Топкова, потужністю 200 кВт, для житлових будинків

Тема даної статті стосується здебільшого підлогових котлів та їх обв'язки. Розглядаючи приватний приклад топкової, розташованої в Києві, ми опишемо всі застосовані в ній проектні рішення і спробуємо відобразити їх призначення, які зводяться, по суті, до економії газу і збереження працездатності котельного обладнання.

I. Основні розрахункові показники об'єкта.

• тип, призначення - комплекс приватних житлових будинків;
• сумарна житлова площа всіх споруд - 1635 м2, в тому числі:
• корпус «А» - 620 м2;
• корпус «Б» - 497 м2;
• корпус «В» - 486 м2;
• корпус «Г» - 32 м2;
• висота всіх приміщень - 3 м;
• сумарний житлової обсяг всіх споруд - 4900 м3;
• кількість приладів розбору гарячої води - 30, в тому числі:
• мийка кухонна - 5 шт.;
• умивальник - 14 шт.;
• ванна - 5 шт.;
• душ - 13 шт.;
• біде - 2 шт;
• кількість проживаючих людей - 9 осіб;
• розмір чаші басейну - 15 х 3 х 1,6 (м) = обсяг 72 м3;
• розмір приміщення басейну - 18,2 х 7,4 х 3,7 (м) = обсяг 500 м3;
• контуру споживання тепла - опалення корпусів «А», «Б», «В» і «Г»; гаряче водопостачання з ре циркуляцією, тепла підлога, підігрів басейну, підігрів припливної вентиляції;
• вид палива - природний газ.

II. Розрахунок теплових навантажень.

Для розрахунку теплових навантажень за укрупненими показниками скористаємося нормативними документами.

Опалення.

Згідно з обов'язковим додатком «В» ДБН В.2.6-31: 2006 «Теплова ізоляція будівель» м. Київ знаходиться в 1-й температурній зоні України з числом ГСОП> 3501.

Є таке поняття в будівельної теплофізиці - ГСОП - градусів добу опалювального періоду. Це універсальний показник характеризує ступінь суворості клімату. Якщо врахувати, що параметри комфортності для людини в усіх країнах приблизно однакові, то ГСОП опосередковано характеризує рівень енерговитрат на підтримання параметрів комфортності - чим менше ГСОП, тим менше енергії буде витрачено на опалення.

ГСОП = (TВ - tот. Пер.) · Zот. пер

де: tв - розрахункова температура внутрішнього повітря, оС (згідно з обов'язковим додатком "Г" ДБН В.2.6-31: 2006 «Теплова ізоляція будівель» tв = 20 ° С);
tот.пер, zот.пер - середня температура, оС і тривалість, добу, періоду з середньою добовою температурою повітря нижче або рівний +8 оС, по СНиП 23-01-99 «Будівельна кліматологія».

Так, для Києва, кількість днів у році, коли температура нижче +8 ° С: 176 діб. Середньодобова температура в цей період: - 0,6 ° С. Тоді ГСОПКіева = (20 + 0,6) * 176 = 3626.

Згідно з обов'язковим додатком 25 «Контрольні показники питомого теплового потоку для опалювальних систем житлових і громадських будівель», СНиП 2.04.05-91 * (2000) «Опалення, вентиляція і кондиціонування», при ГСОП> 3501:

• Питомі тепло-втрати житлового будинку - 86 Вт/м2
• Питоме річне споживання тепла - 0,7 ГДж / (м2 * рік)

Тоді сумарні теплові втрати житлового будинку складають: 1635 м2 * 86 Вт = 140,6 кВт, у тому числі:

• корпус «А» - 620 м2 * 86 Вт = 54 кВт;
• корпус «Б» - 497 м2 * 86 Вт = 43 кВт;
• корпус «В» - 486 м2 * 86 Вт = 42 кВт;
• корпус «Г» - 32 м2 * 86 Вт = 3 кВт.

Потужність контурів системи опалення прийнята як різниця тепло-втрат і потужності теплої підлоги відповідного корпусу (див. нижче зведену таблицю теплових навантажень).

Тепла підлога.

Теплова потужність теплої підлоги складає 58 кВт, у тому числі:
корпус «А» - 290 м2 * 100 Вт (крок укладання - 0,15 м) = 29 кВт;
корпус «Б» - 140 м2 * 100 Вт (крок укладання - 0,15 м) = 14 кВт;
корпус «В» - 150 м2 * 100 Вт (крок укладання - 0,15 м) = 15 кВт.

Гаряча вода (ГВП).

Витрата гарячої води на потреби ГВП розрахуємо за СНиП 2.04.01-85 «Внутрішній водопровід і каналізація будівель».

Кількість санітарних приладів у корпусах - 39, в тому числі:
мийка кухонна - 5 шт.;
умивальник - 14 шт.;
ванна - 5 шт.;
душ - 13 шт.;
біде - 2 шт.
Кількість проживаючих людей - 9 осіб.

Тоді, з урахуванням норми витрати води санітарними приладами (обов'язковий додаток 2) та споживачами (обов'язковий додаток 3), а також ймовірності дії та використання санітарних приладів (додаток 4, таблиця 2), максимальний часовий витрата гарячої води у всіх корпусах складе 1,374 м3 / ч, для чого, при нагріванні її на 50 ° С (з 5 ° С {обов'язковий додаток 1} до 55 ° С {п. 2.2}), потрібно: 1,374 * 50 * 1,163 = 80 кВт. Середній часовий витрата гарячої води за добу складе 0,1125 м3 / ч або 7 кВт.

Басейн.

Теплова потужність, необхідна для нагрівання басейну, розраховується за наступними показниками:

• Час нагріву басейну «з нуля»: 2 доби = 48 годин;
• Температура нагріву: +28 ° С;
• Температура води у водопроводі взимку: +5 ° С;
• Об'єм води в басейні: 72 м3.
• Звідки теплова потужність дорівнює: 72 м3 * (28 ° С - 5 ° С) / 48 год * 1,163 = 40 кВт.

Припливна вентиляція.

Витрата тепла на підігрів припливного повітря в приміщення басейну розрахуємо за наступними показниками:

• Обсяг приміщення басейну: 500 м3;
• Кратність повітрообміну в годину: 10;
• Температура зовнішнього повітря взимку: -22 ° С;
• Температура внутрішнього повітря: +30 ° С.
• Звідки теплова потужність дорівнює: 500 м3 * 10 / ч * (30 ° С + 22 ° С) * 0,336 * 1,163 / 1000 = 102 кВт.

Всі отримані теплові навантаження відобразимо у зведеній таблиці.

№	Контур  споживання тепла	Теплове навантаження, кВт Корпус   Корпус    Корпус    Корпус "А"           "Б"             "В"            "Г"	Всього  по контурах, кВт
1	Опалення	25           29                 27             3	84
2	Тепла підлога	29           14                 15              -	58
3	ГВП	80           80                 80            80	80
4	Басейн	40           40                 40            40	40
5	Вентиляція	102         102              102           102	102
6	Всього по об'єкту		364

Річне споживання тепла об'єктом (СНиП 2.04.05-91 *):

1635 м2 * 0,7 ГДж / (м2 * рік) = 1144,5 ГДж / рік,

для чого, при теплотворній здатності газу 33,7 МДж / м ³, і при ККД котлів 92%, необхідно:

1144,5 ГДж / рік / (0,92 * 0,0337 ГДж / м ³) = 36915 м3 газу на рік.

При ціні на газ для споживачів, з річною витратою понад 12000 м3 і наявністю лічильника, рівної 2685,6 грн. за 1000 м3, вартість спожитого газу складе:

36,915 * 2685,6 = 99138 грн. / Рік.

III. Комплектація котельні.

На даному об'єкті проектом передбачена установка двох підлогових газових чавунних 2-х східчастих котла RMG 100 Mk.II, потужністю по 100 кВт кожен, виробництва компанії Fonderie SIME SpA При тому, що сумарна теплова навантаження, споживана об'єктом (364 кВт), набагато більше сумарної встановленої потужності котлів (200 кВт), топкова повністю справляється зі своїм завданням, завдяки встановленій каскадній і погодній автоматиці приготування та розподілу тепла.

В основу такого розподілу закладений часовий графік перебування людей у ​​будинку або в окремих його корпусах, пріоритетність контуру ГВП перед іншими контурами, періодичність використання підігріву басейну та вентиляції. Адже якщо подавати тепло на об'єкт тільки в необхідний час, а не цілодобово, можна домогтися колосальної економії як експлуатаційних витрат, так і капітальних. Саме такий принцип закладено при будівництві нашої котельні - більше можливостей автоматики і менше потужність котлів.

Отже, кілька рядків про обладнання котельні з розряду пояснювальних записок відповідних проектів.

Для запобігання можливої ​​деформації теплообмінників в результаті аварійних витоків води в котельній, котли встановлені на фундаментальне підставу (мал. 1), заввишки 10 см, а в конструкції підлоги передбачений трап для видалення води в систему дренажу.


Приготування гарячої води на потреби системи ГВП здійснюється в двох ємкісних водонагрівачах непрямого типу (рис. 1), об'ємом по 500 л кожен, з вбудованим теплообмінником, потужністю 41 кВт. Кожен бойлер має свій завантажувальний насос по теплоносію і свій датчик температури від котельні автоматики. Таке рішення забезпечує наступні можливості:

• обслуговування бойлерів без відключення гарячої води споживачам;
• регулювання запасу готової гарячої води в цілях економії газу;
• нагрів бойлерів максимум 2 рази на добу - звільнення потужності котлів для інших контурів.

Рециркуляція води в системі ГВП здійснюється насосом з бронзовим корпусом, керованим котельні автоматикою за часом і температурі поворотній води.

Циркуляція теплоносія в системах опалення та теплої підлоги здійснюється насосами (мал. 2), оснащеними автоматикою підтримки постійного перепаду тиску - частотним перетворювачем. Ці насоси, крім економії електроенергії, дозволяють економити газ шляхом зменшення витрат теплоносія у відповідному контурі, якщо там закрилися радіаторні терморегулятори, зональні клапана, змішувальні клапани, регулятори витрати теплоносія і т.д.



Поділ контуру приготування тепла від контурів споживання тепла здійснюється за допомогою термогідравлічні розподільника («гідрострелкі», рис. 3), що включає в себе сміттєзбірник і клапан автоматичного випуску повітря. Це дозволяє насосів різних контурів не впливати один на одного при включенні / виключенні і роботі. Розміри гідравлічної стрілки вибираються таким чином, щоб швидкість теплоносія в ній була мінімальна (не більше 0,5 м / с). Тільки в цьому випадку досягається максимальний ефект від її застосування, оскільки при малих швидкостях теплоносія з нього встигає віддалитися повітря і шлам. При цьому зникає необхідність в установці окремих механічних фільтрів і деаераторів. Крім того, теплообмін між зустрічними потоками контурів приготування і споживання тепла відбувається більш плавно і рівномірно, що знижує ймовірність різких стрибків температури в котлах і, як наслідок, збільшує термін їх експлуатації. Також, гідрострілка необхідна в котельнях із двома і більше котлами для запобігання циркуляції теплоносія через непрацюючі котли насосами працюючих котлів та опалювальних контурів. Котли з виключеною пальником у складі каскадної установки при проходженні через них теплоносія остуджують його, будучи, по суті, охолоджувачами, а не нагрівачами. Це тягне за собою підвищену витрату газу.


 
При зміні температури теплоносія в системах його обсяг і тиск змінюються внаслідок температурного розширення. Для компенсації надлишку або нестачі цього обсягу проектом передбачена установка мембранних розширювальних баків як для теплоносія, так і для води в системі ГВП. Якщо розширювальні баки не ставити - це не викличе неполадок в системі - надлишковий тиск вийде через запобіжні клапани на котлах і бойлерах, але при охолодженні системи тиск може впасти нижче припустимого значення. Для того щоб підняти тиск теплоносія необхідно відкрити кран підживлення (або клапан автоподпіткі зробить це сам) і запустити в систему воду ззовні: водопровід або ємності запасу підживлювальної води; цю воду треба нагрівати до температури основного теплоносія, для чого котли спалюють додатковий газ. При повторному нагріві системи надлишковий тиск знову випускається через запобіжні клапани в систему дренажу, фактично, викидаючи гарячу воду в каналізацію. Таким чином, при установці розширювальних баків на контурах теплоносія і системи ГВП, ми економимо воду і газ.

Для теплопостачання систем опалення згідно заданому опалювального графіку проектом передбачена установка 3-х ходових змішувальних клапанів (рис. 2) з електроприводами, керованими погодної автоматикою. Коригування температури теплоносія по температурі внутрішнього повітря здійснюється за допомогою кімнатних термостатів, встановлених в корпусах «А», «Б» і «В» і підключених до загальної автоматиці котельні. На цих термостатах користувачі можуть встановлювати бажану температуру в приміщеннях, не виходячи в котельню.

Існує три способи регулювання подачі тепла споживачам: якісний, кількісний і змішаний.

Якісний спосіб - це подача теплоносія з постійною витратою та змінною температурою, тобто циркуляційний насос працює постійно, а змішувальний клапан підмішує обратку в подачу таким чином, щоб температура в системі опалення або теплої підлоги відповідала заданим опалювального графіку. Для цього необхідно, перш за все, наявність самого змішувального клапана, а вже потім - максимальної температури теплоносія перед клапаном і погодної автоматики. Якісний спосіб регулювання є більш безпечним для систем, оскільки виключає різкі скачки температури теплоносія, що тягне за собою підвищений знос устаткування. До того ж подача тепла здійснюється безперервно, не викликаючи дискомфорту у споживача. Для контуру теплої підлоги можливий тільки цей спосіб регулювання, так як, поряд з іншими високотемпературними контурами, в теплу підлогу необхідно подавати теплоносій із зниженою температурою.

Кількісне регулювання - це подача теплоносія зі змінною витратою і постійною температурою, тобто циркуляційний насос працює згідно часовим графіком або кімнатному термостату, а змішувального клапана взагалі немає. Такий спосіб вимагає наявності пристрою, включає і вимикає циркуляційний насос, і є менш прийнятним для обладнання, оскільки має на увазі максимальну амплітуду зміни температури теплоносія з мінімальним періодом. Тобто, при вимкненому насосі всі системи (котлової і опалювальний контуру) остигають. Потім, при включенні насоса включається і котел, який працює на максимальну потужність, щоб заново нагріти теплоносій «з нуля» і прогріти всю систему. А це може викликати підвищену витрату газу.

Змішане регулювання, передбачене на даному об'єкті, має на увазі поєднання якісного і кількісного способів для забезпечення максимального комфорту споживача і економії газу.

Джерело водопостачання об'єкта - індивідуальна свердловина. Підготовка води для підживлення системи опалення та на господарсько-питні потреби здійснюється в станції підготовки води (рис. 4), що складається з наступних компонентів:

1. Мультимедійний фільтр від механічних домішок 50-30 мікрон (механічна очистка).
2. Обробка води в установці зм'якшування і знезалізнення води (зм'якшування, знезалізнення).
3. Мультимедійний фільтр сорбційного очищення з активованим вугіллям (видалення запаху сірководню).
4. Тонка чистка води на механічному фільтрі у картриджі 20 мкм (додаткове очищення після вугільного фільтра і ємкості запасу води).
5. Система знезараження ультрафіолетом (видалення вірусів, бактерій).
6. Питна система «Зворотного осмосу» (отримання питної води). Встановлюється на кухнях.

 
Чи треба говорити про важливість якості споживаної нами води? Думаю, це і так всі чудово розуміють. А ось про необхідність підготовки води для котелень здогадуються далеко не всі, судячи з практики. Споживач розуміє про це тільки тоді, коли показуєш йому розпиляний навпіл теплообмінник котла, радіатор, термостатичний радіаторний клапан, змішувальний клапан, труби, робоче колесо насосів, і т.д.

При аналізі води зі свердловини були виявлені наступні показники:

1. Жорсткість води перевищує європейську норму в 3 рази.
2. Вміст заліза перевищує норму в 26 разів.
3. Лужність перевищує норму в 2 рази.
4. Каламутність перевищує норму в 4 рази.

У міському водопроводі ситуація трохи краща, хоча жорсткість і вміст заліза там все одно роблять воду непридатною для використання в якості теплоносія. Економія газу при установці водо - підготовчих станцій в наявності - при відкладенні накипу, окисленні заліза і скупченні механічного сміття на внутрішніх стінках теплообмінника котла, трубах, радіаторах і т.д. продуктивність системи падає в результаті погіршення теплообмінних і гідравлічних характеристик цього обладнання. В результаті, для того, щоб споживач отримав те ж кількість тепла, що й колись, котли спалюють додаткову кількість газу. Так може тривати до тих пір, поки ефективність всієї системи теплопостачання не стане рівною нулю (радіатори зовсім не гріють) або поки насоси не вийдуть з ладу в результаті тривалої роботи з нульовим витратою теплоносія. Тоді то і розпилюють повністю закупорені труби, арматуру, радіатори з вузьким прохідним перетином. Але головне - теплообмінники котлів, оскільки найактивніший процес відкладення накипу відбувається саме в котлі, де вода нагрівається об розпечену поверхню.

З метою енергозбереження та безпеки обслуговування всі труби та обладнання в котельні передбачені в теплоізоляції (рис. 2, 3 і 5). При відсутності теплоізоляції температура повітря в приміщенні котельні може досягати дуже високих значень (30-60 ° С), які, при нормативному 3-х кратному повітрообміні, перетворюються в колосальні втрати тепла і підвищена витрата газу.


Димарі котлів виконані з нержавіючої сталі, ізольовані скловатою і обшиті кожухом з нержавіючої сталі. При відсутності теплоізоляції на димоході, в тому числі на внутрішній його частині, існує ймовірність одержання серйозних опіків обслуговуючого персоналу і власників котелень. Крім того, при охолодженні димових газів вже у внутрішній частині димоходу, знижується їх температура, а це тягне за собою зменшення перепаду температур і густини між димовими газами і зовнішнім повітрям. В результаті зменшується природна тяга в димоході, що може призвести до її перекидання (димові гази йдуть по димоходу не вгору, а вниз) і попаданню диму в приміщення котельні. Звичайно, в котлах є захист і від таких випадків - це вбудований термостат димових газів.Але, щоб перезапустити котел, потрібно натиснути на відповідну кнопку розблокування термостата, і поки димар не буде виправлений - збільшена його висота або теплоізоляція - натискати на цю кнопку доведеться весь час.

Ну і нарешті, автоматика котельні (рис. 6 і 7) являє собою об'єднані в одну систему котлові контролери та погодні регулятори опалювальних контурів, головні функції якої полягають в наступному:

• Управління каскадом з 2-х котлів з 2-х ступінчастою пальником - 4-х ступеневу регулювання всієї потужності котельні.
• Управління 2-ма котловими насосами.
• Управління 3-ма контурами зі змішувальним клапаном за індивідуальними опалювальним графіками: опалення корпусів «А», «Б» і «В».
• Управління системою ГВП: 2 бойлера з індивідуальними насосами і датчиками температури, контур рециркуляції з насосом і датчиком температури.
• Управління 4-ма прямими контурами: опалення корпусу «Г», підігрів припливної вентиляції, підігрів басейну і контур теплої підлоги. Змішувальні клапана для теплої підлоги встановлені в розподільних шафах кожного з корпусів.

                  
Електропостачання котельні здійснюється за допомогою стабілізатора напруги (рис. 8), основне завдання якого захистити автоматику і насоси від виходу з ладу в результаті можливих стрибків напруги.

 
Сигнали про працююче обладнання і неполадки виводяться на ЩСІ (щит збору інформації, рис. 9). Загальний сигнал аварії виведений на зовнішню сторону зовнішньої стіни котельні допомогою світло-звукосигнального пристрою оповіщення. Аварійний сигнал подається в наступних випадках:

• Виявлення газу або диму в приміщенні котельні. При цій аварії припиняється подача газу на вводі газопроводу в котельну.
• Низький тиск води в котлової контурі.
• Відсутність полум'я в котлах при спробі їх розпалу.
• Перегрів котлів - температура теплоносія більше 100 ° С.
• Перекидання тяги в димоходах.

 
При будь-якому аварійному випадку потрібне втручання користувача для усунення неполадки і відновлення роботи котельні.

IV. Висновок

Підводячи підсумок нашої статті, хочу звернути вашу увагу на те, що ефективність і безпеку роботи сучасних підлогових газових котлів залежить в першу чергу від комплексу заходів з енергозбереження та диспетчеризації, передбачених у котельні, а вже потім - від ККД самих котлів, який серед аналогів різних виробників практично не відрізняється.