10806

А.Н. Татарникова, С.В. Тимофеев, О.В. Горшенина

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВЕННООТОПИТЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ С ПАРОВЫМИ КОТЛАМИ ДЕ 25/14

В последние годы наблюдается существенный рост потребности в энергетических ресурсах, что создает необходимость повышения энергоэффективности действующих теплогенерирующих установок.

Наиболее высокого уровня энергоэффективности котельной можно достигнуть только за счёт комплексного подхода к решению конструктивных, технологических, технико-экономических и экологических проблем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-оптимизация методов сжигания топлива;

-оснащение автоматизированной системой управления котлом;

-качественная докотловая обработка воды.

Одним из принципиальных отличий традиционных российских паровых котлов от жаротрубных моделей европейских производителей является объемная топочная камера короткой длины. К тому же данные котлы негазоплотные и работают под разрежением, создаваемым дымососами. Таким образом для эффективного применения горелочного оборудования CIB UNIGAS необходимо было адаптировать форму пламени, уменьшив его длину без снижения качества сжигания топлива. Поэтому было найдено оригинальное решение, отвечающее всем требованиям рынка, – вместо одной горелочной трубы на корпус горелочного устройства был установлен коллектор из 4 горелочных труб. Данное решение позволило получить вместо одного факела четыре меньшей мощности. Также большое внимание было уделено и обеспечению щадящего режима работы котла при его «холодном» пуске. Данный режим, при необходимости, активируется переключателем на панели управления горелкой и позволяет вывести котел на номинальную нагрузку за длительный промежуток времени, при этом происходит постепенный прогрев обмуровки котла, что продлевает срок его службы.

На данный момент на территории России и стран СНГ реализовано несколько десятков реконструкций различных моделей котлов данной серии различных производителей, работающих как в паровом, так и в водогрейном режимах, с применением горелочных устройств CIB

210

UNIGAS, полученный опыт позволил сформировать список предварительных настроек под каждый тип котла.

Основными преимуществами применения горелочных устройств CIB UNIGAS при реконструкции котлов типа ДЕ являются: 1. Автоматизация процессов работы горелочного устройства, в том числе можно выбрать модификацию горелочного устройства в модулируемом исполнении, дополнительно к нему поставляется датчик давления (для котлов, работающих в паровом режиме), либо датчик температуры (для котлов, работающих в водогрейном режиме). Оператору требуется только выбрать необходимое давление, либо температуру и горелочное устройство будет поддерживать данную установку в автоматическом режиме.

2.Качественное сжигание топлива во всем диапазоне мощности от

30до 100 %.

3.Экономия расхода топлива, за счет увеличения КПД котла во всем диапазоне мощности за счет снижения потерь с уходящими дымовыми газами.

4.Возможность оптимизации штата сотрудников, необходимого для работы с горелочным устройством, за счет автоматизации процессов работы оборудования [1].

Для реконструкции автоматики паровых котлов ДЕ рассмотрим технологию экономного и экологически чистого сжигания топлива «Факел». Предусматривается автоматическое управление котлом: с автоматическим розжигом горелок, с коррекцией подачи воздуха на горение по анализам продуктов сгорания и частотным регулированием скорости вращения электродвигателей (ЧРП) тягодутьевого оборудования (рис.1). Операторы котельной могут вмешиваться в работу автоматики, переводя ее из режима «Автомат» в режим «Ручной».

Система автоматики безопасности и регулирования котла построена на базе микропроцессорного устройства управления котлами, печами сушилками (контроллере) АГАВА 6432. Контроллер АГАВА 6432 при работе на газовом или жидком топливе в соответствии с руководством по эксплуатации на котел, федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности, техническими регламентами РФ и ТС в области безопасности, СП 62.13330.2011, СП 89.13330.2012, ГОСТ Р

54961-2012, ГОСТ 21204-97 обеспечивает:

- автоматическую проверку герметичности газовых клапанов, - автоматический розжиг горелки котла на газе,

- защитное отключение горелки при наступлении одного из событий: - повышении/понижении давления газ; - понижении давления жидкого топлива перед горелкой;

- понижении давления воздуха перед горелкой; - понижении разряжения в топке;

211

-повышении уровня в барабане котла выше верхнего аварийного;

-понижении уровня в барабане котла ниже нижнего аварийного;

-повышении давления пара в барабане котла;

-погасании факела горелки или запальника;

-отключении дымососа;

-отключении дутьевого вентилятора;

-прекращения подачи электроэнергии или исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения.

-послеаварийную вентиляцию топки не менее 10 минут [2].

Рис.1 Функциональная схема котла ДЕ с автоматикой «Факел»

Большое значение при эксплуатации котла ДЕ 25/14 имеет качественная докотловая обработка воды. Водоподготовка может проводиться следующими способами:

-ионный обмен;

-обратный осмос;

-электродиализ;

-безреагентная обработка.

Из всех перечисленных способов для рассматриваемой котельной предлагаем метод обратного осмоса. Данный метод предусматривает пропускание подпиточной воды через полупроницаемую мембрану. Качество получаемой жидкости во время такой водоподготовки очень высокое, поскольку через мембрану могут пройти только молекулы воды. Все примеси преодолеть этот барьер не могут.

Обратный осмос - относительно новый метод подготовки воды, позволяющий не только снизить ее жесткость, но и понизить общую

212

минерализацию, в последние годы составил серьезную конкуренцию ионному обмену.

При определении экономической эффективности замены Naкатионирования обратным осмосом очень важно помимо учета затрат на эксплуатацию установок различных типов оценить эффективность работы котлов на воде, прошедшей различные системы фильтрации:

-вода, прошедшая систему Na-катионирования имеет примерно тот же уровень минерализации, что исходная

-обратный осмос позволяет не только умягчить воду, но и снизить ее общую минерализацию до значений 10-100 мг/л

При низких минерализациях питательной воды, котел работает в режиме, при котором потери на его продувку минимальны, а, следовательно, минимизированы и затраты топлива для выработки требуемых объемов пара.

Главным доводом в пользу обратного осмоса является уменьшение в 5-10 раз объемов продувок котла при его работе на деминерализованной воде.

Установка обратного осмоса включается в схему ХВО 2-мя способами – в качестве замены 1-й или 2-й ступени Na-катионирования:

-в первом случае обратный осмос отсекает основную часть примесей воды. Ввиду этого большая часть эксплуатационных затрат ХВО ложится на установку обратного осмоса.

-во втором варианте установка обратного осмоса заменяет 2-ю ступень Na-катионирования. Учитывая то, что в установку обратного осмоса поступает умягченная вода после 1-й ступени, увеличивается срок эксплуатации сменных элементов системы обратного осмоса.

Ввиду того, что на рассматриваемую котельную требуется большое количество химически обработанной воды принимаем второй вариант применения обратного осмоса [1].

Подводя итоги, можно отметить, что внедрение современных технологий повысит эффективность функционирования котельной, в том числе: снизит потребление энергоресурсов, улучшит экологические условия эксплуатации, повысит производительность оборудования, снизит влияние человеческого фактора в производственном процессе, повысит надежность, оперативность управления технологическим процессом и культуру производства.

Литература

1.Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ [Электронный ресурс]: https://www.cibunigas.com

2.Автоматизация паровых котлов ДЕ с системой энергосбережения «Факел» [Электронный ресурс]: http://uranspb.ru

213

В.В. Сухов, С.В. Телешев.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОДНОТРУБНЫХ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

В последнее время в России стали применять двухтрубные системы водяного отопления в виду появления в качестве регулирующих устройств у отопительных приборов автоматических термоклапанов, однако однотрубные системы водяного отопления так же находят применение в гражданских зданиях. Указанные системы имеют ряд специфических особенностей, которые должны быть учтены при их конструировании.

Конструирование различных систем водяного отопления начинают с размещения теплового пункта, служащего для присоединения их к источнику теплоты. Тепловой пункт обычно размещают в центре тепловой нагрузки для конструирования симметричной её схемы.

Схемы присоединения систем отопления разделяют на зависимые без смешения воды, зависимые со смешением воды и независимые. Выбор схемы присоединения систем отопления к тепловой сети осуществляют, прежде всего, по параметрам теплоносителя на вводе в здание и характеристикам внутренних систем водяного отопления.

Для пропуска теплоносителя применяют металлические, неметаллические, металлополимерные трубы. Стальные электросварные трубы выпускают со стенками различной толщины: легкие, обыкновенные, усиленные.

Для компенсации температурных удлинений вместо П-образных компенсаторов стали применять сильфонные компенсаторы.

Принцип действия сильфонных компенсаторов основан на компенсации температурного удлинения трубопровода. Под воздействием температуры теплоносителя на трубопровод, сильфон сжимается и разжимается, позволяя трубопроводу оставаться в первоначальном положении: при увеличении температуры теплоносителя сильфон сжимается, при понижении – растягивается. Применение сильфонных компенсаторов позволяет свести к минимуму деформацию трубопровода и продлить срок эксплуатации системы. Компенсатор устанавливают между двумя неподвижными опорами, также обязательно расстановка скользящих и направляющих опор, которые позволяют сохранить соосность и направить перемещения трубопровода линейно, на данном участке не допускается наличие врезок. Температурное удлинение этого участка должно соответствовать компенсирующей способности компенсатора.

214

Однотрубные вертикальные и горизонтальные системы отопления с терморегуляторами на подводках к отопительным приборам проектируют при отсутствии требований к температуре охлажденного теплоносителя, при наличии – с обязательным соответствующим автоматическим обеспечением теплового пункта. Для поквартирного учета потребленной теплоты проектируют однотрубные системы отопления с поквартирными приборными ветками и рекомендованным расположением тепломеров за пределами квартир.

Однотрубные системы водяного отопления без терморегуляторов на подводках к отопительным приборам, либо отдельные стояки и приборные ветки применяют для зданий и групп помещений, имеющих другие приоритетные системы обеспечения микроклимата с компенсацией теплопотерь более 50 %; для вспомогательных помещений, например, лестничных клеток; при использовании нормативно разрешенного теплоносителя с температурой, превышающей границу рабочих температур терморегуляторов.

Однотрубные периметральные поквартирные приборные ветки показаны на рис. 1.

Рис.1. Схема периметральной поквартирной однотрубной приборной ветки системы отопления: 1 - отопительный прибор; 2 - трубопровод системы отопления

Магистральные стояки в таких системах лучше всего располагать для удобства за пределами квартиры – в коридорах, лестничных площадках и т.п. Стояки рекомендуется прокладывать в специальных шахтах или желобах. Прокладка труб квартирной ветки осуществляют по периметру квартиры. Трубы прокладывают над обычном плинтусом или декоративным специальным плинтусом высотой 70...100 мм и шириной до 40 мм, предназначенным либо для трубопроводов, либо для трубопроводов и электрических коммуникаций. Обвязку отопительных приборов применяют односторонней боковой либо двусторонней по схеме «сверхувниз». Терморегуляторы располагают на противоположной от балконной двери стороне отопительного прибора. Недостатком плинтусной

215

прокладки труб является сложность прохождения внутрикомнатных дверных проемов (при некоторых планировках квартир) и необходимость образования порогов в проемах балконных дверей высотой не меньше высоты декоративного плинтуса. Решение сходных проблем требует и прокладка труб в штрабах стен.

Расположение магистральных стояков в разных точках для схем на рис. 1 в двух- и больше квартирных секциях зданий экономически обосновано. Основой расчета является стоимость труб и фитингов. По приблизительной оценке при увеличении диаметра в 2 раза стоимость труб возрастает в 2,5...3 раза, фитингов – в 3...10 раз в зависимости от материала изготовления.

Проектирование систем отопления по вышеприведенным схемам приводит к уменьшению протяженности магистральных труб, которые являются наибольшего диаметра; снижению непроизводительных потерь теплоты в необогреваемых помещениях, в которых они проложены; упрощению поэтажного и посекционного ввода в эксплуатацию здания.

Схема прокладки магистральных труб в подвале, либо на техническом этаже для таких систем показана на рис.2а.

Магистральные трубы вертикальных систем водяного отопления прокладывают с верхней, смешанной или нижней разводками. Такие магистрали рекомендуют проектировать, как правило, тупиковыми (рис. 2б,2в,2г), поскольку они более экономичны, чем магистрали с попутным движением теплоносителя (рис.2д).

Для девяти- и более этажных зданий с одинаковыми секциями применяют посекционную схему прокладывания магистралей согласно рис.2в с общим тепловым пунктом, что определяют техникоэкономическим сравнением вариантов.

При соответствующей ориентации фасадов здания дополнительной экономии тепловой энергии, в особенности при неиспользовании подстояковых автоматических регуляторов перепада давления и регуляторов расхода, достигают применением систем отопления с пофасадным автоматическим регулированием расхода теплоносителя. Схема разводки магистралей таких систем показана на рис.2г.

При одинаковых тепловых нагрузках стояков магистрали могут прокладывать с попутным движением теплоносителя по схеме на рис.2д. Таких систем следует избегать из-за повешенной протяженности магистральных трубопроводов.

Отдельные ветки системы отопления для помещений разного назначения проектируют соответственно действующим нормативам.

216

Рис.2. Схемы нижней (верхней) разводки магистралей систем отопления: а - тупиковой с поквартирными ветками; б - тупиковой; в - тупиковой посекционной; г -

тупиковой пофасадной; д - с попутным движением теплоносителя

Литература

1.Внутренние санитарно-технические устройства.: ч. 1. Отопление / В.Н. Богословский [и др.] отв. ред. И.Г. Староверов, Ю.П. Шиллер; - 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 344 с.

2.Махов, Л.М. Отопление.: Учеб. для вузов / Л.М.Махов. - М.: Изд-

во АСВ, 2015. – 398 с.

3.Пырков, В.В. Особенности современных систем водяного отопления / В.В. Пырков. - Киев.: ІІ ДП «Такі справи», 2003. – 276 с.

4.Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование.– Киев.: ІІ ДП «Такі справи», 2007. – 252 с.

5.СП 60.13330.2016. Свод правил. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01- 2003/ Минрегион России, - М.: ФАУ «ФЦС», 2012. – 76 с.

6.Сильфонные компенсаторы, каталог завода - изготовителя ПП

ООО"Хортум".

217

К. С.Томилина, А.С. Жарнаков

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В АКВАПАРКЕ

В данном докладе будут описаны всевозможные виды энергосбережения, которые могут найти широкое применение при реализации проектов аквапарков. Необходимость исследования обусловлена желанием сэкономить не возобновляемые источники энергии, заменив их современными технологиями в сфере строительства.

Исключительно для всех аквапарков, а для крытых – особенно, характерна высокая степень энергопотребления. Желание сэкономить на оборудовании, запустить объект в эксплуатацию как можно быстрее с целью скорейшей «отбивки» финансовых вложений практически всегда приводит к плачевным результатам: очень скоро появляются проблемы, решить которые далеко не всегда представляется возможным.По большому счету, бассейны и аквапарки вообще не относятся к объектам экономии, т.к. любые попытки сэкономить на инженерной части проекта могут обернуться бедой, а то и трагедией, ведь на кону здоровье тысяч людей.

Стоит ли говорить о том, что допущение любых нарушений в плане требований поддержания надлежащего микроклимата в аквапарке просто немыслимо. Именно поэтому инженерная часть как небольшого, так и крупного аквапарка составляет более половины (до 60%) общей стоимости капитального строительства объекта.

Экономия в отношении центров водных развлечений допустима и возможна лишь в одном смысле – когда еще при их проектировании закладываются энергосберегающие технологии. Только это является гарантией заметного сокращения затрат на эксплуатацию аквацентров, требующих колоссальных материальных расходов на энергообслуживание,

в т.ч. по теплоэнергетике. Энергосберегающие технологии в аквапарке

не только упрощают весь процесс обслуживания, но и уменьшают расход химических реагентов, снижают общий расход потребляемой электроэнергии и т.д. То есть они реально оптимизируют затраты на потребляемые ресурсы. Это дает гарантию, что объект будет более прибыльным, а значит, окупаемость аквапарка произойдет быстрее в разы.

Внедрение энергосберегающих технологий при строительстве аквапарка тем более актуально, что таким объектам, как уже было сказано, характерна высокая степень энергопотребления, а тенденция к увеличению стоимости природного газа, электроэнергии и прочих ресурсов

218

просматривается достаточно четко. То есть применение энергосберегающих технологий диктует само время.

Современная наука знает немало способов энергосбережения, которые можно применить в аквапарках (и уже активно применяется). Например, использование солнечной энергии, которая в летний период может вполне заменить традиционные источники энергии (конечно, заявляя об этом, приходится учитывать климатические условия регионов). Солнечные нагреватели воды в бассейнах сокращают потребление первичной энергии до 40%. Эти технологии успешно используются в аквапарках США, ФРГ, Австралии.

Впоследнее время во всем мире получают приоритет куполообразные конструкции при строительстве аквапарков. Они способны обеспечить существенное энергосбережение за счет многих факторов (солнце, вода, накапливаемая во время дождей или таяния снегов, и т.д.).

Еще один очень простой способ сбережения энергии, а значит, более эффективной (экономной) эксплуатации бассейнов в аквапарках, является применение современных покрытий (полимерных, в виде жалюзи, пузырьковых пленок и др.). Это особенно актуально для бассейнов, расположенных под открытым небом. Покрытия отлично решают проблему испарения и естественного охлаждения воды. Расчеты показывают, что 2 часа в открытом состоянии равняются 22-м часам в закрытом (под покрытием). При этом теплопотребление с 208 кВт снижается до 102 кВт.

Входе эксплуатации аквапарков выявляются многие места, где инженеры находят возможности для внесения изменений, несущих с собой сбережение энергии. На первый взгляд, они незначительны, но экономию энергоресурсов обеспечивают нешуточную. Например, уменьшение сопротивления трубопровода, в т.ч. использование «колен» вместо угловых переходов. Или 30% экономия энергии в результате внедрения насосов с регулятором частоты (экономия обеспечивается за счет понижения скорости вращения двигателя). Таких примеров много. Энергосбережение налицо, а ведь речь пока идет не о высоких технологиях, а о простейших достижениях науки и техники.

Если говорить о более глобальных технических прорывах в сфере энергосбережения, то стоит сказать о такой разработке ученых и инженеров, как климатические системы с программным управлением. Об аквапарках иногда говорят как о заводах по производству воды и климата, так вот эти системы – сердце этих заводов.

С помощью климатических систем с ПУ в аквапарках реализуется в комплексе 5 функций:

воздушное отопление;охлаждение воздуха;

219