Пофасадне регулювання теплового режиму будівлі, теплові завіси
У холодний період року в результаті різниці внутрішньої й зовнішньої температур відбувається передача теплоти з будівлі в навколишнє середовище. Передача теплоти здійснюється, з одного боку, теплопередачею будівельних конструкцій, з іншого боку - за рахунок проникнення повітря через шви, стики, нещільність вікон, дверей і будівельних конструкцій. Ця теплота є втраченої (тепловтрати).
Тепловтрати будівлі залежать від:
його геометричних розмірів;
теплотехнічних властивостей будівельних конструкцій;
температури внутрішнього і зовнішнього повітря;
повітропроникності швів, довжини відкриваються частин вікон і дверей.
Останнім часом дуже багато говорять про недосконалість прийнятої системи теплопостачання з центральними тепловими пунктами (ЦТП), про великі втрати тепла і води в розвідних мережах, про низьку ефективність встановленого обладнання. Вже виникають «революційні» пропозиції зламати існуючі ЦТП і замість них в кожному будинку побудувати власний (індивідуальний) тепловий пункт - ІТП.
Система теплопостачання з ІТП дозволяє більш тонко відрегулювати тепловий режим кожної будівлі, по можливості ввести пофасадне регулювання, диференціювати тиск холодної та гарячої води по різноповерхових будівлям, дещо спростити вузли заліку енергоресурсів, скоротити загальну кількість розвідних трубопроводів. Але чи так великий виграш у скороченні витрат енергоресурсів, щоб затівати корінну і дуже дорогу ломку сформованої системи тепповодоснабженія?
Візьмемо, наприклад, тепловий пункт у блочному виконанні (БТП). Це малогабаритний тепловий пункт, укомплектований сучасним, в основному вітчизняним обладнанням, повністю автоматизований, забезпечений всіма приладами обліку витрат тепла, води, тиску і температури, підготовлений для передачі технологічних і комерційних параметрів в будь-яку диспетчерську систему, що допускає дистанційне керування роботою основного обладнання. Трудовитрати на монтаж та експлуатацію такого теплового пункту мінімальні. Основне обладнання, встановлене в БТП - пластинчасті (в основному, сучасні - паяні) теплообмінники, бесфундаментние, при необхідності малошумні, насоси, кульові крани, високоточна електронна і гідравлічна автоматика - строго розраховано і підібрано відповідно до приєднаної навантаженням, власні теплові втрати мінімальні. Всі ЦТП, як блокові, так і збірні, з незалежним приєднанням систем опалення, оснащені системою автоматичного регулювання відпуску тепла. Температура теплоносія подається в будинки строго у відповідності з температурою зовнішнього повітря, щоб уникнути гідравлічної разрегуліровка магістральних теплових мереж в систему введено обмеження максимальної витрати мережної води. При необхідності автоматика дозволяє ввести програмне регулювання (зниження температури води в нічні години або у неробочі дні). Перевитрати тепла тут практично відсутні. Якщо замінити існуючі системи регулювання індивідуальними, в кожному будинку, то додаткова, дуже незначна, економія тепла може бути отримана тільки за рахунок пофасадного регулювання у спеціальних будинках з пофасадне (розділеної на північ і південь) системою опалення. Одночасно потрібно подвоєння засобів автоматизації. У ЦТП більш ранньої споруди з залежним приєднанням систем опалення для ліквідації осінньо-весняного «перетопів» успішно впроваджується і експлуатується система автоматичного регулювання залежних систем опалення (САРЗСО). Система включає в себе змішувальний насос з регульованим електроприводом, регулятор температури води на опалення, регулятор наявного напору в систему опалення. У зимовий час система відключена, і ЦТП працює в звичайному режимі. В осінньо-весняний період, коли температура зовнішнього повітря знаходиться в межах від 0 до +12 ° С, САРЗСО включається, повністю забезпечуючи розрахунковий температурний і гідравлічний режими в системах опалення. Розрахункова економія - 10-13% від річної витрати тепла на опалення - повністю підтверджена експериментальними роботами. Таким чином, заміна системи регулювання в ЦТП на 5-10 систем регулювання в ІТП також не дасть ніякої додаткової економії відпустки тепла, але зажадає істотних витрат па обладнання, монтаж та експлуатацію засобів авторегулювання, а в багатьох випадках - і прокладання нових теплових мереж. Холодне водопостачання на сучасних ЦТП забезпечується моноблочними, в основному вітчизняними, господарськими насосами. Насоси суворо підібрані відповідно до розрахункових витратами і напорами, тиск води на виході з ЦТП регулюється або частотними перетворювачами, або високоточними вітчизняними регуляторами тиску. Зазвичай використовуються блокові насосні станції, що складаються з двох насосів і щита управління, із одним частотним перетворювачем. Це та енергоефективності, і маловитратне при впровадженні та експлуатації. Термін окупності за рахунок економії електроенергії та води становить 1-2 роки. Заміна однієї насосної станції в ЦТП на 5-10 станцій в ІТП за рахунок обліку різноповерхових будівель, очевидно, дасть деяку економію витрати води (але не електроенергії), а капітальні і, особливо, експлуатаційні витрати дуже великі, буде потрібно застосування малошумних насосів, перекладка розвідних мереж холодного водопостачання (до витрати холодної води додається витрата гарячої води), обслуговування насосів та частотних перетворювачів. Простіше цю економію отримати за рахунок установки регуляторів тиску в малоповерхових будинках. Найбільш вразливим місцем в системах тепловодопостачання з центральними тепловими пунктами є корозія розвідних мереж опалення та гарячого водопостачання. Але в останні роки в Москві налагоджено виробництво несхильних корозії гнучких попередньоізольовані тепловодопроводов «Ізопрофлекс» із зшитого поліетилену. Вони розраховані на робочу температуру до 95 ° С, тиск до 10 атм. і термін служби до 50 років. Цим умовам відповідають розвідні мережі від ЦТП з незалежним приєднанням систем опалення. Вже зараз проводиться в рамках капітального ремонту заміна сталевих розвідних мереж на пластикові повністю знімає проблему їх ремонту та обслуговування.
Виходячи їх вищевикладеного, найбільш перспективним напрямком подальшого розвитку комунальної частини теплопостачання м. Москва представляється не багаторазове збільшення теплових пунктів за рахунок зносу існуючих ЦТП і пристрої на їх місці нових ІТП, а подальша модернізація існуючих ЦТП з переведенням їх на незалежну схему опалення і пристроєм нових пластикових теплопроводів. Розрахунки показують, що перехід від циклічного капітального ремонту ЦТП (1 раз на 9 років) до їх модернізації не набагато збільшує вартість робіт, і вона багаторазово перекривається чотирикратним збільшенням терміну служби теплових мереж.
Велика економія тепла досягається від здійснення автоматичної корекції графіка подачі тепла на опалення в залежності від відхилення внутрішньої температури повітря в будівлях від заданої. Графік регулювання температури теплоносія в залежності від зміни зовнішньої температури реалізується, якщо середня температура внутрішнього повітря, заміряна в контрольних квартирах, не відхиляється від нормальної (заданою), що становить 21 ° С. У разі відхилення від цієї температури графік коригується. При центральному регулюванні це дозволяє, крім підтримки заданої температури повітря, отримувати додаткову економію тепла за рахунок зниження його подачі при відсутності вітру і частково враховувати теплопоступленія із сонячною радіацією.
Оскільки завищення подачі тепла може не позначитися на температурі внутрішнього повітря, необхідно в процесі регулювання в залежності від температури зовнішнього повітря змінювати не температуру води за графіком, а безпосередньо витрата тепла, що дозволить уникнути помилок через невідповідності фактичних і розрахункових теплотехнічних характеристик системи опалення . Параметри графіка витрати тепла визначаються розрахунком тепловтрат, інфільтрації та внутрішніх тепловиділень в будівлі. Цей графік, як правило, є лінійним, що полегшує його реалізацію шляхом підтримання різниці температур теплоносія в подаючому і зворотному трубопроводах.
Перехід до ІТП дозволяє досягти ще більшу економію тепла за рахунок застосування пофасадного автоматичного регулювання опалення. Воно особливо ефективно при реконструкції існуючих протяжних, багатосекційних будівель, виконуваної без заміни системи опалення. За еквівалентному ефекту пофасадне регулювання не поступається рішенню авторегулювання з термостатами, але значно дешевше за капітальними витратами, і не вимагає проведення зварювальних робіт у квартирах, необхідних при встановленні термостатів.
Для безгорищних 5-9-поверхових житлових будинків будівництва 50-70 років XX століття здійснення пофасадного авторегулювання найбільш зручно, так як подає і зворотні магістралі прокладені в підвалі, і тому всі зварювальні роботи для прокладання перемичок, які об'єднують пофасадне гілки окремих секцій будівлі, виконуються тільки в підвалі.
Підтвердженням ефективності пофасадного авторегулювання може служити практика застосування його в житлових будинках, коли при температурі зовнішнього повітря - 5-8 ° С опалення освітленого сонцем фасаду автоматично відключалася не тільки на період потрапляння сонячних променів у вікна, але і на такий же час після, за рахунок теплопоступленій від нагрітих поверхонь стін та меблів. Важливо, щоб сигналом пофасадного авторегулювання служила температура внутрішнього повітря опалювальних приміщень - інтегратор впливу сонячної радіації, інфільтрації зовнішнього повітря і внутрішніх тепловиділень на тепловий режим будівлі.
Спроба автоматизувати пофасадне розділені системи опалення без зв'язку з температурою внутрішнього повітря, обмежившись регулюванням температури теплоносія в залежності тільки від температури зовнішнього повітря, навіть використовуючи датчик, освітлюваний сонячними променями, не тільки не достатньо ефективна, але і може привести до порушення теплового режиму будівлі. По-перше, важко знайти подібність реакції зміни тепловіддачі системи опалення на ступінь освітлення датчика зовнішньої температури сонячними променями і, по-друге, одночасно з освітленням фасаду сонцем може бути посилення вітру в бік того ж фасаду, що призведе до некомпенсируемое зниження температури повітря в приміщеннях , що виходять на цей фасад.
Регулювання тільки по внутрішній температурі також небажано, оскільки це може призвести до перевитрати тепла, наприклад, коли в теплий період з появою сонця із-за підвищення внутрішньої температури фасадна система відключилася, але температура все ще залишилася підвищеною, і мешканці додатково відкривали кватирки. Після заходу сонця температура повітря знижувалася і опалення возобновлялоось, але зі збільшеним повітрообміном через відкритих кватирок. Підтримання заданого графіка температури теплоносія в системі автоматизації з корекцією по температурі внутрішнього повітря виконує роль лімітування подачі тепла.
У новому будівництві слід орієнтуватися на обладнання опалювальних приладів термостатами, оскільки вони підвищують комфортні умови, дозволяючи мешканцям задовольняти свої індивідуальні запити з підтримки потрібної температури повітря. Вертикальні однотрубні чи двотрубні системи опалення з термостатами можуть бути доповнені пофасадне авторегулюванні для підвищення стабільності роботи термостатів і розширення меж регулювання, оскільки при висвітленні одного з фасадів сонцем будуть відключатися не тільки опалювальні прилади, але і стояк. Пофасадне авторегулюванні при цьому виконується без корекції по внутрішній температурі, а за рахунок регулювання температури теплоносія, що подається в фасадну систему опалення в залежності від температури зовнішнього повітря, виміряної датчиком, розташованим на даному фасаді і відкритим для освітлення сонячними променями.
Для вимірювання спожитого тепла на кожному опалювальному приладі з термостатом встановлюється датчик випарного типу або електронний, за показаннями яких витрата тепла, виміряний будинкових теплолічильників системи опалення, розподіляється по кожній квартирі. Слід зазначити, що індивідуальне вимірювання кількості спожитого тепла при наявності термостата на опалювальному приладі повинно бути обов'язковим, бо воно стимулює мешканців до економії тепла. Без цього виміру нічого не заважає мешканцеві збільшити повітрообмін в квартирі понад мінімально необхідного за санітарними нормами, і це призведе не до економії, якої чекають від установки термостатів, а до перевитрати тепла.
На відміну від пофасадного центрального регулювання при індивідуальному існує небезпека, що мешканці однієї з сусідніх квартир можуть виїхати на деякий час і з метою економії встановити термостати на підтримку більш низької температури повітря. Розрахунки показують, що якщо виставлена, наприклад, температура в 10 ° С, то тепловтрати суміжних з цією квартирою кімнат при середніх зимових умовах зростають на 30-50%. Це викличе зниження температури повітря в цих кімнатах, якщо відсутній відповідний запас поверхні нагрівання опалювальних приладів, і невиправдане збільшення споживання тепла. Ймовірно, для усунення цього недоліку слід, щоб термостати мали б обмеження на зниження заданої температури не нижче 16 ° С, оскільки їх основне завдання підтримувати температуру повітря в приміщенні на комфортному (індивідуальному для кожного мешканця) рівні, корисно використовуючи теплопоступленія із сонячною радіацією, від внутрішніх тепловиділень, від скорочення інфільтрації зовнішнього повітря та ін
Що ж стосується теплового режиму для пересічного споживача електроенергії, то досвід останніх років доводить, що батареї стають все холодніше. Все це підштовхує до пошуку альтернативних способів зігрітися. Один з найбільш доступних варіантів - придбання побутового нагрівального приладу. В даний час на ринку представлено досить багато різноманітних апаратів побутового призначення. Незважаючи на різні принципи пристрою, до них пред'являються приблизно однакові вимоги: ефективність, економічність, комфортність і, по можливості, привабливий дизайн. Одним з них є теплова завіса.
Влаштована теплова завіса не складно. Повітря, що розганяється потужним вентилятором, проходить через нагрівальний елемент, набуваючи потрібну швидкість і температуру (як правило, не більше 30-40 градусів Цельсія, щоб не "обшпарити" людини, що входить з холодної вулиці). Як нагрівальний елемент зазвичай використовується товста електрична спіраль - тен. Тен хороший тим, що не розігрівається до високих температур, а тепла дає багато. Але іноді на завісах ставлять більш тонкі і гарячі спіралі, як на тепловентиляторах. Складного монтажу електрозавеса не вимагає, її просто "встромляють" в розетку, як який-небудь кип'ятильник. Однак потужність теплової перепони в цьому випадку обмежена можливостями проводки. У завіс іншого типу, водяних, замість електричної спіралі використовується змійовик, що підключається до системи центрального опалення. Потужність водяної апарату може бути дуже великою, а експлуатація обходиться в копійки. Є завіси, які взагалі не мають нагрівального елементу. Необхідний ефект досягається за рахунок щільності повітряного потоку. Такі завіси, їх називають повітряними, споживають значно менше електроенергії, але годяться тільки для приміщень, де немає дефіциту тепла. За типом установки завіси поділяються на вертикальні і горизонтальні. Перші можна виявити на вході в метро, великі магазини та установи, побудовані ще за Царя Гороха. У таких системах нагріте повітря подається з боків. Вертикальні завіси імпортного виробництва розташовуються з боків від дверного отвору і через розташований в підлозі горизонтальний канал подають тепле повітря знизу. Однак найбільше поширення отримали горизонтальні теплові завіси, які розташовуються над дверним прорізом і не займають корисної площі. До того ж для перекриття дверного отвору вони використовують тепле повітря, який збирається під стелею, а тому економлять енергію необхідну для його підігріву. При виборі теплової завіси визначальне значення має розмір дверного отвору. Чим вище двері, тим більшу швидкість і інтенсивність повітряного потоку повинна створювати завіса. Для простоти було введено поняття "ефективна висота установки" - це оптимальне відстань від підлоги, на якому слід розташовувати завісу, щоб вона "дула", як треба. Якщо на високий проріз навісити пристрій з невеликою "ефективної висотою", то холодне повітря легко пройде через нижню частину дверного отвору. Анітрохи не краще і занадто низька установка - у цьому випадку виникають турбулентні потоки, що призводять до перевитрати тепла. Необхідно враховувати і ширину дверного отвору. Завіса виявиться марною іграшкою, якщо не буде перекривати його весь - холодне повітря просто обійде її збоку. Щоб цього не відбувалося, в занадто широкі прорізи встановлюють по кілька пристроїв в ряд. Щоб зрозуміти, яку теплову потужність повинна мати завіса, доводиться керуватися відразу декількома факторами: важливо облаштування входу в приміщення (з тамбуром або без, двері вертушки і т.д.), кількість відвідувачів, температура в холодну пору року. Зрозуміло, тут краще повністю довіритися думку фахівця. Якщо завіса встановлена на великій висоті, пульт дистанційного керування не буде зайвим. В іншому випадку доведеться обзавестися сходами-драбиною, яку доведеться десь зберігати і ледве що тягати до місця встановлення приладу. Ну а якщо потік відвідувачів не надто великий, варто придбати термостат. Обладнана їм завіса включиться лише тоді, якщо температура в приміщенні або тамбурі (дивлячись, де знаходиться завіса) опуститься нижче встановленого значення.
Список використаних джерел
1. Баришев В., Трутаев В. Джерело енергії - в її економії / / Белор. думка. 1997.
2. Герасимов В.В. Основні напрямки розвитку енергетики Республіки Білорусь / / Нестор-вісник-НВ. 1997.
3. Основи енергозбереження: Учеб. посібник / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, О.М. Ковальов. 2-е вид., Стереотип. - Мн.: БГЕУ, 2002. - 198 с.
4. Самойлов М.В., Паневчик В.В., Ковальов А.Н. Основи енергозбереження. Навчальний посібник. Мн.: БГЕУ, 2002.
5. Стандартизація енергоспоживання - основа енергозбереження / П.П. Безруков, Є.В. Пашков, Ю.А. Церерін, М.Б. Плущевскій / / Стандарти і якість. 1993.