Блог / Новости 

Для отопления основным законом является утверждение, что потерянное зданием количество тепла должно быть компенсировано равным ему количеством тепла от системы отопления.
Каким бы сжатым не выглядело это утверждение, дело требуют комплексного технического подхода и широкого взгляда в хозяйственно-экономическом смысле.
В принципе, потери тепла здания должны сводиться к минимуму. Естественная граница лежит там, где потребности в комфорте и уюте начинают оставаться неудовлетворенными. Практика показывает, что потери тепла жилого дома на одну семью необходимо держать в пределах 80 Вт/м2 лишь за счет оптимального проектирования и конструкции. Потери тепла за год соответствуют, таким образом, количеству потребленного жидкого котельного топлива около 13 л/м2 или 1950 л при жилой площади 150 м2. Количество тепла, которое должна выработать теплопроизводящая установка, будет, конечно, превышать указанное значение, поскольку выработка и распределение тепловой энергии также сопряжены с потерями.

Основные принципы отопительной техники

1. Тепловые потери здания складываются из теплового потока через ограждающие конструкции (трансмиссионные потери тепла) и потерь за счёт инфильтрации воздуха в следствие негерметичности конструкции (потери инфильтрации). Обе величины можно определить расчётным путем на основании DIN 4701, Расчёт теплопотребности. Величина потерь тепла в значительной степени определяется разницей между температурой в помещении и температурой окружающей среды. Поскольку температура в помещении в общем случае в течении всего года поддерживается постоянной, в качестве определяющей величины выступает температура окружающего воздуха.

Требование а может быть выполнено двумя способами:

• Теплогенератор изменяет свою теплопроизводительность в соответствии с текущей величиной теплопотерь. Он работает непрерывно во всей области нагрузок от минимальной до максимальной. Этот «модулируемый» режим эксплуатации представляет собой наиболее удобный вариант, но несет за собой, к сожалению, значительные технические трудности, по крайней мере, в области снижения мощности. Так для рабочей области от –15оС (самый холодный день) при требуемой температуре в помещениях 20оС получается область регулирования равная 1/7. Столь широкая рабочая область ставит чрезвычайно высокие требования к горелке и системе отвода уходящих газов. По этой причине модулируемая работа в области малых мощностей практически лишена смысла.
• Теплогенератор работает с постоянной тепловой нагрузкой, соответствующей максимальным теплопотерям здания. Согласование по меняющимся теплопотерям достигается за счёт управления временем работы горелки. Такой режим эксплуатации называется «интермиттированным» (периодическим). Если, например, теплопотери здания при –15оС составляют 20 кВт, то в течение суток оно теряет 20 кВт 24 ч = 480 кВт•ч тепловой энергии. Горелка котла мощностью 20 кВт должна была бы работать 480 кВт•ч / 20 кВт = 24 часа, чтобы компенсировать эти теплопотери. Если теплопотери здания упадут в два раза, то есть до 240 кВт•ч, то время работы горелки также снизится наполовину, то есть до 240 кВт•ч/20 кВт = 12 часов. Так как такие системы регулирования не ставят особых требований ни к горелке, ни к системе отвода уходящих газов, то на практике встречаются почти только такие системы. Простой периодический режим работы, конечно, оборачивается более высокими потерями тепла от котла, так как из приведенного выше примера с 12 часами работы горелки за сутки следует, что оставшиеся 12 часов мощность котла не используется, но котел необходимо держать на уровне рабочей температуры, за счет чего возникают теплопотери. Именно отсюда стоит вести речь о «низкотемпературной отопительной технике», которую заслуживает подробного рассмотрения.

Требование 2 выполняется на практике таким образом, что нагретая в котле вода по трубопроводной системе подается к установленным в помещениях отопительным приборам, отдает там необходимое количество тепла и попадает затем назад в котел.
Если к отопительным приборам приходит поток воды с постоянной температурой и величиной расхода, то отдаваемая тепловая мощность также остается постоянной. Существует два пути изменения тепловой мощности:

• Изменяется площадь отопительных поверхностей. Этот способ в прошлом часто практиковали, отключая и снова включая некоторые группы отопительных приборов. Совершенно очевидно, что это обеспечивает лишь чрезвычайно неудовлетворительный и сопряженный вследствие неточности регулирования со значительными потерями тепла режим эксплуатации.
• Меняется температура отопительных поверхностей. При постоянной температуре подачи это достигается за счет дросселирования потока. Меньшее количество воды охлаждается в отопительном приборе сильнее, и средняя температура отопительной поверхности снижается.

Так функционируют, например, термостатные вентили на отопительных приборах. Таким образом, в принципе, возможно относительно точное регулирование теплоотдачи в области средних температур. Дросселирование, однако, наряду с рядом других ощутимых недостатков, ведет к возникновению большого температурного напора в отопительном приборе (напр. 90оС – 30оС = 60 К на Рис. 5а), что ведет в последствии к потере ощущения комфорта.
Значительно лучше по возможности избежать дросселирования потока и вместо этого изменять его температуру. Становится очевидно, что при одинаковой средней температуре поверхностей нагрева (60С) температурный напор равный 65–55 = 10 К значительно меньше, что становится заметно вследствие более комфортного ощущения климата в помещении. Термостатные вентили на отопительных приборах необходимо, однако, дополнительно предусматривать для компенсации независящих от наружной температуры притоков тепла (напр. от людей и приборов). На основе физико-математических взаимосвязей для любой наружной температуры можно определить соответствующую необходимую температуру в подающей магистрали.
Режим эксплуатации с переменной, «скользящей» температурой подачи представляет собой, в настоящее время, оптимальное выполнение второго принципа отопительной техники.

Система отопления и теплогенератор

До недавнего времени не представлялось возможным непосредственно в котле подготавливать воду с низкими температурами в соответствии с кривой отопления. В жидком котельном топливе содержится небольшое количество серы. В процессе горения сера вместе с кислородом образует оксид серы (SO2), который в свою очередь, вступает в реакцию с водяным паром и образует сернистую кислоту (H2SO3) или серную кислоту (H2SO4). Пока эти агрессивные среды пребывают в парообразном состоянии, они не опасны для материала котла. Но как только температура па-дает ниже точки росы для кислоты, что случается при температурах поверхностей около 50оС, начинается коррозионное воздействие на них.
Так возникла проблема, как поддерживать температуру котла выше критической области и, тем ни менее, обеспечивать температуры в соответствии со всей кривой отопления, то есть ниже 50оС. Для решения этой задачи был предложен смеситель отопительного контура.
С помощью такого смесителя можно установить температуру на любое значение между температурой подающей линии от котла и температурой в помещении. Таким образом, регулирование идет точно по кривой отопления, причем требуемое открытие/закрытие смесителя происходит с помощью электрического сервопривода. Электронное устройство управления и регулирования называется в этом случае погодозависимым.
Смеситель имеет три трубных подключения и называется 3-ходовым. При ближайшем рассмотрении соотношения потоков видно, что обратный поток возвращается в котел с той же температурой, которую он имеет на выходе из отопительного прибора. Это означает, что при наружной температуре около +7оС и кривой отопления как на Рис. 6 на котел подается обратный поток с температурой 42оС. При этом возникает опасность падения температуры поверхностей граничащих с областью подвода обратного потока ниже температуры точки росы. Чтобы избежать этого, необходимо приподнять температуру обратного потока перед входом в котел. Один из вариантов – замена 3-ходового смесителя на 4-ходовой. Управление и установка смесителя происходит с помощью погодозависимой автоматики так же, как и для 3-ходового смесителя.

Низкотемпературные и сверхнизкотемпературные котлы

Проблема снижения температур ниже точки росы, затронутая в предыдущем разделе, между тем уже нашла вполне удовлетворительное решение. Различные производители котельного оборудования обозначают, в основном, два пути:

• Использование материалов, устойчивых к коррозии. Среди таких материалов, прежде всего, выступают керамические покрытия на эмалевой основе, которые защищают металлические поверхности во всем котле или, по крайней мере, поверхности наиболее подверженные угрозе коррозии. Так как эти покрытия едва можно нанести без порообразования в них, в большинстве случаев котел может функционировать при минимальной температуре 45–55С.
• Управление температурой поверхностей за счет оптимизации теплового потока.

Котлы такой конструкции допускают плавное регулирование температуры котловой воды и характеризуются чрезвычайно низкими потерями охлаждения.
Новый закон об отопительных системах (HeizAnlV) называет такой режим работы «низкотемпературным», если рабочая область лежит между макс. 75С и 40С (или ниже) либо если поддерживается постоянная рабочая температура не выше 55С.

Соответственно котлы, которые выполняют эти условия, называются «низкотемпературными». Наряду с этим определением для котлов, которые могут эксплуатироваться при температурах ниже 40С, укоренилось обозначение «сверхнизкотемпературные котлы», которое относится, прежде всего, к котлам с двухслойными поверхностями нагрева.
Низкотемпературный и сверхнизкотемпературный режим работы котла требует соответствующего расчёта отопительных приборов. Уже установленных отопительных приборов существующих зданий, как правило, достаточно для плавно регулируемой работы до макс. 75С. Для области постоянной температуры при макс. 55С конечно нужно было бы увеличить отопительные поверхности примерно в 1,7 раза. Для внутрипольного отопления эти области температур пригодны в любом случае.

Экономия энергии при использовании низкотемпературного котла

В качестве критерия оценки теплотехнической эффективности котла часто используется величина потерь с уходящими газами, которая характеризует количество тепла, уходящее через дымовую трубу.
В рамках закона об экономии энергии эти потери ограничены некоторой максимально допустимой величиной. Контроль осуществляется уполномоченным для этого трубочистом округа.
Для полной оценки отопительного котла только величины потерь с уходящими газами далеко недостаточно. Как правило, потери охлаждения котла имеют существенно большее значение. Эти потери зависят от конструкции котла, качества теплоизоляции и, прежде всего, от рабочей температуры котловой воды. Так, например, потери охлаждения котла при снижении этой температуры от 80оС до 48оС уменьшаются почти в 3 раза.
Если учесть, что на территории ФРГ средняя температура наружного воздуха во время отопительного периода лежит в пределах +5оС…+7оС, становится ясно, что при кривой отопления и соответствующим образом работающем низкотемпературном или сверхнизкотемпературном котле возможно достижение значительной экономии энергии.
Все взаимосвязи можно охватить расчётным путем с использованием так называемого годового эксплуатационного к.п.д. Точный расчёт сопряжен, однако, с некоторыми трудозатратами, поэтому в данной работе не приведен.

Современная отопительная система состоит из следующих компонентов:

• Теплопередающие отопительные поверхности, рассчитанные на температуру подающей магистрали макс. 75С.
• Низкотемпературный либо сверхнизкотемпературный котел с погодозависимым управлением и интегрированной системой нагрева воды для нужд ГВС.
• Термостатические вентили на отопительных приборах для исключения влияния внутренних источников тепла в помещении.
• Технические и строительные мероприятия для обеспечения возможности использования в дальнейшем дополнительных энергоносителей, например, твердого топлива, как дополняющих либо в комбинированном режиме.

С точки зрения надежного и экономичного энергоснабжения особое значение имеет последний пункт. Без сомнения, вследствие ценообразования по законам рыночной экономики и отсутствия всякого бремени базисной цены такие энергоносители, не требующие трубопроводных систем для транспортировки, будут иметь особое значение в будущем.