Снижение затрат при использовании новой схемы подключения пластинчатых теплообменников в системах горячего водоснабжения — Как сделать самому?
Исторический экскурс.
Издревле в условиях Российского бытия применяются кожухотрубные теплообменники (типа ОСТ) в системах теплоснабжения, в том числе и для приготовления горячей воды для населения. Широкое приме-нение их обусловлено относительной простотой изготовления, они могли производиться в условиях практи-чески любого механического производства. Однако когда речь заходит об их технических и эксплуатацион-ных свойствах, то возникает масса вопросов о целесообразности дальнейшего их применения для водяных систем теплоснабжения.
Самые главные недостатки кожухотрубных теплообменников это крайне низкий коэффициент теп-лопередачи и как следствие высокие массогабаритные показатели. Т. е. для обеспечения высокого тепло-съема, требуется устанавливать многосекционные конструкции, имеющие большой вес и занимающие большую площадь. Это естественным образом сказывается на цене самих теплообменников стоимости их монтажа и обслуживания.
Появление в 80 годах прошлого столетия в России пластинчатого теплообменника было подобно эффекту разорвавшейся бомбы. С одной стороны взрывная волна пробила брешь в стене технической кон-сервативности и пластинчатый теплообменник заявил о себе как об эффективном средстве передачи теп-ла. Но были и пострадавшие от взрыва — те, кто обожглись на неправильном подборе или неграмотной ус-тановке теплообменника. Но со временем нюансы сгладились, и пластинчатый теплообменник прочно за-нял свое место в Российских системах теплоснабжения.
Основное место использования пластинчатого теплообменника в коммунальном теплоснабжении на сегодняшний момент составляют системы горячего водоснабжения, где он эффективно вытесняет уста-ревший кожухотрубный теплообменник.
Принципы построения существующих схем горячего водоснабжения.
Сейчас в России существуют три основные схемы горячего водоснабжения (ГВС) в которых исполь-зуются теплообменники, это: параллельная одноступенчатая схема ГВС; двухступенчатая смешанная схе-ма ГВС; двухступенчатая последовательная схема ГВС.
Самая простая и самая соответственно недорогая это параллельная схема. Нагрев воды происхо-дит в одном теплообменнике. Теплообменник ГВС установлен параллельно системе отопление последова-тельно с регулирующим клапаном. Регулирование осуществляется одним регулирующим клапаном и за-ключается в поддержании постоянной температуры нагретой воды в зависимости от величины водоразбо-ра. Схема простая и надежная как автомат Калашникова. Однако при обычном подходе к подбору теплооб-менника (на температурный режим в точке «излома» температурного графика) для ГВС эта схема самая неэкономичная в плане расхода греющего теплоносителя. Т. е. по сравнению с двухступенчатой схемой объект, оборудованный параллельной схемой ГВС, будет потреблять больше теплоносителя при тех же самых нагрузках. Что при использовании такой схемы в масштабах города ведет к увеличению насосных станций и диаметров теплосетевых труб.
Для снижения расходов теплоносителя и соответственно затрат на его транспортировку Российские инженеры разработали двухступенчатые схемы позволяющие использовать тепло обратной воды системы отопления для предварительного подогрева исходной холодной воды. В основу положен принцип эконо-майзера и догревателя см. [2]. Т. е. приготовление воды горячего водоснабжения ведется на двух теплооб-менниках. Теплообменник первой ступени устанавливается на обратном трубопроводе системы отопления последовательно с ней. Он работает как экономайзер. В нем холодная вода подогревается до 30-40°С. За-тем подогретая вода подается во вторую ступень и догревается до требуемой температуры, обычно 60°С, горячим теплоносителем. Вторая ступень включается параллельно или последовательно системе отопле-ния в зависимости от схемы.
Применение двухступенчатых схем позволяет при одинаковой нагрузке ГВС экономить до 40% теп-лоносителя относительно его расхода для параллельной схемы. Это огромный плюс, так как помимо эко-номии теплоносителя в таких схемах температура «обратки» существенно ниже чем требуется по темпера-турному графику, что ведет к увеличению КПД источника тепла.
Однако по закону сохранения энергии: «если что-то где-то прибыло, то значит, что-то где-то убыло». Для работоспособности таких схем следует очень грамотно подбирать теплообменники, ведя увязку гид-равлического режима системы ГВС с системой отопления. Т. к. всегда первая ступень включена последовательно системе отопления и она является дополнительным «паразитным» сопротивлением для тепло-носителя системы отопления. Неправильный подбор теплообменников ГВС может привести не только к не-достатку горячей воды у жителей, но и к плохой работе самой системы отопления, что в принципе может вести аварийным ситуациям. Отсюда следует, что подбор оборудования для такой схемы ГВС должен вес-ти квалифицированный специалист, способный увязать ступени системы ГВС между собой, с системой оте-пления и с регулирующим клапаном.
И естественно двухступенчатые схемы ГВС более дорогие т. к. требуют для работы два теплооб-менника, кроме того затраты на монтаж двухступенчатой схемы ГВС также выше. Ее стоимость относи-тельно параллельной схемы выше в 2-4 раза в зависимости от соотношения нагрузок отопления и ГВС. Та-кое удорожание в основном дает теплообменник первой ступени, особенно это заметно при малой величи-не соотношения нагрузок. В этом случае расход холодной воды невелик, но для его нагрева через первую ступень должен пройти большой расход теплоносителя из системы отопления и второй ступени. Соотно-шение расходов в этом случае может достигать 5. Естественно габариты/стоимость первой ступени растут при практически неизменной мощности.
Как видно, что при всех плюсах двухступенчатых схем нагрева горячей воды существует и масса минусов. Ну, без этого в технике и не бывает. Как говорится, идеальных систем не существует. Но все-таки возникает вопрос: возможно ли создать такую систему горячего водоснабжения, которая сочетала бы в се-бе простоту и надежность эксплуатации параллельной схемы и экономию теплоносителя двухступенчатых схем? Попытаемся на него ответить.
Параллельная схема ГВС с заниженной температурой «обратки».
Вернемся к началу статьи, где велась речь об эффективности пластинчатого теплообменника. Что если для параллельной схемы использовать пластинчатый теплообменник, рассчитанный не как положено на точку излома температурного графика, а с существенным занижением температуры обратной воды? Причем такое занижение сразу позволяет эффективно снижать расход греющего теплоносителя
Начиная с температуры «обратки» в 25°С разница в расходах для параллельной и двухступенчатой смешанной схем становится незначительной. Теперь попытаемся понять, что дает такое использование пластинчатого теплообменника включенного по такой схеме. Во первых: это простая параллельная схема, во вторых: расход греющего теплоносителя максимально приближен или в некоторых случаях ниже чем расход для двухступенчатой схемы.
Однако возможность создания такой схемы появилась только с появлением пластинчатого тепло-обменника т. к. попытка создать ее на кожухотрубных аппаратах ведет увеличению числа секций и соответ-ственно к стоимости и занимаемой ими площади не менее чем для двухступенчатой схемы. Попытаемся теперь сравнить стоимостные и технические показатели двухступенчатой смешанной схемы и новой парал-лельной схемы рассчитанных на одни и те же условия работы. Экономический эффект по капиталовложе-ниям от внедрения параллельной схемы ГВС с переохлажденной «обраткой» растет с увеличением нагруз-ки ГВС и в среднем равен 25-30%. Кроме того монтажные и эксплуатационные затраты на один теплооб-менник ниже чем на два раза.
Если рассматривать вопрос в масштабах России то эффект будет колоссальным.
И к тому же нашему человеку гораздо приятнее работать с такой системой ГВС, которую он понима-ет, которая хорошо регулируются и практически не оказывает влияния на систему отопления.
Резюмируя: — отказ от двухступенчатых схем и применение новой схемы ГВС с заниженной темпе-ратурой «обратки» позволяет достичь следующего:
- существенно экономить средства (до 30%) на начальном этапе при закупке и монтаже теплооб-менников горячего водоснабжения
- сохранить те же расходы теплоносителя, что и при использовании двухступенчатой схемы;
- упростить общую систему теплоснабжения — независимость системы отопления от системы ГВС.
В общем как говорится в СП 41-101-95 при грамотном технико-экономическом обосновании можно подключать систему ГВС по любой схеме, какая дает максимальный выигрыш в техническом плане и обес-печивает потребность людей в горячей воде.
Автор этой статьи надеется, что она послужит как раз таким обоснованием для согласующих орга-низаций. Прогресс не стоит на месте, и если новые энергоэффективные технологии позволяют решать ста-рые проблемы, то их нужно использовать.
Литература.
- 1. СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов.
- 2. Теплоснабжение. Козин В. Е., Левина Т. А., Марков А. П., Пронина И. Б., Слемзин В. А. Москва, «Высшая школа», 1980 г.
- 3. Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения. Чистяков Н. Н., Груздинский М. М., Ливчак В. И., Покровская И. Б., Прохоров Е. И. Москва, «Стройиздат», 1988 г.
- 4. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. Тихомиров К. В., Москва, «Стройиздат», 1981 г.
- 5. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник. Манюк В. И., Каплинский Я. И., Хиж Э. Б., Манюк А. И., Ильин В. К., Москва, «Стройиздат», 1988 г.
- 6. Теплотехника. Луканин В. Н., Шатров М. Г., Камфер Г. М. и др. Москва, «Высшая школа», 1999 г.
Данная статья является сокращенным более чем в 3 раза вариантом и приводится без технико-экономических выкладок и обоснований.
