В этой статье продолжаем начатую тему о системе отопления частного дома своими руками. Мы уже узнали как работает такая система, поговорили о том, какой тип выбрать, теперь поговорим о том как повысить эффективность.
Так, что же надо сделать, чтобы ее эффективность была выше.
Нам необходимо, чтобы теплоноситель внутри двигался в нужном нам направлении и в нужном количестве с большей скоростью, при этом отдавая больше тепла. Жидкость в системе должна двигаться быстрее не только по трубопроводу, но и по батареям подключенным к нему. Поясню принцип работы на примере двухтрубной системы с нижней разводкой.
Для того, чтобы вода поступала в батареи подключенные к трубе, надо в конце этой трубы подачи сделать тормоз, то есть увеличить сопротивление движению. Для этого на конце (измерение нужно вести от входа в крайний радиатор) устанавливаем трубу меньшего диаметра.
Для того, чтобы переход был плавным, их необходимо устанавливать в таком порядке: Если вход в радиатор 20 мм (стандарт для батарей нового образца), значит труба подвода (отвод для радиаторов) должна быть не менее 25 миллиметров.
Затем она плавно, через 1-2 метра, переходит в трубу диаметр которой равен 32 миллиметра, далее по такой же схеме – 40 миллиметров. Все остальное расстояние системы или ее крыла будет составлять труба подачи диаметром 40-60 мм или больше.
В это случае, когда котел включен, теплоноситель начинает движение по системе и встретив на своем пути сопротивление, начнет двигаться и в другие всевозможные направления (в радиаторы), выравнивая общее давление.
Мы таким образом увеличили эффективность работы подающей трубы и первой половины системы. А что же происходит в другой половине, которая является как бы отражением первой.
А раз это зеркальное отражение, то и процессы в ней происходят с точностью до наоборот: в подающей трубе обратки давление уменьшается (за счет понижения температуры жидкости и увеличения диаметра) и появляется эффект всасывания, помогающий начальному давлению увеличить скорость движения воды не только в трубопроводе, но и в батареях отопления.
Повысив эффективность вы не только сделаете свой дом теплее, но и сэкономите не мало средств.
Видео: Тепло в доме — отопление: Повышение КПД батареи / радиатора водяного отопления
Тепловая эффективность отопительного устройства в помещении и выбор установочной тепловой мощности системы отопления.
Отопительный прибор должен компенсировать дефицит теплоты в помещении. Использование приборов той или иной конструкции и их установка в различных местах помещения не должны приводить к заметному перерасходу теплоты. Показателем, оценивающим эти свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отношение количества затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных тепловых условий к расчетным потерям теплоты помещением.
Считается, что наилучшим отопительным эффектом обладают панельно-лучистые приборы, установленные в верхней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. Отопительный эффект таких приборов равен 0,9-0,95, т. е. теплоотдача потолочных панелей-излучателей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помещения без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в конструкции пола, около 1,0.
Наиболее распространенные приборы - радиаторы обычно устанавливают в нишах или около поверхности наружной стены. Заприборная поверхность перегревается и через эту часть наружной стены бесполезно теряется некоторое количество теплоты. В результате отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04-1,06. В этом отношении более эффективными оказываются конвекторы, располагаемые вдоль наружной стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора около 1,03.
Подоконная панель, встроенная в конструкцию наружной стены, может иметь заметные бесполезные потери теплоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.
Отопительные приборы обычно имеют определенный шаг принятого номенклатурного ряда, который в СНиП выражают теплоотдачей, кВт, отдельного элемента прибора этого ряда. В результате в помещении устанавливают число элементов прибора, округленное в большую сторону сверх расчетной величины. Связанное с этим увеличение теплового потока от приборов рекомендуют учитывать коэффициентом β 1 , который изменяется от 1,02 до 1,13 в зависимости от изменения теплоотдачи отдельного элемента прибора от 0,12 до 0,3 кВт.
Дополнительные потери теплоты отопительным прибором, установленным у наружного ограждения, учитывают коэффициентом β 2 . Его значение в зависимости от вида прибора и способа его установки у наружного ограждения изменяется от 1,02 до 1,1.
Кроме потерь, связанных с размещением нагревательных приборов, в системе отопления возникают бесполезные потери теплоты трубами, встроенными в конструкции наружных ограждений, а также в тепловом пункте и других элементах системы. Определяют также дополнительные теплопотери Q тр трубами в неотапливаемых помещениях, связанные с охлаждением теплоносителя.
Величина суммарных дополнительных потерь (заприборными участками наружных ограждений и теплопроводами в неотапливаемых помещениях) должна быть по СНиП не более 7% тепловой мощности системы отопления.
Удельная тепловая характеристика здания и расчет потребности в теплоте на отопление по укрупненным измерителям
Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений и для ориентировочного расчета теплопотерь здания пользуются показателем - удельная тепловая характеристика здания q, которая при известных теплопотерях здания равна:
q = Q зд ∕
где Q зд - расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт; V - объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м 3 , (t в – t н)- расчетная разность температуры для основных помещений здания.
Величина q , Вт/(м 3 °С), определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесенные к расчетной разности температуры 1°. Ее можно определить заранее
q = q 0 β t
где q 0 - эталонная удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температур ∆t 0 =18 - (- 30)= 48 °С; β t - температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической расчетной разности температур от ∆t 0
Эталонная удельная тепловая характеристика может быть определена с учетом требований СНиП.
Экономические показатели систем отопления
Экономичность системы отопления обусловлена стоимостью материалов и оборудования, изготовления и сборки, а также эксплуатации. Показателями экономичности являются технологичность конструкции, масса элементов, затраты труда и сроки изготовления и монтажа, расходы на наладку, управление и ремонт.
Технологичность конструкции включает такие реальные мероприятия, как упрощение схемы, унификация и уменьшение числа деталей, применение нормалей, удобство сборки, которые обеспечивают изготовление и монтаж с минимальными затратами времени, средств и труда.
Экономический эффект выявляется при проведении технико-экономического сравнения различных проектных решений. Сравнение позволяет выбрать систему отопления, наиболее экономичную в данных конкретных условиях.
При экономическом сравнении вариантов применяют следующие показатели: капитальные вложения К, эксплуатационные затраты И, продолжительность монтажных работ и эксплуатации системы отопления. Обычно используют часть этих показателей. Самым простым является сравнение систем отопления с различными приборами, но с одним видом теплоносителя и с одной схемой, так как оно делается только по капитальным вложениям. Чаще всего сопоставляют системы по капитальным вложениям и эксплуатационным затратам. Реже учитывают еще сроки монтажа и службы систем, наличие трудовых резервов.
Наиболее экономичен вариант, имеющий минимальные суммарные капитальные вложения и эксплуатационные затраты. Обычно приходится сравнивать два варианта, один из которых имеет меньшие капитальные вложения, другой - меньшие эксплуатационные затраты. Так, при уменьшении диаметра труб насосной водяной системы отопления капитальные вложения уменьшаются, но увеличивается расход электроэнергии; автоматизация системы увеличивает капитальные вложения, но уменьшает эксплуатационные затраты. Экономически более эффективный вариант выявляют в подобных случаях в зависимости от срока z, лет, окупаемости дополнительных капитальных вложений.
Z = (К 1 – К 2)∕ (И 1 – И 2)
Если этот срок z < z н - нормативного срока окупаемости дополнительных капитальных вложений за счет снижения эксплуатационных затрат, то целесообразно осуществить вариант с большими капитальными вложениями K 1 и меньшими средними годовыми эксплуатационными затратами И 1 . Если z > z н, то целесообразен вариант с меньшими капитальными вложениями К 2 и большей средней стоимостью эксплуатации И 2 в течение года. Нормативный срок z н окупаемости вложений в систему отопления принят равным 8,33 года (12,5 года для новой техники и энергосберегающих мероприятий) независимо от вида здания.
При экономическом сопоставлении нескольких систем или вариантов системы для каждого из них находят приведенные затраты
3= (К ∕z н) +И,
и, более эффективным считают вариант, имеющий наименьшие приведенные затраты за нормативный срок окупаемости.
Капитальные вложения в систему отопления осуществляются, как правило, в течение одного года. Эксплуатационные затраты ежегодно изменяются; кроме того, они зависят от срока службы как системы, так и отдельных ее элементов.
Годовые эксплуатационные затраты состоят из прямых расходов на обслуживание системы отопления и амортизационных расходов
И =И пр +А
где И пр - прямые эксплуатационные расходы, складывающиеся из годовых затрат на получаемую тепловую энергию (топливо), электроэнергию, заработную плату обслуживающего персонала, управление системой и текущий ремонт; А - амортизационные расходы, включающие годовые затраты на капитальный ремонт системы и отчисления на полное восстановление капитальных вложений.
Отчисления на восстановление капитальных вложений связаны с нормативным сроком службы системы, определяемым исходя из сроков физического износа ее элементов: радиаторов (40 лет), водоводов (30 лет), паропроводов, центробежных насосов, клапанов (10 лет), вентиляторов, калориферов, отопительных агрегатов (8 лет), фильтров (6 лет), конденсатопроводов (4 года).
Срок службы определяется не только физическим, но и моральным износом системы отопления, причем моральным износом считают потерю способности поддерживать температуру во всех обслуживаемых помещениях на требуемом уровне. Нормативный срок службы распространенных систем водяного отопления в настоящее время принимается равным 30 - 35 годам (меньший срок для конвекторов).
При сопоставлении различных систем отопления соблюдают равные или хотя бы близкие эксплуатационные показатели для всех вариантов: системы должны обеспечивать выполнение санитарно-гигиенических, противопожарных и противовзрывных требований, а также должны обладать равноценной эффективностью.
Срок службы систем водяного отопления, как уже известно, наибольший. Благодаря уменьшению амортизационных расходов при этом, экономии электрической и тепловой энергии сокращаются стоимость эксплуатации, а, следовательно, и приведенные затраты. Поэтому система водяного отопления обычно становится экономически более эффективной, чем система парового отопления.
Различие в тепловом комфорте, создаваемом в помещениях при сравниваемых системах отопления, учитывают изменением срока службы и степени использования площади помещений. Для системы, обеспечивающей более комфортные условия, увеличивают расчетный срок службы на 5-10 лет (считаясь с меньшим моральным износом). Кроме того, учитывают использование рабочей площади помещений в холодное время года (за счет изменения размеров зоны дискомфорта), добавляя часть затрат на строительные работы по обесцененной площади к сметной стоимости другой системы.
Все же главным показателем экономичности системы отопления являются теплозатраты в процессе ее эксплуатации. Известно, что только годовые затраты на эксплуатацию превышают половину стоимости устройства системы. И основная часть затрат приходится на оплату расходуемой теплоты. Теплозатраты на отопление при паровой или центральной воздушной системе превышают расход теплоты в системе водяного отопления вследствие возрастания попутных теплопотерь через стенки паропроводов и воздуховодов, бесполезных для обогрева рабочих помещений.
Комбинированное отопление
Комбинированными принято называть системы центрального отопления с двумя теплоносителями, когда первичный теплоноситель (вода, пар) используют для нагревания вторичного (воды, воздуха). В связи с широким распространением в нашей стране централизованного водяного теплоснабжения большинство систем центрального отопления фактически стали комбинированными - водо-водяными или водо-воздушными.
В настоящее время под комбинированным отоплением стали понимать сочетание двух режимов работы системы или двух систем для отопления одного и того же помещения с переменным тепловым режимом. Проводится также совершенствование работы и устройства систем отопления для улучшения теплового режима помещений и сокращения теплозатрат на отопление зданий. Конструктивно похожее решение встречалось и ранее, когда для отопления, периодически используемого производственного помещения предусматривались две системы отопления различной мощности: одна для рабочего периода времени, другая (дежурная) - для нерабочего.
Различают комбинированное отопление двухрежимное, двухкомпонентное, с прерывистым режимом.
Двухрежимным называют отопление, работающее при различной температуре одного и того же теплоносителя в разное время суток. Двухрежимной является система водяного отопления, в которой в рабочий период времени циркулирует вода при пониженной температуре (для полезного использования внутренних тепловыделений), а в нерабочий период - при повышенной (или наоборот). Для понижения температуры включают смесительный насос, для повышения - применяют прямоточную подачу теплоносителя из наружного теплопровода без подмешивания охлажденной воды.
Двухрежимной может быть также система воздушного отопления, совмещенная с приточной вентиляцией в рабочий период времени, и рециркуляционная в нерабочий период. Температура подаваемого воздуха в первый период ниже, чем во второй.
Двухкомпонентным считают отопление двумя системами, дополняющими одна другую для обеспечения необходимой теплоподачи в помещения. Первую систему, обычно водяного отопления, называемую фоновой или базисной, устраивают пониженной мощности (например, 30% расчетной теплопотребности рядовых помещений) для постоянного нерегулируемого действия в течение всего отопительного сезона. Задача этой системы - выравнивать дефицит теплоты, приходящейся на единицу площади или объема рядовых и угловых, нижних и верхних однотипных помещений здания (искусственно создавать одинаковые удельные тепловые характеристики основных помещений).
Вторую систему водяного, воздушного, газового или электрического отопления, называемую догревающей, предусматривают дополнительной мощности для поддержания необходимой температуры воздуха, как в рабочий, так и нерабочий периоды времени. Действие догревающей системы автоматизируют для работы по заданной программе.
Комбинированное отопление может действовать с перерывами, и тогда тепловой режим помещений характеризуется тремя состояниями: постоянства температуры в течение рабочего времени, свободного понижения температуры при выключенной догревающей системе и натопа помещений перед началом работы или в праздничные дни (о прерывистом отоплении). Возможны также различные сочетания перечисленных видов комбинированного отопления, когда предусматривают двухрежимную работу одной или обеих систем двухкомпонентного отопления.
Повышение эффективности отопления здания
Заключительным этапом алгоритма разработки здания с эффективным использованием энергии является оценка эффективности принятого способа отопления как составной части СКМ здания. На это направлены рассмотренные в данном разделе инженерные приемы.
Комплексное свойство СКМ здания эффективно выполнять свои функции является обычно вероятностной характеристикой. Эффективность системы отопления определяется тремя основными свойствами: надежностью, управляемостью (или устойчивостью) при функционировании, обеспеченностью.
Надежность - вероятностное обеспечение безотказной работы механической части системы отопления, ее конструктивных узлов и элементов при эксплуатации в пределах расчетных сроков и условий.
Управляемость - вероятностное выдерживание заданных отклонений в работе отдельных частей и зон системы отопления в процессе управления и при эксплуатации в течение отопительного сезона.
Обеспеченность - принятое в проекте выдерживание с допустимой вероятностью отклонений расчетных внутренних условий в здании.
Регулирование системы отопления
Под регулированием системы отопления понимают комплекс мероприятий, направленных на максимальное приближение теплоотдачи ее элементов к текущей переменной теплопотребности отапливаемых помещений в течение отопительного сезона для выдерживания расчетной температуры помещений.
Различают пусковое и эксплуатационное регулирование системы. Эти виды регулирования имеют свои особенности для водяной, воздушной и паровой систем отопления.
При пуске системы отопления группы зданий, присоединенной к теплопроводам централизованного теплоснабжения, обеспечивают распределение теплоносителя по отдельным зданиям пропорционально их расчетной теплопотребности. Обычно такое регулирование проводят в центральных тепловых пунктах (ЦТП) и во внутриквартальных тепловых сетях. Способы регулирования, как при зависимом, так и при независимом присоединении системы отопления к теплопроводам, рассматриваются в дисциплине «Теплоснабжение».
Пусковое регулирование элементов и узлов системы отопления связано с обеспечением в них расчетного расхода теплоносителя.
Эксплуатационное регулирование системы отопления проводят с целью обеспечения теплоподачи в отапливаемые помещения соответствующей текущей теплопотребности. Способы регулирования различаются также в зависимости от применяемого в системе теплоносителя. В зависимости от места проведения регулирования в системе теплоснабжения различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.
В системе водяного теплоснабжения центральное регулирование осуществляют на тепловой станции (ТЭЦ, котельной) по так называемому отопительному графику, устанавливающему связь между параметрами теплоносителя (температура при качественном или расход при количественном регулировании) и температурой наружного воздуха как основного фактора, определяющего переменный характер составляющих теплового баланса здания в течение отопительного сезона
Центральное регулирование на тепловой станции при теплоснабжении различных по назначению зданий (жилые, общественные, производственные и др.) и режиму теплопотребления их инженерных систем (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др.) не может обеспечить устойчивой работы систем отопления.
Устойчивость работы повышается при приближении места проведения регулирования к теплопотребителю за счет более полного учета различных факторов, определяющих теплопотребность помещений отапливаемых зданий. Так, при групповом регулировании в ЦТП появляется возможность распределять теплоту по уточненным температурным графикам, что способствует повышению экономичности отопления каждого здания. При местном регулировании в тепловом пункте здания учитывают особенности режима его эксплуатации, ориентацию по сторонам горизонта, действие ветра и солнечной радиации.
В хорошо изолированном ДНЭ многие источники бесплатного тепла существенно снижают тепловую потребность по сравнению с плохо изолированном домом. Количество этой бесплатной энергии может сильно колебаться на протяжении дня. Поэтому отопительная система должна быстро и точно реагировать на эти колебания, чтобы эффективно использовать бесплатную энергию. Подача тепла должна и регулироваться и, при отсутствии потребности в тепле - прекращаться. В интересах динамичного регулирования
общая масса отопительной системы должна быть как можно меньше по отношению к количеству отданного тепла. Хорошо зарекомендовали себя в плоские обогреватели с небольшим содержанием воды, конвекторы, или так называемые рамочные обогреватели.
Важное значение имеют специальные термовентили со встроенным приспособлением аналоговой регуляции Эффективны также системы воздушного отопления, комбинируемые с системами многократного использования воздушного тепла Не рекомендуется из-за инерции системы отопления полов, если они не связаны с использованием аккумулированной солнечной энергии. Отопительные системы должны быть хорошо продуманы на основании расчетов отопительной сети. С помощью предохранительных вентилей или дифференциального насоса нужно следить, чтобы регулирующие вентили не перегружались при малой потребности в тепле. Нельзя также отказываться от общей центральной регуляции отопления, которая уменьшает или увеличивает приток тепла в зависимости от смены дня и ночи, а также отключает систему при отсутствии потребности в тепле
Передача тепла. Критерием выбора для системы передачи тепла должно быть преимущественное потребление энергии и выброс вредных веществ на единицу произведенного необходимого тепла. Принимая во внимание малое теплопотребление односемейного ДНЭ, хорошим выбором с финансовой точки зрения является газ-комби-терм (отопление жилья с одновременным нагреванием воды). Газ-комби-терм является газовой колонкой с автоматическим регулированием мощности, которая греет воду в отопительной системе, поддерживающей заданную температуру в каждой комнате отдельно. Она же одновременно поддерживает горячей (60оС) воду в теплоизолированном баке для хозбытовых нужд. По желанию этот бак может быть соединен с солнечным коллектором, что окупается за несколько лет. Управляет работой всей системы блок автоматики.
Техника использования теплоты продуктов сгорания
Принимая во внимание сохранение первичной энергии и общую энергетическую нагрузку на окружающую среду можно признать наилучшим решением механизм использования теплоты продуктов сгорания. Большие капитальные вложения этой системы окупаются благодаря лучшему использованию энергии (для газа около 10%) и долгим циклом работы.
При большом количестве потребляемой энергии или при соединении нескольких домашних хозяйств возможно использовать теплоэлектроцентрали (тепло от дизельной, угольной либо газовой теплоэлектростанции). Это является наилучшим выходом при условии коротких коммуникаций.
В связи с возможностью рекуперации тепла воздуха рекомендуется использования воздушных отопительных систем вместо систем с панельными радиаторами и горячей водой. При этом объем воздуха, принесенного системой обмена, нагревается в заданном режиме. Хотя такие отопительные системы оказываются очень дорогими в сравнение с обычным паровым отоплением, они все же они имеют еще и такое преимущество, как интегрирование с системой вентиляции.
В одноквартирном доме коммуникации для горячей воды должны быть запланированы очень короткими, поскольку в таком случае можно реально сократить потери тепла. С помощью таймера необходимо также прекращать подачу тепла в периоды, когда потребности в тепле нет.
Получение горячей воды с помощью солнечной энергии. Для частичного домашнего хозяйства это является самой эффективной возможностью использования обновляемой энергии. Солнечные батареи могут обеспечить около 50% годовой потребности в горячей воде. Причем с мая по сентябрь они могут полностью обеспечивать эту потребность. При недостатке солнечного света данная система обеспечивает по крайне мере подогрев воды в верхней части теплообменника. Таким образом можно обеспечивать рациональное распределение энергии между системами. Все компоненты системы, такие, например, как коллекторные пластины, теплообменники, теплокоммуникации могут быть смонтированы в соответствии с потребностью и рационально соединены между собой. Установку можно провести своими силами и таким образом уменьшить общую стоимость.
Не рекомендуются системы отопления с использованием электроэнергии. Рефлекторные отопительные системы (например, электроаккумуляторное отопление) не могут быть рекомендованы с экологической точки зрения, так как использование первичной энергии и выбросы более чем в два раза превышают аналогичные показатели систем на горючем топливе. Электрические теплонасосы с точки зрения использования первичной энергии и выброса вредных веществ приблизительно настолько же эффективны, как и газовые отопительные системы. К тому же, электрические теплонасосы значительно дороже газовых систем.
экологический природный цивилизация
Контрольные задачи
Произведите экономическую оценку и анализ возможности получения дополнительной прибыли для энергосистемы, в которую входят 5 ТЭС.
Себестоимость тепло- и электроэнергии:
Сm = 32 р./Гкал;
Сэ =0,4 р./кВт·ч.
Цена отпускаемой тепло- и электроэнергии:
Цm = 70 р./Гкал;
Цэ = 1 р./кВт·ч.
Данные для расчета
Определим относительный коэффициент выброса (для каждого загрязняющего вещества):
Е = П / Ф = ?iAimi(1) / ?iAi(0) (1)
Где, П - максимальная допустимая концентрация;
Ф- фактическая концентрация;
Ai - относительная опасность выбросов;
mi - масса выбросов.
Е=8,233/6,318=1,303
Оценивается величина экономического коэффициента:
в случае невыполнения нормативов (Е > 1)
К = lg E - 1(2)
К = lg (1,303) - 1= -0,885
Подсчитаем прибыль энергосистемы:
Электроэнергия: Цэ- Сэ=1-0,4=0,6 руб./кВт·ч.,
Прибыль: Wэ* К =12,40*0,6= 7,44 млн.руб
Тепло: Цт- Ст=70-32=38 руб. /Гкал;
Прибыль: 2168*38=82384 руб.
По=7440000+82384= 7522384 руб.
Дополнительная прибыль составит:
П = По [(lg E + 1) - 1]= По (К-1) (3)