, как и во многих других регионах Росси, преимущественно используются «открытые» системы теплоснабжения. Под «открытой» системой в термодинамике понимается система, обменивающаяся массой с окружающей средой, т.е. «неплотная» система. В данной публикации под «открытой» системой понимается система теплоснабжения, в которой система горячего водоснабжения (ГВС) подключена по «открытой» системе, т.е. с непосредственным водоразбором из трубопроводов системы теплоснабжения, а система отопления и вентиляции подключены по зависимой схеме присоединения к тепловым сетям. Открытые системы теплоснабжения имеют следующие недостатки: 1. Большие расходы подпиточной воды и, следовательно, большие затраты на водоподготовку. При данной схеме теплоноситель может использоваться как продуктивно (на нужды ГВС), так и непродуктивно: несанкционированные утечки. К несанкционированным утечкам относятся: - утечки через запорно-регулирующую арматуру; - утечки при повреждении трубопроводов; - утечки через стояки системы отопления (сбросы) при разрегулированных системах отопления и при недостаточных перепадах давления на элеваторных вводах; - утечки (сбросы) при ремонтах системы отопления, когда приходится полностью сливать воду и затем снова наполнять систему, а если выходные задвижки «не держат», то приходится «обесточивать» целый квартал или врезку. Пример – авария в ноябре 2001 г. в Хабаровске на микрорайоне Большая – Вяземская. Чтобы провести в одной из школ ремонт системы теплоснабжения, пришлось отключить целый квартал. 2. При открытой схеме ГВС потребитель получает воду непосредственно из тепловой сети. В этом случае горячая вода может иметь температуру 90оС и более и давление 6-8 кгс/см2, что приводит не только к перерасходу тепла, но и потенциально создает опасную ситуацию как для санитарного оборудования, так и для людей. 3. Неустойчивый гидравлический режим теплопотребления (один потребитель вместо другого). 4. Плохое качество теплоносителя, который содержит большое количество механических примесей, органических соединений и растворенных газов. Это приводит к уменьшению срока эксплуатации трубопроводов систем теплоснабжения из-за повышенной коррозии и к уменьшению их пропускной способности из-за «обрастания», что нарушает гидравлический режим. 5. Невозможность, в принципе, создания комфортных условий у потребителя при использовании элеваторных систем отопления. Необходимо ответить, что практически все тепловые пункты абонентов г. Хабаровска оборудованы элеваторным тепловым вводом. Главное достоинство элеватора – это то, что он не потребляет энергии на свой привод. Сложилось мнение, что элеватор имеет низкий КПД, и это было бы справедливо, если для его работы необходимо было бы расходовать энергию. На самом деле для работы смешения используется разность давлений в трубопроводах системы теплоснабжения. Если бы не элеватор, то пришлось бы дросселировать поток теплоносителя, а дросселирование – это потеря энергии. Поэтому применительно к тепловым вводам, элеватор – это не насос с низким КПД, а устройство для вторичного использования энергии, затраченной на привод циркуляционных насосов ТЭЦ. Также к достоинствам элеватора можно отнести то, что для его обслуживания не требуются высококвалифицированные специалисты, так как элеватор – это простое, надежное и непритязательное в эксплуатации устройство. Основной недостаток элеватора – это невозможность пропорционального регулирования тепловой мощности, так как при не изменяющемся диаметре отверстия соплового аппарата он имеет постоянный коэффициент смешения, а процесс регулирования предполагает возможности изменения этой величины. По этой причине на Западе элеватор отвергнут как устройство для тепловых пунктов. Отметим, что данный недостаток можно ликвидировать, если использовать элеватор с регулируемым соплом. Однако практика использования элеваторов с регулируемым соплом показала их низкую надежность при плохом качестве сетевой воды (наличие механических примесей). Кроме того, такие устройства имеют небольшой диапазон регулирования. Поэтому в г. Хабаровске эти устройства не нашли широкого применения. Другой недостаток элеватора – это ненадежность его работы при малом располагаемом перепаде давления. Для устойчивой работы элеватора необходимо иметь перепад давления от 120 кПа и более. Однако до настоящего времени в г. Хабаровске проектируются элеваторные узлы при перепаде давления 30-50 кПа. При таком перепаде нормальная эксплуатация элеваторных узлов, в принципе, невозможна и поэтому очень часто потребители с такими узлами работают на «сброс», что приводит к сверхнормативным потерям сетевой воды. Применение элеваторных узлов тормозит внедрение в системах теплоснабжения энергосберегающих мероприятий, таких как комплексное автоматическое регулирование параметров теплоносителя в здании и адекватную этим задачам конструкцию системы отопления, обеспечивающих точность и стабильность комфортных условий и экономичный расход тепла. Комплексное автоматическое регулирование включает в себя следующие базовые принципы: регулирование в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) или автоматизированных узлах управления (АУУ), обеспечивающих в соответствии с отопительным графиком изменение температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха; индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе при помощи термостата, обеспечивающего поддержание заданной температуры в помещении. Все вышеизложенное привело к тому, что, начиная с 2000 г., в г. Хабаровске начался масштабный переход от «открытых» зависимых систем теплоснабжения к «закрытым» независимым системам с автоматизированными тепловыми пунктами. Реконструкция системы теплоснабжения с применением энергосберегающих мероприятий и переходом от «открытых» зависимых систем к «закрытым» независимым системам позволит: - повысить комфортность и надежность обеспечения теплом за счет поддержания необходимой температуры в помещениях вне зависимости от погодных условий и параметров теплоносителя; - повысит гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения: гидравлический режим магистральных тепловых сетей нормализуется вследствие того, что автоматика не допускает сверхнормативного превышения потребления тепла; - получить экономию тепла в размере 10-15% за счет регулирования температуры теплоносителя в соответствии с температурой наружного воздуха и ночного снижения температуры в отапливаемых зданиях до 30% в переходный период отопительного сезона; - увеличить срок эксплуатации трубопроводов системы отопления здания в 4-5 раз, вследствие того, что при независимой схеме теплоснабжения во внутреннем контуре системы отопления циркулирует чистый теплоноситель, не содержащий растворенного кислорода и поэтому отопительные приборы и подводящие трубопроводы не забиваются грязью и продуктами коррозии; - резко уменьшить подпитку тепловых сетей и, следовательно, затраты на водоподготовку, а также повысить качество горячей воды. Применение независимых систем теплоснабжения открывает новые перспективы в развитии внутриквартальных сетей и внутренних систем отопления: использование гибких предизолированных пластиковых распределительных трубопроводов, имеющих срок службы около 50 лет, полипропиленовых труб для внутренних систем, штампованных панельных и алюминиевых радиаторов и т.п. Однако переход в Хабаровске к современным системам теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами поставил перед проектными и монтажными организациями, энергоснабжающей организацией, потребителями тепла ряд проблем таких как: Отсутствие круглогодичной циркуляции теплоносителя в магистральных тепловых сетях. Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения. Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения. Рассмотрим эти проблемы более подробно. Проблема №1 Отсутствие круглогодичной циркуляции в магистральных трубопроводах тепловых сетей. В Хабаровске магистральные трубопроводы системы теплоснабжения находятся под циркуляцией только в течение отопительного сезона: примерно с середины сентября до середины мая. В остальное время теплоноситель поступает по одному из трубопроводов: подающему или обратному, причем часть времени он подается по одному, а часть по другому трубопроводу. Это приводит к большим неудобствам и дополнительным затратам при внедрении энергосберегающих технологий в системах теплоснабжения, в частности, в системах горячего водоснабжения (ГВС). Из-за отсутствия циркуляции в межотопительном сезоне приходится использовать смешанную «открыто-закрытую» систему ГВС: «закрытую» в отопительном сезоне и «открытую» в межотопительном сезоне, что увеличивает капитальные затраты на монтаж и оборудование теплового пункта на 0,5-3%. Проблема №2. Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения зданий. В доперестроечный период развития нашего государства правительством была поставлена задача по экономии металла. В связи с этим началось массовое внедрение однотрубных нерегулируемых систем отопления, что было обусловлено более низкими (по сравнению с двухтрубными) металлозатратами, затратами на монтаж и более высокой теплогидравлической устойчивостью в многоэтажных зданиях. В настоящее время при вводе новых объектов в городах России, таких как Москва и Санкт-Петербург, а также на Украине в целях энергосбережения обязательно применение терморегуляторов перед нагревательными приборами, что фактически, за незначительным исключением, предопределяет проектирование двухтрубных систем отопления. Поэтому широкое распространение однотрубных систем при оснащении каждого отопительного прибора термостатом потеряло смысл. В регулируемых системах отопления при установке термостата перед нагревательным прибором двухтрубная система отопления оказывается высокоэффективной и обладающей повышенной гидравлической устойчивостью. При этом расхождения по металлозатратам по сравнению с однотрубными находятся в пределах ±10%. Следует также отметить, что за рубежом однотрубные системы отопления практически не применяются Схемы двухтрубных систем могут быть различными, однако наиболее целесообразно применять независимую схему, так как при применении терморегуляторов (термостатов) зависимая схема ненадежна в эксплуатации из-за низкого качества теплоносителя. При незначительных отверстиях в термостатах, измеряемых миллиметрами, они быстро выходят из строя. В [1] предлагается применять однотрубные системы отопления с терморегуляторами только для зданий не более 3-4 этажей. Там же отмечается нецелесообразность применения в системах отопления с терморегуляторами чугунных нагревательных приборов, так как в процессе эксплуатации из них вымываются формовочная земля, песок, окалина, которые забивают отверстия терморегуляторов. Применение независимых схем теплоснабжения открывает новые перспективы: использование полимерных или металлополимерных трубопроводов для внутренних систем, современных нагревательных приборов (алюминиевые и стальные нагревательные приборы со встроенными терморегуляторами). Следует отметить, что двухтрубная система отопления, в отличие от однотрубной, требует обязательной наладки с использованием специального оборудования и высококвалифицированных специалистов. Необходимо отметить, что даже при проектировании и монтаже автоматизированных тепловых пунктов с погодным регулированием в г. Хабаровске до настоящего времени проектируются и внедряются только однотрубные системы отопления без терморегуляторов перед отопительными приборами. Причем эти системы гидравлически разбалансированы, а иногда настолько (например, детский дом по ул. Ленина), что для того, чтобы поддерживать нормальную температуру в здании, концевые стояки работают «на сброс» и это при независимой схеме отопления! Хочется верить, что недооценка важности балансировки гидравлики систем отопления связана просто с отсутствием необходимых знаний и опыта. Если Хабаровским проектировщикам и монтажным организациям задать вопрос: «Нужно ли проводить балансировку колес автомобиля?», то последует очевидный ответ: «Несомненно!» Но почему же тогда балансировка системы отопления, вентиляции и ГВС не считается необходимым делом. Ведь неправильные расходы теплоносителя приводят к неправильным температурам воздуха в помещении, плохой работе автоматики, шумам быстрому выходу из строя насосов, неэкономичной работе всей системы. Проектировщики полагают, что достаточно провести гидравлический расчет с подбором труб и при необходимости шайб, и проблема будет решена. Но это не так. Во-первых, расчет имеет приближенный характер, а, во-вторых, при монтаже возникает масса дополнительных неконтролируемых факторов (чаще всего монтажники просто не устанавливают дроссельные шайбы). Существует мнение [2], что гидравлику систем отопления можно увязать с помощью расчета настроек термостатических клапанов. Это тоже неверно. Например, если по каким-либо причинам через стояк не проходит достаточное количество теплоносителя, то термостатические клапаны будут просто открыты, а температура воздуха в помещении при этом будет низкой. С другой стороны, при перерасходе теплоносителя может возникнуть ситуация, когда открыты форточки и термостатические клапаны. Все вышесказанное абсолютно не умаляет необходимости и важности установки перед отопительными приборами термостатических клапанов, а лишь подчеркивает, что для их хорошей работы необходима балансировка системы. Под балансировкой системы понимается наладка гидравлики, чтобы каждый элемент системы: радиатор, калорифер, ветвь, плечо, стояк, магистраль – имели проектные расходы. При этом определение и выставление настроек термостатических клапанов является частью процесса наладки. Как было указано выше, в г. Хабаровске проектируются и монтируются только гидравлически разбалансированные однотрубные системы отопления без термостатов. Покажем на примерах новых, вводимых в эксплуатацию объектах к чему это приводит. Пример 1. Детский дом №1 по ул. Ленина. Введен в эксплуатацию в конце 2001г. Система ГВС закрытая, а система отопления однотрубная, без термостатов, подключенная по независимой схеме. Проектировал – Хабаровскгражданпроект, монтаж системы отопления и ГВС – Хабаровское монтажное управление №1. Проектирование и монтаж теплового пункта – специалисты ХЦЭС. Тепловой пункт находится на техническом обслуживании в ХЦЭС. После запуска системы теплоснабжения выявились следующие недостатки: Система отопления не сбалансирована. В одних помещениях наблюдался перегрев: 25-27оС, а в других недогрев: 12-14оС. Это связано с несколькими причинами: для балансировки системы отопления проектировщики предусмотрели шайбы, а монтажники их не врезали, мотивируя это тем, что «все равно они засорятся через 2-3 недели»; отдельные отопительные приборы выполнены без замыкающих участков, их поверхность завышена, что приводит к перегреву отдельных помещений. Кроме того, для того чтобы обеспечить циркуляцию и нормальную температуру, в недогретых помещениях, концевые стояки работали на «сброс», что приводило к утечкам воды 20-30 т в сутки и это при независимой схеме!!! Система приточной вентиляции не работает, а это недопустимо, так как в здании установлены термостатические окна с низкой воздухопроницаемостью. По просьбе Заказчика специалисты ХЦЭС установили на стояках балансировочную арматуру и провели балансировку системы отопления. В результате этого температура в помещениях выровнялась и составила 20-22оС, подпитка системы сократилась до нуля, а экономия тепловой энергии составила около 30%. Наладка системы вентиляции не проводилась. Пример 2. Институт повышения квалификации врачей. Введен в эксплуатацию в октябре 2002. Система ГВС закрытая, система отопления однотрубная без термостатов подключена по независимой схеме. После запуска системы отопления были выявлены следующие недостатки: система отопления не сбалансирована, арматура для регулировки системы отсутствует (проектом даже не предусмотрены дроссельные шайбы). Температура воздуха в помещениях изменяется от 18 до 25оС, причем для того, чтобы довести температуру в угловых помещениях до 18оС пришлось увеличить расход тепла в 3 раза по сравнению с требуемым. То есть если теплопотребление здания уменьшить в три раза, то в большинстве помещений будет температура 18-20оС, но при этом в угловых помещениях температура не превысит 12оС. Эти примеры распространяются на все вновь введенные здания с независимыми схемами отопления в г. Хабаровске: цирк и гостиница цирка (в гостинице открыты форточки (перетоп), а в закулисной части холодно (недотоп), жилые дома по ул. Фабричной, ул. Дзержинского, терапевтический корпус Железнодорожной больницы и т.д. С проблемой №2 тесно сплетается проблема №3. Проблема №3. Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения. Как показывает наш трехлетний опыт, современные системы теплоснабжения зданий, выполненные с использованием энергосберегающих технологий, в процессе эксплуатации нуждаются в постоянном уходе. Для этого необходимо привлекать высококвалифицированных, специально обученных специалистов, используя специальные технологии и инструменты. Покажем это на примерах автоматизированных тепловых пунктов внедренных в г. Хабаровске. Пример 1. Тепловые пункты, не обслуживаемые специализированными организациями. В 1998 г. в г. Хабаровске было введено в эксплуатацию здание Хакобанка по улице Ленинградской г. Хабаровска. Система теплоснабжения здания была спроектирована и смонтирована специалистами из Финляндии. Оборудование использовано также финское. Система отопления выполнена по независимой двухтрубной схеме с термостатами, снабжена балансировочной арматурой. Система ГВС закрытая. Обслуживалась система специалистами банка. В первые три года эксплуатации во всех помещениях поддерживалась комфортная температура. Через 3 года пошли жалобы от жильцов отдельных квартир на то, что в квартире «холодно». Жильцы обратились в ХЦЭС с просьбой обследовать систему и помочь наладить «комфортный» режим. Обследование ХЦЭС показало: система автоматического регулирования не работает (вышел из строя погодный регулятор ECL), теплообменные поверхности теплообменника системы отопления засорились, что привело к уменьшению его теплопроизводительности примерно на 30% и разбалансировке системы отопления. Аналогичная картина наблюдалась на жилом доме по ул. Дзержинского 4, где современная система теплоснабжения обслуживалась силами жильцов. Пример 2. Тепловые пункты, обслуживаемые специализированными организациями. На сегодняшний день на обслуживании в Хабаровском центре энергоресурсосбережения находится около 60 автоматизированных тепловых пунктов. Как показал наш опыт эксплуатации, в процессе обслуживания таких узлов возникают следующие проблемы: очистка фильтров, установленных перед теплообменниками ГВС и отопления и перед циркуляционными насосами; контроль за работой насосов и теплообменного оборудования; контроль за работой автоматики и регулирования. Качество теплоносителя и, даже холодной воды, в г. Хабаровске очень низкое и поэтому постоянно возникает проблема очистки фильтров, которые установлены в первичном контуре теплообменников ГВС и отопления, перед циркуляционными насосами во вторичном контуре теплообменников. Например, при запуске в эксплуатацию в отопительном сезоне 2002/03г. блока жилых домов по переулку Фабричному, в каждом из которых был смонтирован ИТП, фильтр установленный в первичном контуре теплообменника отопления пришлось промывать 1-2 раза в день в течение первых 10-ти дней после запуска и затем, в последующие две недели, не менее одного раза в 2-3 дня. На здании цирка и гостиницы цирка в отопительном сезоне 2001/02г. пришлось промывать фильтр холодной воды 1-2 раза в неделю. Казалось бы, что очистка фильтра, установленного в первичном контуре, это рутинная операция, которую может выполнить неквалифицированный специалист. Однако, для очистки (проливки) фильтра необходимо на какое-то время остановить всю систему теплоснабжения, отключить холодную воду, отключить циркуляционный насос в системе ГВС и затем все это снова запустить. Также при отключении системы теплоснабжения для очистки фильтров желательно отключить, а потом перезапустить систему автоматики, чтобы при запуске системы теплоснабжения не возникало гидроударов. При этом если при отключении первичного контура системы ГВС не отключить вторичный контур по холодной воде, то из-за температурных расширений в теплообменнике ГВС может появиться «течь». Вторая проблема, которая возникает в процессе эксплуатации автоматизированных тепловых пунктов – это проблема контроля за работой оборудования: насосов, теплообменников, приборов учета и регулирования. Например, часто перед запуском после межотопительного периода циркуляционные насосы находятся в «сухом» состоянии, т.е. не заполнены сетевой водой, и их сальниковые уплотнения засыхают, а иногда даже прикипают к валу насоса. Поэтому перед запуском, чтобы избежать протечек сетевой воды через сальниковые уплотнения, необходимо насос несколько раз плавно прокрутить вручную. Также в процессе эксплуатации необходимо периодически следить за работой регулирующих клапанов, чтобы они не работали постоянно в режиме «закрыто» или «открыто», регуляторов давления, перепада давления и т.д., кроме того необходимо следить за изменением гидравлического сопротивления и теплопередающей поверхности теплообменников. Контролировать изменения гидравлического сопротивления и площади теплопередающей поверхности теплообменников можно регистрируя или периодически измеряя температуру теплоносителя в первичном и во вторичном контуре теплообменника и перепад давлений и расход теплоносителя в этих контурах. Например, в отопительном сезоне 2001/02г. в гостинице цирка через месяц после начала эксплуатации резко упала температура горячей воды. Исследования показали, что в начале эксплуатации расход теплоносителя в первичном контуре системы ГВС составлял составлял 2-3 т/час, а через месяц после начала эксплуатации он составлял не более 1 т/час. Это произошло из-за того что первичный контур теплообменника ГВС оказался забит продуктами сварки (окалиной), что привело к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению площади теплопередающей поверхности. После того, как теплообменник был разобран и промыт, температура горячей воды достигла нормы. Как показал опыт обслуживания современных систем теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами, в процессе их эксплуатации необходимо осуществлять постоянный контроль и вносить коррективы в работу систем автоматики и регулирования. В Хабаровске в последние 3-5 лет температурный график 130/70 не соблюдается: даже при температуре ниже минус 30оС температура теплоносителя на входе у абонентов не превышает 105оС. Поэтому специалисты ХЦЭС, обслуживающие автоматизированные тепловые пункты, на основе статистических наблюдений за режимом теплопотребления объектов перед началом отопительного сезона для каждого объекта вносят в контроллер свой температурный график, который затем корректируют в течение отопительного сезона. Проблема обслуживания автоматизированных тепловых пунктов тесно связана с отсутствием достаточного количества высококвалифицированных специалистов, которых целенаправленно не готовят в пределах Дальневосточного региона. В Хабаровском центре энергоресурсосбережения обслуживанием автоматизированных тепловых узлов занимаются специалисты – выпускники кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Хабаровского государственного технического университета, прошедшие обучение на фирмах-изготовителях оборудования (Данфос, Альфа-Лаваль и т.д.). Отметим, что ХЦЭС является региональным сервисным центром фирм-поставщиков оборудования для автоматизированных тепловых пунктов, таких как: Данфос (Дания) – поставщик контроллеров, термодатчиков, регулирующих клапанов и т.д.; Вило (Германия) - поставщик циркуляционных насосов и насосовой автоматики; Альфа-Лаваль (Швеция-Россия) – поставщик теплообменного оборудования; ТБН «Энергосервис» (Москва) – поставщик теплосчетчиков и пр. В соответствии с соглашением о сервисном партнерстве, заключенном между ХЦЭС и фирмой Альфа-Лаваль, ХЦЭС проводит работы по обслуживанию теплообменного оборудования фирмы Альфа-Лаваль, используя для этого персонал, прошедший обучение в сервисном центре Альфа-Лаваль, и используя для этих целей только разрешенные к эксплуатации Альфа-Лаваль оригинальные запасные части и материалы. В свою очередь Альфа-Лаваль поставило ХЦЭС оборудование, инструмент, расходные материалы и запасные части, необходимые для обслуживания пластинчатых теплообменников компании Альфа-Лаваль, провело обучение специалистов ХЦЭС в своем сервисном центре. Это позволяет ХЦЭС осуществлять разборную и безразборную промывку теплообменников непосредственно у потребителей в г. Хабаровске. Поэтому все вопросы, связанные с эксплуатацией и ремонтом оборудования автоматизированных тепловых пунктов, решаются на месте - в г. Хабаровске. Отметим также, что в отличие от других фирм, занимающихся внедрением автоматизированных тепловых пунктов, ХЦЭС устанавливает более дорогое, но более надежное и более качественное оборудование (например, разборные, а не паянные теплообменники, насосы с сухим, а не мокрым ротором). Это гарантирует надежную работу оборудования в течение 8-10 лет. Использование же дешевого, но менее качественного оборудования не гарантирует бесперебойную работу автоматизированных тепловых пунктов. Как показывает наш опыт, а также опыт других фирм [3], это оборудование выходит из строя, как правило, через 2-3 года и потребитель начинает ощущать тепловой дискомфорт (см., например, пример 1 из проблемы № 3). Тепловые испытания теплообменников, проведенные в г. Санкт-Петербурге [3], показали: - снижение тепловой эффективности теплообменного аппарата составляет после первого года 5%, после второго – 15%, после третьего более 25 %, после четвертого – 35 %, а после пятого – 40-45%; - снижение теплопроизводительности аппарата и коэффициента теплопередачи связано с загрязнением поверхности теплообмена как со стороны первичного контура, так и со стороны вторичного контура; эти загрязнения проявляются в виде отложений, причем со стороны первичного контура отложения имеют коричневый цвет, а со стороны вторичного – черный; - коричневый цвет отложений определяется в основном окислами железа, которые образуются в сетевой воде из-за коррозии внутренней поверхности трубопроводов теплотрасс; данные загрязнения со стороны первичного контура легко удаляются с помощью мягкой тряпки под струей теплой воды; - черный цвет отложений вторичного контура определяется, в основном, органическими соединениями, которые в большом количестве находятся в воде вторичного контура, которая циркулирует по замкнутому контуру системы отопления здания и не подвергается никакой очистке; удалить отложения со стороны вторичного контура тем же способом, что и с первичного не удается, так как они являются не рыхлыми, а плотными; для очистки теплообменных пластин со стороны вторичного контура приходилось пластины замачивать в керосине на 15-20 мин., а затем они протирались со значительными усилиями влажными тряпками, смоченными в керосине; - вследствие того, что биологические отложения, образующиеся на пластинах со стороны вторичного контура, имеют очень сильное сцепление (адгезию) с поверхностью металла, безразборная химическая промывка вторичного контура не дает удовлетворительных результатов. Дешевое оборудование, как правило, используют те внедренческие фирмы, которые не занимаются сервисным обслуживанием внедренного ими оборудования, так как для этого требуется иметь соответствующее оборудование и материалы, а также квалифицированный персонал, т.е. вкладывать значительные средства в развитие своей производственной базы. Поэтому потребитель находится перед выбором: - затратить минимум капвложений и внедрить дешевое оборудование (мокророторные насосы, паяные теплообменники и т.д.), которое через 2-3 года в значительной мере утратит свои свойства или придет в полную негодность; при этом эксплуатационные затраты на ремонт и поддержание оборудования после 2-3 лет резко возрастут и могут быть того же порядка, что и первоначальные вложения; - затратить максимум капвложений, внедрить надежное дорогостоящее оборудование (разборные теплообменники проверенных фирм, например. Альфа-Лаваль, сухороторные насосы с частотным приводом, надежную автоматику и т.д.) и за счет этого значительно снизить свои эксплуатационные расходы. Выбор остается за потребителем, но не надо забывать, что «скупой платит дважды». Резюмируя вышеизложенное можно сделать следующие выводы: 1. В Хабаровске в последние 2-3 года начался процесс перехода с устаревших «открытых» систем к современным «закрытым» системам теплоснабжения с внедрением энергосберегающих технологий. Однако чтобы ускорить этот процесс и сделать его необратимым, необходимо: 1.1. Переломить психологию Заказчиков, проектировщиков, монтажников и эксплуатационников, которая заключается в следующем: проще и дешевле внедрять устаревшие традиционные схемы теплоснабжения с однотрубными системами отопления и элеваторными узлами, которые не нуждаются в обслуживании и регулировке, чем создавать себе дополнительную боль и финансовые затруднения, переходя к современным системам теплоснабжения с системами автоматики и регулирования. То есть построить объект с минимумом капитальных затрат, затем передать его, например, муниципалитету, который должен будет выискивать средства на эксплуатацию этого объекта. В результате крайним снова окажется потребитель (гражданин), который будет потреблять «ржавую» воду из системы теплоснабжения, мерзнуть зимой от недотопа и страдать от жары в переходный период (октябрь, апрель) при перетопе, осуществляя форточное регулирование, что приводит к простудным заболеваниям из-за сквозняков. 1.2. Создать специализированные организации, которые бы занимались всей цепочкой: от проектирования и монтажа до пусконаладки и обслуживания современных систем теплоснабжения. Для этой цели необходимо проводить целенаправленную работу по подготовке специалистов в области энергосбережения. 2. При проектировании этих систем необходимо тесно увязывать между собой все элементы систем теплоснабжения: отопление, вентиляцию и ГВС, учитывая не только требования СНиПов и СП, но и рассматривая их под углом с точки зрения эксплуатационников. 3. В отличие от устаревших, традиционных систем, современные системы нуждаются в обслуживании, которое могут осуществлять только специализированные организации, имеющие специальное оборудование и высококвалифицированных специалистов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Павловский А.Е. О практике применения двухтрубных систем отопления// Инженерные системы. АВОК. Северо-Запад, №3, 2002г. 2. Лебедев Н.И. Балансировка гидравлики систем ОВК// АВОК, №5, 2002г. 3. Иванов А.Н. Опыт эксплуатации пластинчатых подогревателей в условиях г. Санкт-Петербурга// Новости теплоснабжения, №5, 2003г. Введение На создание комфортабельных условий обитания во многих общественных и промышленных зданиях (отопление и охлаждение) расходуется до 50% всей используемой в них энергии. Многие из используемых систем отопления, вентиляции и кондиционирования могут быть существенно улучшены, при этом потребление энергии может быть снижено на 10—50%. В настоящей главе рассматриваются потенциальные возможности повышения эффективности потребления энергии системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (СОВК), а также отдельные параметры окружающей среды (температура воздуха, приток инсоляционного тепла), от которых зависит рабочие характеристики СОВК. Комфортные условия в помещениях, где находятся люди, занятые различными видами деятельности, оцениваются в соответствии со строительными нормами и правилами. Чтобы дать более полное представление о процессах, происходящих при отоплении, кондиционировании и вентиляции, здесь изложены основные понятия о психрометрии (измерении параметров воздуха). Рекомендуемые методы повышения эффективности и экономичности СОВК можно разделить на три основные категории: изменение режима эксплуатации — мероприятия, которые могут быть произведены без сколько-нибудь значительных капитальных затрат, обеспечивая при этом экономию энергии и денежных средств; усовершенствование конструкции оборудования мероприятия, приводящие к повышению эффективнос и существующих систем и агрегатов; новые конструктивные решения — новые методы проектирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования, а также выбор более эффективного и экономичного оборудования. Эффективность использования отдельных элементов в активной системе будет зависеть от того, как они скомбинированы между собой и в каком режиме работают. Этот вопрос освещен в одном из разделов данной главы. Анализируются также и другие методы повышения производительности СОВК. К ним относятся: управление с помощью ЭВМ, аккумулирование тепловой энергии, утилизация сбросного тепла, использование солнечной энергии для отопления и кондиционирования. Упомянуты правила строительства и эксплуатации зданий, поскольку они в ряде случаев накладывают известные ограничения на выбор того или иного варианта СОВК и влияют на эффективность этих систем. При решении вопроса о том, действительно ли нужна модификация СОВК, следует исходить прежде всего из периода окупаемости средств, которые придется затратить на эту модификацию, и из того, дадут ли прибыль сделанные капиталовложения. В данной главе описаны разнообразные методы более эффективного использования энергии для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в существующих и новых зданиях. Приводятся также справочные сведения общего характера. Практически невозможно перечислить все методы повышения экономичности сов к, поэтому настоящая глава содержит лишь изложение основных принципов, которые представляются наиболее подходящими для практического осуществления. Каждое здание обладает соответствующими теплофизическими характеристиками и имеет особое назначение, что делает режим его эксплуатации единственным в своем роде. Подход, пригодный в одном конкретном случае, может оказаться абсолютно непригодным в других случаях, поэтому каждое здание следует рассматривать как отдельный случай. Информация, содержащаяся в этой главе, послужит отправной точкой и основой для анализа. Рассматриваются различные СОВК — от средних до крупных, которые можно встретить почти во всех общественных и промышленных зданиях. В рамках этой главы рассмотрены процессы активного обогрева зданий или, напротив, удаления из них излишнего тепла. Некоторые сведения общего характера Природная среда Природная окружающая среда представляет собой комплекс физических условий, которые в той или иной степени воздействуют на здание. Изменения параметров среды — температуры воздуха и его относительной влажности, солнечной радиации, скорости ветра — приводят к изменениям количества энергии, потребляемой в здании. Упрощенный метод оценки влияния внешней температуры на режим эксплуатации здания основан на использовании понятия «градусо-день». «Градусо-день отопления» определяется как разница между базовой температурой воздуха (+ 19°С) и среднесуточной температурой, если она ниже + 19°С. Температура + 19°С выбрана в качестве базовой потому, что при этой температуре количество тепла, выделяемого внутри типичного здания, приблизительно равно его потере в наружном воздухе. При этой температуре теоретически не требуется никакого обогрева или охлаждения здания. Например, средняя температура 16°С за какие-то определенные сутки будет соответствовать 3 градусо-дням, а средняя суточная температура 13°С будет соответствовать 6 градусо-дням; при этом нагрузка на систему отопления возрастает вдвое по сравнению с первым случаем. Отдельные градусо-дни, когда средняя суточная температура падает ниже +19°С, суммируются за весь год, и полученное число градусо-дней отопления используется при расчете потребности в тепловой энергии. Количество градусо-дней отопления в условиях США колеблется от нескольких сотен в штате Флорида до более чем 5500 в штате Миннесота. Количество градусо-дней охлаждения определяется подобным же образом для средних суточных температур, превышающих 19°С. Такая оценка может быть использована при определении величины теплопритока в здание вместе с воздухом, поступающим снаружи через систему вентиляции, но это ничего не говорит нам о нагрузке, приходящейся на систему кондиционирования, которая обусловлена солнечной радиацией, нагревом осветительных приборов и теплом, выделяемым людьми. Чтобы определить общее количество энергии, требуемой для охлаждения помещений, необходимы более детальные расчеты. Климатические условия в летнее время обычно характеризуются количеством часов в году, в течение которых требуется кондиционирование. Для более точных расчетов воздействия климатических условий на потребление энергии в зданиях можно применить ЭВМ; чтобы повысить точность расчетов, в некоторых машинных программах используются почасовые метеорологические сводки за целый год. Ветровой режим существенно влияет на приток и потери тепла через наружные ограждающие конструкции здания. Эффективная теплопроводность слоя воздуха, окружающего здание, возрастает с увеличением скорости ветра. Обычно при расчетах берется средняя скорость ветра летом или зимой. Солнечная радиация является еще одним важным климатическим параметром, влияющим на потребление энергии в зданиях. Инсоляционное тепло может использоваться в активных СОВК (об этом говорится в настоящей главе) и в пассивных системах, которые могут быть предусмотрены в виде архитектурных элементов здания. Искусственный микроклимат До тех пор пока потребление энергии не стало решающим фактором, СОВК в зданиях проектировались с целью поддержания температуры и влажности на точно определенном уровне; это приводило к увеличенному расходу энергии по сравнению с системами прежних выпусков, которые позволяли регулировать температуру и влажность воздуха в более широких пределах. Диапазон комфортных условий, принятый в настоящее время, расширился. Наиболее полно учтены эти изменения в новом стандарте АSНRАЕ 90-75. Стандарт рекомендует принять за расчетные значения при проектировании зданий температуру в помещении, равную 22°С зимой и 25,5°С летом, и требует, чтобы максимальная относительная влажность воздуха не превышала 30%. Если в здании установлены осушители воздуха, они должны быть отрегулированы так, чтобы не расходовалась дополнительная энергия для поддержания влажности ниже уровня 60%. В стандарте АSНRАЕ 62-73 требования к вентиляции были определены как «минимальные» и «рекомендуемы для проектирования». Стандартом АSНRАЕ 90-75 предусматриваются только «минимальные» требования. Объем воздуха, подаваемого извне, должен составлять 33 % общего объема вентилируемого воздуха или 15% там, где установлено оборудование для удаления вредных газов либо неприятных запахов, но он ни в коем случае не должен превышать 8,5 м3/ (ч.чел). Измерения влажности Психрометрия — это методика количественного определения термодинамических параметров воздуха. Основным средством для расчета является психрометрическая диаграмма (номограмма). По осям координат отложены значения температуры, измеренной сухим термометром, и удельной влажности (в 1 кг воды на 1 кг сухого воздуха). Диагональные прямые представляют собой температуру, измеренную смоченным термометром, и теплосодержание воздуха (с небольшими отклонениями). Кривые линии показывают относительную влажность. при этом ипользовались следующие термины и определения: температура по сухому термометру температура воздуха, измеренная стандартным термометром; температура по смоченному терометру — температура воздуха, измеренная термометром, шарик которого покрыт влажным батистом и омывается быстрым потоком воздуха; температура точки росы — температура, при которой начинается конденсация влаги в процессе охлаждения воздуха; относительная влажность — отношение фактической упругости водяного пара, содержащего в воздухе, к упругости насыщенного водяного пара при той же температуре; удельная влажность (содержание влаги) — масса водяного пара, кг, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха; энтальпия (теплосодержание) — термическое свойство, обозначающее количество тепла, которое содержится в воздухе сверх произвольно заданной величины, в кДж/кг сухого воздуха; масса сухого воздуха — основа всех психрометрических расчетов. Остается на неизменном уровне при любых психрометрических процессах. Температуры сухого и смоченного термометров и точки росы и относительная влажность связаны между собой, так что если две величины известны, можно определить третью. Когда воздух насыщен влагой, температуры сухого и смоченного термометра, а также точки росы равны и относительная влажность составляет 100%. Четыре основных психрометрических процесса, происходящие при работе систем отопления, вентиляции и кондиционирования, — это нагрев и охлаждение воздуха, осушение воздуха, его увлажнение и перемешивание. Следует отметить, что с изменением температуры сухого термометра изменяются температура смоченного термометра и энтальпия, а температура точки росы остается неизменной. Осушение воздуха производится путем его охлаждения до тех пор, пока не будет достигнута 100%-ая относительная влажность. Если продолжать охлаждение воздуха, то влага, содержащаяся в нем, начнет конденсироваться. Увлажнение, которое происходит в камере для промывки воздуха, является постоянным изоэнтальпическим процессом, контролируемым с помощью смоченного термометра. По мере испарения воды в воздух температура, определяемая по сухому термометру, падает, относительная влажность возрастает, а энтальпия остается прежней. В этом и заключается основной принцип действия испарительного охладителя. При работе СОВК часто происходит смешивание воздуха (подаваемого и возвратного). Оборудование В этом разделе рассмотрены вкратце некоторые методы усовершенствования оборудования, применяемого в СОВК. Эти методы позволяют повысить эффективность наиболее распространенных видов оборудования. Усовершенствования могут быть разделены на три основные категории: изменение режима эксплуатации; усовершенствование конструкции; внедрение новой конструкции. Вентиляторы Работа любой СОВК в определенной степени связана с движением воздуха. Энергия, необходимая для принудительного перемещения воздуха, может составлять значительную часть всей потребляемой энергии. Это наблюдается главным образом при наступлении умеренно теплой погоды, когда нагрузка на отопительные и кондиционирующие устройства падает, а распределительные системы продолжают работать с прежней производительностью. Изменения режима эксплуатации. Внесение незначительных изменений в режим работы вентиляторов может дать экономию электроэнергии. Примеры подобных изменений — отключение мощных вентиляторов на периоды, когда в здании находится относительно немного людей, или остановка вентилятора за полчаса до того, как будет закрыто помещение. Способы регулирования рабочего режима зависят от конструктивных особенностей вентиляторов. Иногда для этого приходится применять довольно сложные устройства. Усовершенствование конструкции. Производительность вентиляционной системы здания зависит обычно от максимальной нагрузки на отопительные и кондиционирующие системы. Эта нагрузка за последнее время уменьшается благодаря снизившимся требованиям к допустимой температуре воздуха, менее яркому искусственному освещению, пересмотру понятий о приемлемом уровне комфорта. В результате появилась возможность уменьшить интенсивность вентиляции во многих общественных зданиях. Работа системы вентиляции протекает в соответствии с определенными закономерностями, которые мы здесь вкратце опишем. При исследовании режима работы вентилятора предполагается, что плотность воздуха, мощность вентилятора и параметры распределительной системы — постоянные величины. Частота вращения крыльчатки N является важнейшей переменной величиной для всех типов вентиляторов. Скорость потока воздуха через вентилятор Q прямо пропорциональна скорости вращения крыльчатки. Для вентилятора, частота вращения которого изменяется от значения N1 до значения N2, эту зависимость можно выразить следующим образом: Q2 = N2/N1 Q1. Давление воздуха Р, создаваемое вентилятором (статическое или общее), изменяется прямо пропорционально квадрату частоты вращения крыльчатки. Мощность, необходимая для приведения в действие вентилятора, Н изменяется прямо пропорционально кубу частоты вращения. Отсюда можно сделать вывод, что если, например, потребуется увеличить количество воздуха, нагнета емого через данную распределительную систему (каналы определенного сечения, заслонки и т. п.), в 2 раза, то мощность вентилятора нужно будет увеличить в 8 раз. Следовательно, если поток воздуха сократить наполовину, потребляемая мощность уменьшается до 1/8 поминального значения. Даже при незначительном уменьшении интенсивности воздушного потока (допустим, на 10%) потребление энергии сокращается на 27%. Немаловажную роль в экономии энергии играет метод, при помощи которого достигается уменьшение интенсивности воздушного потока. Экономия становится максимальной, если мощность электродвигателя в точности соответствует требуемой. Расход электроэнергии можно также уменьшить, например, просто сменив шкивы ременной передачи, чтобы вентилятор вращался с желаемой частотой; в этом случае будет действовать упомянутый закон кубической зависимости. КПД существующих вентиляторных электродвигателей имеет тенденцию к уменьшению, когда нагрузка падает ниже 50%. Если необходимо, чтобы объем подаваемого воздуха был переменным, этого можно достичь регулированием количества всасываемого воздуха, использованием многоскоростного вентиляторного двигателя, применением вентиляторов с изменяющимся углом поворота лопастей, введением циклического режима работы вентиляционной системы. При изменении конструкции вентилятора наибольшая экономия энергии будет обеспечена в результате установки многоскоростного электродвигателя либо использования лопастей с изменяющимся углом поворота. Внедрение новой конструкции Параметры, на основе которых создается новая конструкция вентилятора, аналогичны параметрам, учитываемым при усовершенствовании существующих вентиляторов. Желательно по возможности сделать интенсивность вентиляции переменной, с таким расчетом, чтобы она снижалась по мере уменьшения тепловой нагрузки на вентиляционную систему. Подобный режим вентиляции используется во внутренних зонах здании. Иногда приходится выбирать между возможностью экономии энергии за счет более медленного вращения вентилятора и необходимостью затраты дополнительной энергии на охлаждение воздуха. Сделать этот выбор не так просто, и решение зависит от конкретных условий в каждом отдельном случае. Насосы Насосы применяются в различных СОВК для подачи охлажденной воды или горячей воды в системы отопления, используются в конденсационных установках. Они представляют собой еще одну группу элементов оборудования, на долю которых приходится значительная часть энергии, потребляемой СОВК, особенно при малых нагрузках на систему. Регулирование режима эксплуатации При эксплуатации средних и крупных СОВК часто пренебрегают возможностями регулирования работы насосов, хотя это могло быт дать значительную экономию энергии. Типичный пример — использование трех охладителей там, где было бы вполне достаточно одного в течение значительной части года. Два насоса охлажденной воды, работающие параллельно, запроектированы на максимальную нагрузку трех охладителей. Даже если включен только один охладитель, два насоса все равно прокачивают воду через три охладителя. При помощи ручного регулирования можно сделать так, чтобы вода перекачивалась только через один охладитель, а один насос был отключен. Следует проверять все системы, чтобы удостовериться в том, что при нормальной нагрузке, приходящейся на них, включаются лишь те насосы, которые действительно необходимы. Усовершенствование конструкции При работе насоса справедливы те же физические законы, что и при работе вентилятора; основную роль играет кубическая зависимость потребляемой энергии от расхода воды через данную систему. Слегка уменьшив расход воды, можно сэкономить значительное количество энергии. Расход воды можно уменьшать в тех системах, к которым предъявляются пониженные требования по части выработки тепла или холода. Простейший способ — подрезка лопастей центробежного насоса. Однако прежде чем это сделать, необходимо ознакомиться с рабочей характеристикой насоса, так как его КПД является функцией диаметра лопастного колеса, расхода воды и увеличения давления. Нужно удостовериться в том, что после подрезки лопастей насос сохранит свой КПД и будет работать в оптимальном режиме. По своему экономическому эффекту подрезка лопастей приблизительно эквивалентна замене шкивов ременной передачи вентилятора — в этом случае экономия энергии будет также находиться в кубической зависимости от уменьшения мощности. Другим распространенным методом уменьшения расхода воды является установка редукционного клапана, снижающего давление. По своим результатам это аналогично применению дроссельной заслонки. Использование редукционного клапана связано с расходом дополнительной энергии. Внедрение новой конструкции В условиях переменной нагрузки на системы отопления и кондиционирования, что характерно для большинства СОВК, можно применять более эффективные устройства, чем обычный насос постоянной производительности. Один из вариантов установка нескольких насосов, с таким расчетом, чтобы насос меньшей производительности работал в периоды малой нагрузки, а второй насос, обладающий более высокой производительностью, включался только тогда, когда нагрузка на первый насос становится слишком большой для него. В этом состоит усовершенствование конструкции системы; при этом второй насос может рассматриваться как резервный. Другой метод заключается в установке насосов с регулируемой частотой вращения. Хотя стоимость их выше, они обладают большим КПД по сравнению с обычными насосами. Экономическую целесообразность этого (или подобного этому) изменения конструкции СОВК можно определить путем подсчета числа часов, в течение которых система работает с разными нагрузками. Соединив параллельно два насоса с регулируемым числом оборотов, можно добиться значительного повышения КПД (до 50%). Анализ подобной схемы позволит определить, какая из насосных установок является наиболее эффективной для применения в существующих или новых СОВК. Большинство современных водяных систем (таких, например, как системы циркуляции охлажденной воды или системы водяного отопления) устроено так, что в каждом змеевике для регулирования количества протекающей по нему воды имеются трехходовые вентили. Вследствие этого по системе насосами перекачивается постоянное количество воды, хотя при малых нагрузках циркуляцию воды можно было бы значительно уменьшить. Более рациональным конструктивным решением является установка двухходового регулирующего вентиля в каждом змеевике и использование насоса с переменной производительностью. Благодаря этому в системе будет находиться ровно столько воды, сколько нужно для создания микроклимата в помещениях при данной нагрузке на СОВК. Охладители воды Эти устройства потребляют больше энергии, чем любые другие элементы СОВК. В них охлаждается вода, которая была использована для отбора лишнего тепла из помещения и подаваемого в него наружного воздуха. Эффективность всей системы зависит от того, насколько оптимизированы рабочие характеристики охладителя воды. В общественных и промышленных зданиях довольно часто применяются охладители воды двух основных типов механические и абсорбционные. Принцип действия механического охладителя состоит в том, что понижение температуры воды происходит в результате испарения жидкого холодильного агента (например, фреона), который подвергается сжатию в компрессоре, после этого -—- охлаждению в конденсаторе, а затем поступает в испаритель через регулирующее дроссельное устройство (капиллярную трубку) и там испаряется при низкой температуре. В абсорбционном охладителе смесь воды и холодильного агента закипает при низком давленин в результате поглощения воды концентрированным раствором бромистого лития. Три наиболее распространенные модели механического охладителя воды обладают одинаковыми термодинамическими свойствами, но в них установлены разные компрессоры. Поршневой и винтовой компрессоры осуществляют принудительную подачу холодильного агента. В центробежном охладителе воды для сжатия паров холодильного агента используется крыльчатка, вращающаяся с большой скоростью. Все эти охладители должны отдавать тепло, которое выделяется из воды в специальные теплоприемники, расположенные за пределами здания. Иногда для этой цели применяются воздушные конденсаторы, но особо крупные оохладители воды оборудуются установками башенного типа, в которых вода охлаждается за счет испарения. По сравнению с воздушными конденсаторами башенные охладительные установки обладают тем преимуществом, что тепло отводится в среду с более низкой температурой, поскольку температура воды близка к температуре окружающего воздуха, измеренной по смоченному термометру, в то время как охлаждение воды в воздушном конденсаторе происходит при температуре воздуха, измеренной по сухому термометру. Это приводит к повышению температуры конденсации, вследствие чего уменьшается КПД охладителя воды. Воздушные конденсаторы применяются потому, что они требуют гораздо меньшего ухода, чем установки башенного типа. Машинное охлаждение может осуществляться также при помощи установок с непосредственным испарением холодильного агента. Эти установки сходны по конструкции с охладителями воды; различие состоит только в том, что здесь происходит непосредственное охлаждение воздуха, без участия охлажденной воды в качестве холодоносителя. Отпадает необходимость в насосах для охлажденной воды, уменьшаются потери КПД, вызываемые теплопередачей от воздуха к воде и от воды к воздуху. Установки непосредственного охлаждения следует располагать не слишком далеко (не далее 30 м) от каналов для воздуха, подлежащего кондиционированию, поэтому размеры установок приходится уменьшать до такой степени, чтобы установка обслуживала только одну камеру обработки воздуха. Мощный центральный охладитель может обслуживать несколько камер, находящихся на большом расстоянии от него. Если камеры обработки воздуха расположены близко друг от друга, использование установки непосредственного охлаждения дает больший эффект. С точки зрения первого закона термодинамики компрессионный охладитель обладает более высоким КПД. На 1 кВт.ч электроэнергии, потребляемой компрессором, приходятся 3,5 кВт.ч, или 3024 ккал/ч тепловой энергии, отводимой холодильным агрегатом из окружающей среды. (Эти 3024 ккал/ч соответствуют так называемои тонне охлаждения , принимаемой за единицу холодопроизводительности.) Для выработки этого количества электроэнергии требуется около 10,8 Мдж, или 370 г условного топлива. Чтобы получить то же количество холода абсорбционным методом, потребуется примерно 30,1 Мдж (или несколько более 1 кг условного топлива), если принять КПД системы производства пара за 70%. При давлении пара 8,8 кг/см2 с помощью комбинированной холодильной установки, состоящей из турбокомпрессора и абсорбционного холодильного агрегата, можно обеспечить такую же холодопроизводительность, затратив тепловую энергию в количестве 18 Мдж (610 г условного топлива) с тем же КПД системы производства пара. Эффективность процесса абсорбционного охлаждения оценивается несколько по-иному. Для одноступенчатого холодильного агрегата требуется источник тепла, создающий температуру около 100°С. Если нагрев может быть обеспечен не за счет прямого сжигания топлива, а путем, например, утилизации сбросного тепла, то применение абсорбционного метода может дать значительные преимущества. Однако утилизация сбросного тепла при такой температуре обычно требует капиталовложений и дополнительных эксплуатационных расходов. Изменения режима эксплуатации Механический охладитель работает по тому же принципу, что и тепловой насос. Он предназначается для удаления тепла из помещений с низкой температурой воздуха и рассеивания этого тепла в наружной атмосфере, имеющей более высокую температуру. Чем меньше перепад температур, тем выше КПД охладителя. Поэтому следует поддерживать температуру контура, в котором циркулирует охлажденная вода, на возможно более высоком уровне, а температуру конденсаторной воды — на возможно более низком. Температура охлажденной воды может поддерживаться в пределах 4—7°С с целью адекватного осушения воздуха при сильной жаре. В остальное время года температура охлажденной воды около 10°С достаточна для большинства зданий. Оптимальное значение температуры охлажденной воды может быть различной на протяжении года; оно зависит также от типа здания, от климатических условий. Экономия энергии достигается путем повторного использования воды, имеющей более низкую температуру после охлаждения в установке башенного типа, для отвода тепла из помещений. Однако по мере падения температуры в конденсаторе уменьшается и разность давлений в регулирующем дроссельном вентиле для жидкого холодильного агента, что приводит к недостаточной подаче агента в испаритель. Многие охладители, снабженные дроссельным вентилем, работают поэтому при постоянной температуре конденсации (обычно 41 градус) даже в тех случаях, когда башенная установка охлаждает воду более интенсивно. Опыт эксплуатации свидетельствует о том, что во многих СОВК охладитель может работать при более низкой температуре воды в башенной охлаждающей установке, если он нагружен не полностью. Усовершенствование конструкции. В условиях, когда существует нагрузка на холодильное оборудование, а температура воздуха, измеренная по смоченному термометру, низка, охлаждение воды может осуществляться непосредственно в башенной установке. Если вода надлежащим образом фильтруется, ее можно подавать прямо в контур циркуляции охлажденной воды. Зачастую целесообразно устанавливать между двумя эмеевиками теплообменник с непосредственным контактом сред для предохранения эмеевиков от засорения. Другой метод состоит в том, чтобы отключить охладитель, но использовать его хладоагент для теплообмена между обоими эмеевиками. Подобный тепловой цикл основан на том же принципе, что и передача тепла по трубам; он пригоден только для охладителей, которые имеют соответствующую функциональную схему. Можно, кроме того, использовать понижение в ночное время температуры воздуха, измеренной смоченным термометром. Для этого требуется охладитель, работающий при низкой температуре конденсации; необходим также резервуар с охлаждаемыми стенками. Метод заслуживает внимания ввиду постоянного роста тарифов на электроэнергию, назначаемых в зависимости от времени суток и от уровня спроса. Внедрение новой конструкции. При покупке нового охладителя воды следует обратить внимание на то, в какой степени предусмотрена возможность регулирования нагрузки. Поскольку охладитель будет работать большую часть времени при неполной нагрузке, важно, чтобы в этих условиях сохранялся достаточно высокий КПД. Кроме регулирования рабочего режима охладителей воды, иногда целесообразно установить охладитель с несколькими поршневыми компрессорами, соединенными параллельно. Это даст возможность отключить отдельные компрессоры при неполной нагрузке на СОВК. Оставшиеся компрессоры будут работать с почти максимальной нагрузкой и, как правило, с более высоким КПД. Тепловые насосы Тепловой насос по принципу действия похож на охладитель воды, с той лишь разницей, что он заимствует из наружного воздуха тепло для его использования внутри помещения. У наиболее распространенных тепловых насосов коэффициент трансформации электроэнергии в тепло колеблется от 2 до 5. Иными словами, на 1 дж потребляемой электроэнергии приходятся 2— 5 дж выработанного тепла. Благодаря этому тепловые насосы работают более эффективно, чем электрообогреватели резистивного типа. Чем больше перепад температур между источником тепла и теплоприемником, тем ниже эффективность теплового насоса. Это означает, что если источником тепла является наружный воздух, то тепло труднее всего получить именно тогда, когда в нем возникает наибольшая необходимость. Очень часто отопительные системы, в состав которых входят тепловые насосы, оборудуются также электронагревателями, предусмотренными в качестве резервных отопительных приборов. За год это дает довольно ощутимую экономию топлива. Однако, с другой стороны, при такой конструкции СОВК возрастает потребление пиковой мощности. Для электростанции общего пользования было бы гораздо более предпочтительным, если бы потребление пиковой мощности удалось уменьшить путем регулирования нагрузки на СОВК или создания систем, аккумулирующих тепловую энергию, что позволило бы получать необходимое количество тепла во внепиковый период. В некоторых зданиях может одновременно (например, в одни и те же часы данного дня) существовать необходимость в отоплении одних помещений и охлаждении других; это делает выгодным применение теплового насоса, который способен выполнять обе функции. Следует, впрочем, иметь в виду, что возникновение такой одновременной потребности в отоплении и охлаждении может служить признаком не вполне правильной конструкции СОВК. Перед тем как установить для этой цели тепловой насос, нужно выяснить, действительно ли существует необходимость в одновременном отоплении и охлаждении и нельзя ли использовать для охлаждения помещений наружный воздух. В общественных и промышленных зданиях источником тепла для работы теплового насоса обычно служит воздух, удаляемый через систему вентиляции. Этот нагретый воздух можно использовать в течение всего отопительного сезона. Стандартный тепловой насос, отбирая тепло из воздуха, нагревает воду для отопления зданий до 30—35°С. Тепловые насосы, конструкция которых специально рассчитана на использование удаляемого из помещений теплого воздуха, могут нагревать воду до 66°С. Еще один метод применения теплового насоса состоит в том, что по всему зданию прокладывается система эмеевиков, заполненных водой, и во всех зонах здания устанавливаются небольшие тепловые насосы. Каждый насос может вырабатывать и тепло, и холод, в зависимости от того, что требуется для данной зоны. Такую систему удобно использовать для передачи тепла из более нагретой части здания в более холодную его часть. В систему змеевиков дополнительно включены башенный охладитель воды и бойлер; это сделано для уравновешивания полезной нагрузки на отопительное и холодильное оборудование здания. Систему можно модифицировать, снабдив ее двухсекционным конденсатором, который позволяет направлять горячую воду либо в башенный охладитель, либо в радиаторы отопления. Некоторые охладители воды можно переделать так, чтобы они работали наподобие тепловых насосов. Центробежные охладители работают гораздо более эффективно, если температура источника тепла (например, воздуха, удаляемого из здания) выше температуры наружного воздуха. Степень сжатия хладоагента в компрессоре центробежного охладителя падает с понижением температуры в испарителе. Поршневые и винтовые компрессоры создают принудительную циркуляцию хладоагента, поэтому при понижении температуры в испарителе они работают более эффективно. Они могут применяться для охлаждения в условиях более значительного перепада температур. Еще эффективнее работают в этих условиях многоступенчатые компрессоры. Каналы для воздуха, воздушные заслонки Если в СОВК применяются сдвоенные каналы для воздуха, то заслонки для регулирования статического давления часто устанавливаются в самом начале системы принудительной подачи холодного или нагретого воздуха. Они регулируют давление во всей распределительной системе и могут служить для проверки эффективности ее работы. В системах с завышенными расчетными параметрами или чрезмерно усложневной конструкцией заслонки, регулирующие статическое давление, никогда не открываются больше чем на 25%. Можно уменьшить частоту вращения вентилятора путем замены ременной передачи и полностью открыть заслонки, предотвратив тем самым падение давления до заслонки. При этом значительно уменьшится мощность, потребляемая вентилятором, а объем подаваемого воздуха останется прежним. Усовершенствование конструкции В некоторых системах отопления, вентиляции и кондиционирования для более равномерной подачи воздуха применяются воздухосмесительные камеры постоянного объема; при увеличении статического давления воздуха давление в них падает. Во всей системе этих камер может возникнуть небольшое избыточное давление, что не повлияет на расход воздуха, однако приведет к повышению потребления электроэнергии вентилятором. Работу таких систем необходимо контролировать, поддерживая требуемое статическое давление на минимальном уровне. Целесообразно также заменить камеры с постоянным объемом на камеры с регулируемым объемом, что позволит уменьшить падение давления в них примерно на 2,5 см водяного столба. В этом случае необходимо будет оборудовать систему воздушных каналов заслонками для регулирования статического давления. Утечки через любую заслонку приводят к потерям холодного или теплого воздуха. Для борьбы с утечками можно снабдить перо заслонки уплотнением из неопрена (синтетического хлоропренового каучука). Если утечка воздуха через заслонку превышает 10%, то установка другой заслонки, более совершенной по конструкции, с прижимным устройством, обойдется дешевле, чем затраты на энергию, теряемую в результате утечки. Внедрение новой конструкции В прошлом применялись воздушные каналы небольшого сечения, поскольку их устройство обходилось недорого. Однако эта экономия впоследствии сводилась на нет более высокими эксплуатационными затратами, вызванными потребностью в дополнительной энергии. Стандарт АSНRАЕ 90-75 содержит рекомендацию по снижению этих дополнительных затрат электроэнергии, которая заключается в том, что коэффициент перемещения воздуха должен составлять не менее 4. Коэффициент перемещения воздуха представляет собой отношение количества явного тепла, удаляемого из здания, ккал/ч (Вт), к мощности, подводимой к вентиляторам нагнетаемого и возвратного воздуха, Ккал/ч (Вт). Тем самым задается максимально допустимая мощность, которая может быть затрачена вентилятором для обеспечения требуемой интенсивности воздухообмена. В результате падение давления в системе циркуляции воздуха окажется настолько незначительным, что оно не повлияет на значение оптимального расхода воздуха. В небольших зданиях самое заметное падение давления воздуха происходит часто в фильтрах, змеевиках и заслонках. В крупных зданиях общее падение статического давления воздуха может быть вызвано неправильным режимом эксплуатации системы воздушных каналов, особенно при больших скоростях движения воздуха. Использована литература: К.Смит Эффективное использование электроэнергии , М., Энергоиздат, 1981
Энергетическое законодательство втеплоэнергетике на местном уровне. Утомленные нефтью. Новая страница 1. Анотація національної програми. Если арабы владеют нефтью. Главная -> Экология 
|