Децентрализирани отоплителни системи

Видове, основни елементи, принципи при оразмеряването им

Децентрализацията на сградните отоплителни системи са основен начин за постигане на точно и справедливо разпределение на разходите за отопление и горещо водоснабдяване между абонатите в централно топлоснабдени сгради. Посредством апартаментните абонатни станции някои процеси от централната абонатна станция се изнасят в отделния апартамент. Подготовката на горещата вода, например, би могла да се извърши в конкретния апартамент, в който се използва, а не централизирано за всички апартаменти, без значение дали консумират гореща вода в момента или не.

Друго предимство е възможността индивидуално да се задава температурата на горещата вода за всеки апартамент в зависимост от желанието на ползвателя, без това да зависи от останалите потребители. При децентрализираните сградни отоплителни инсталации става възможно чрез апартаментни топломери да се отчита реално консумираната топлинна енергия от всеки отделен апартамент, без значение дали енергията се използва за отопление или за подготовка на гореща вода. По този начин се постига коректно определяне на изразходваната от отделните потребители енергия чрез измерване на реално потребената топлинна енергия, а при присъединяване или изключване на отделен апартамент не се нарушава комфортът на останалите консуматори в сградата.

Източници на топлинна енергия

При децентрализираните отоплителни системи източникът на топлинна енергия може да бъде индиректна топлофикационна абонатна станция, директно-присъединена станция или котелна инсталация.

Като основни предимства на децентрализираните системи се изтъкват приложимостта, както при новостроящи се, така и при саниране на стари сгради. Системата е независима като източник на енергия, отличава се с ниски инсталационни разходи, минимални топлинни загуби от тръбите, отсъствие на необходимост от рециркулация на горещата вода, индивидуално управление на топлоотдаването във всеки апартамент, индивидуално отчитане на изразходваната топлинна енергия, приоритетно управление на битовото горещо водоснабдяване и други. Основен елемент на всяка децентрализирана отоплителна система е апартаментната абонатна станция.

Система с газов

или нафтов котел

Принципна структура на такава система е показана на фиг. 1. Основните компоненти на системата са котел, буферен резервоар, захранваща помпа, циркулационна помпа, апартаментна абонатна станция, байпас и тръбопроводи.

Котел. Препоръчително е използването на кондензационен котел, с оглед постигането на висока енергийна ефективност. Връщаната температура не трябва да превишава 57 оС, подходяща за кондензационния котел. Тези условия са постижими с подходящо оразмеряване на отоплителната инсталация и използването на подгреватели за горещата вода, твърдят специалисти. Обикновено температурата от котела се управлява в зависимост от външната температура. През лятото, когато има нужда само от гореща вода, минималната температура от котела трябва да е 60 - 65 оС, за да се гарантира производството на гореща вода.

Буферен резервоар. Изпълнява две основни функции. Първата е да работи като топлинен акумулатор, редуциращ върховите товари на битовото горещо водоснабдяване, и да предотвратява понижаване на комфорта, когато котелът не би могъл нормално да достигне достатъчна мощност. Втората функция е да предпазва котела от чести включвания при промяна на товара. Това се отразява върху живота и ефективността на котела и редуцира вредните емисии. При специфични условия в големи системи и системи със значителен обем на тръбите не се изисква използването на буфурен съд.

Захранваща помпа. Обикновено автоматично е свързана с горелката и не се изключва, докато температурата на буферния резервоар не достигне желаната стойност. Не е необходимо помпата да се управлява с честотен преобразувател.

Циркулационна помпа. Желателно е циркулационната помпа да се управлява с честотен регулатор, следящ диференциалното налягане в инсталацията. Работата на помпата би могла да се задава от трансмитер на диференциално налягане, монтиран на най-неблагоприятното място в системата. Възможно е също така помпата да се настрои на постоянно налягане. Посредством допълнителен външен сензор за диференциално налягане, на помпата се задава да работи при изискуемо специфично минимално диференциално налягане. При работа в режим на управление - постоянно налягане, този параметър се поддържа константен в точката на измерване.

Управление на помпата. За голям брой приложения е препоръчително помпата, транспортираща водата в системата, да е електронна. Обикновено на традиционните помпи с вграден честотен регулатор са необходими само няколко минути, за да преминат от най-ниска към най-висока честота на въртене. Алтернативното решение с използването на помпи, управляващи по постоянно налягане, е много полезно и функционално решение в практиката.

Апартаментна абонатна станция. Възможно е използването на различни типове абонатни станции, според конкретните изисквания. Обикновено мощността им за отопление е около 15 kW, а за БГВ около 41 kW.

Байпас. Функцията на байпаса е да осигурява подгряване на захранващите тръби, така че през лятото да не се чака твърде дълго за гореща вода. Поставяйки байпаса по показания на фиг. 1 начин, ще се предотврати значително увеличаване на общите разходите, тъй като дебитът е сравнително малък. Алтернативен начин за поставяне на байпас е в апартаментната абонатна станция във всеки апартамент. Това би довело до намаляване на чакането за гореща вода с няколко секунди. Предлагат се и абонатни станции, при които няма нужда от такъв байпас. При тях се използва многофункционален регулатор, който осигурява необходимия дебит през системата във всеки апартамент, така че да може да се консумира гореща вода веднага.

Тръби. Децентрализираните отоплителни инсталации се изграждат с различни типове тръби. Препоръчително е тръбите да бъдат изолирани.

Система, индиректно свързана

към топлофикационната мрежа

Принципна схема на такава отоплителна система е показана на фиг. 2. Компоненти на системата са топлофикационна абонатна станция, буферен резервоар, циркулационна помпа, управление на помпата, апартаментна абонатна станция, байпас и тръбопроводи.

Топлофикационна абонатна станция. Следва да се проектира и да се произведе в съответствие с препоръките на местното топлофикационно дружество, в зависимост от налягане, температури и други. Обикновено подаваната температура се управлява в зависимост от външната температура.

Буферен резервоар. При топлофикационните системи обикновено не се използва беуферен резервоар, освен при определени специфични условия. За разлика от системата с котел, буферният резервоар тук играе ролята на “дебела тръба”, осигуряваща акумулиране на топлинна енергия, от което следва, че захранваща помпа не е необходима.

Циркулационна помпа. Желателно е тази помпа да бъде управлявана с честотен регулатор, следящ диференциалното налягане в инсталацията. Принципът на работа не е по-различен от описания при системите с котли. Управлението на помпата, апартаментната абонатна станция, байпаса и тръбите са идентични с описаните при системите с котли.

Система, директно свързана

към локалната

топлофикационна мрежа

В този случай помпите, управлението им и буферният резервоар не са необходими, тъй като локалната топлофикационна мрежа притежава необходимата акумулирана мощност в обема на тръбите, за да отговори на промените в топлинния товар.

Дебит на помпата и размер

на тръбите

Основните етапи, през които преминава оразмеряването на елементите, изграждащи децентрализираните системи, са определяне дебита за помпата и размера на тръбите; определяне мощността на котела или топлообменника в основната абонатна станция и определяне обема на буферния съд.

Общият дебит се формира от дебита за отоплявания контур и дебита за подгревателя за битово горещо водоснабдяване от всеки апартамент, като се вземат предвид условията - във всяка апартаментна абонатна станция регулаторът поддържа приоритет на горещата вода, както и изходната мощност на подгревателя на горещата вода е 35kW - 41 kW. Максималният дебит ще се достигне през лятото или през зимата в зависимост от зададените параметри. Обикновено параметрите за зимни условия се използват при определяне размера на основните захранващи тръби, а летните параметри - за връзките на отклоненията.

За разлика от лятото, когато е необходим дебит само за подгряване на горещата вода, зависещ от подаващата температура, през зимата дебитът се състои от част за отопление и част за БГВ. Дебитът за отопление се определя от топлинните загуби на апартамента и Dt на отоплителната система. Отчита се и т.нар. коефициент на едновременност за БГВ, който показва, че част от общия брой апартаменти консумират гореща вода едновременно. Приема се, че в същото време останалите апартаменти ще използват дебит само за отопление.

Ето защо дебитът се изчислява по формулата Qобщо = nfQбгв+Qотопление, където n е броят на апартаментите, f е коефициент на едновременност, Qбгв е дебитът за БГВ през топлообменника в апартаментната абонатна станция при зададените параметри, а Qотопление = Фотопление/Dt1,163 е дебитът за отоплителната система, където Фотопление са топлинните загуби за апартамент и Dt е температурната разлика между подавания и връщания топлоносител в отоплителната система.

Размерът на тръбите се определя от максималния дебит във всеки отделен клон. Критериите, които се съблюдават, са - за основните захранващи тръби скоростта на водата v = 1 m/s и загубите на налягане в тръбите Dp = 100 Pa/m. За по-късите тръби (<2m) - v < 1 m/s, като се допускат по-големи загуби на налягане на метър.

Мощност на котела или

топлообменника

Мощността се изчислява в зависимост от това дали в системата се използва буферен съд, играещ ролята на топлинен акумулатор. Обикновено такъв буфер се използва при котелните инсталации и много рядко при индиректно присъединена абонатна станция.

Когато системата е без буферен съд, мощността на топлообменника в абонатната станция се изчислява, като се вземат под внимание мощността за отоплителния контур и контура за БГВ.

В системи, където се използва буферен съд, за определяне на мощността на котела или на топлообменника, като основа за изчисленията се приема максимумът на необходимата мощност за отопление и БГВ. При по-малък брой апартаменти необходимата мощност за БГВ е обикновено по-голяма от тази за отопление, и обратно - при системите с по-голям брой апартаменти необходимата мощност за отопление е по-голяма от тази за БГВ. Следва да се отбележи, че когато се използва много голям буферен съд, като основа за изчисляване на мощността на котела се използва мощността на отоплителния контур, дори когато мощността за БГВ е по-голяма. Такъв е случаят при соларните системи, където се изисква по-голям буферен съд за по-добро утилизиране на топлината от соларния елемент.

Обем на

буферния съд

Както вече бе споменато, основната функция на буферния съд е да играе ролята на акумулатор на топлина, който бързо да компенсира промените в товара на системата при консумация на гореща вода на проточен принцип във всеки апартамент.

При системите с котел буферният съд прави работата на котела по-плавна, без голям брой включвания и изключвания. Това, от своя страна, води до по-дълъг експлоатационен живот на котела и намаляване на вредните емисии. Размерът на буферния съд се определя в зависимост от продължителността на върховото натоварване при консумация на битова гореща вода. Изчисленията се базират на предположението, че температурният сензор е поставен на разстояние 2/3 от горната част на буферния съд. Обемът на буферния съд се изчислява по формулата: V = 1,5nQбгв + у, ?ъдето ? е времето на върховия товар в секунди.

Апартаментна абонатна

станция

Използват се различни типове станции, които имат съответни максимални мощности за отопление и БГВ. Решаващи при избора на апартаментна абонатна станция са загубите на налягане през съответната станция. Информацията за тях би могла да се намери в техническите проспекти на съответните модели.

Загуби на налягане

в системите

За системите с котел, показани на фиг. 1, помпата 4 трябва да преодолее съпротивленията в апартаментната абонатна станция, в топломера, в тръбите и фитингите, а също така и в буферния съд: DPпомпа4 = DPапартаментна станция + DPтопломер + DPтръби + DPбуферен съд. Втората помпа 3 в котелната инсталация, която обслужва котела и буферния съд, трябва да преодолее следните съпротивления: DPпомпа3 = DPкотел + DPтръби + DPбуферен съд.

За топлофикационните системи, показани на фиг. 2, помпата трябва да преодолее съпротивленията в апартаментната абонатна станция, в топломера, в тръбите и фитингите, в буферния съд, а също така и в топлообменника в топлофикационната абонатна станция: DPпомпа = DPапартаментна станция + DPтопломер + DPтръби + DPбуферен съд + DPтоплообменника.

Загубите на налягане в буферния съд са пренебрежимо малки и могат да не се отчитат при оразмеряването. Размерът на загубите на налягане в апартаментната абонатна станция се приема като стойност, загубите на налягане в топломера и тези в котела се взимат съгласно техническите проспекти на производителя.

Загубите на налягане в тръбите и фитингите се пресмятат съгласно методите за изчисляване на тръбни инсталации, но достатъчно точно изчисление може да се направи и по формулата: DPтръби’ = (100Pa/mL)1,3, където L е дължина на тръбите и 30% е допустимото съпротивление на фитингите.