Мини-котельная с использованием ВИЭ, но без насосов и контроллера
Опубликовано: 08 июня 2016 г.
132
В. Покотилов, к. т. н., национальный эксперт проекта ПРООН/ГЭФ, г. Минск, М. Рутковский, ст. преп. БНТУ, г. Минск
Создание энергоэффективного индивидуального жилого дома в современной Европе базируется на использовании автоматизированного инженерного оборудования с применением энергоэффективных насосов, контроллеров и регулирующих клапанов. Как эконом вариант, не уступающий по принципиальным характеристикам и более надежный в отечественных условиях эксплуатации, может предлагаться схема теплоснабжения дома, исключающая применение насосов, контроллеров и регулирующих клапанов.
Гидравлический расчет системы, подбор оборудования и регулирующих клапанов имеет определенную специфику, задаваемую исходными условиями и применяемыми источниками тепловой энергии (Покотилов В. В. Регулирующие клапаны автоматизированных систем тепло- и холодоснабжения. – Вена: фирма «Herz Armaturen». – 2010. – 176 с.). Например, при совместном использовании дров, солнечной энергии и природного газа схема современной котельной может иметь вид, представленный на рис. 1, с приоритетом в использовании ВИЭ – солнечной энергии и дров.
Рис.1. Схема мини-котельной усадебного дома с использованием ВИЭ: 1 – котел дровяной газогенераторный; 2 – котел газовый одноконтурный; 3 – буферная емкость, выполняющая также функции гидравлического разделителя; 4 – бойлер горячего водоснабжения двухконтурный 200–300 л; 5 – гелиоколлектор; 6, 7 – расширительный бак мембранный; 8, 9 – предохранительный клапан; 10 – клапан прямого действия для включения контура охлаждения дровяного котла; 11 – двухходовой термостатический клапан для насосных систем; Р1.1, Р1.2 – насосы контура дровяного котла; Р2 –смесительный насос двухтрубной системы отопления; Р3 – циркуляционный насос контура бойлера; Р4 – циркуляционный насос контура гелиосистемы; К1–К5 –контроллеры системы автоматизации
Подобные системы повсеместно применяют в развитых странах Европы. Оборудование обслуживается специалистами высокой квалификации в плановом порядке. В Республике Беларусь и РФ такие системы также нашли использование для теплоснабжения некоторых индивидуальных и блокированных домов в городских поселках. Но система требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат и поэтому не может быть массовой для жителей агрогородков и деревень. Здесь предельным достижением можно считать использование природного газа с применением двухконтурных настенных котлов. Но в ближайшем будущем стоимость газа для жителей деревень значительно повысится с ликвидацией государственного дотирования, и тогда дровяная печь или дровяной котел будут единственным доступным вариантом теплоснабжения. Но не только стоимостные причины и сложность обслуживания представляют проблему для применения подобных систем. Система становится небезопасной при внезапном кратковременном или продолжительном прекращении электроснабжения, что случается в деревнях, особенно в зимний период. Кроме того, мембранные баки и особенно предохранительные клапаны требуют планового периодического обслуживания, иначе система становится взрывоопасной.
В белорусских деревнях и агрогородках многие годы эксплуатируются системы с естественной циркуляцией теплоносителя, которые при создании системы газоснабжения либо реконструируют в насосные системы, либо монтируют новые (ТКП 45-4.02-74-2007 «Системы отопления и вентиляции усадебных жилых домов»). Возможности естественной циркуляции для усадебных домов являются уместными, так как системы с естественной циркуляцией обладают более высокой энергоэффективностью в сравнении с насосными, имеют меньшую стоимость и просты в эксплуатации, при этом обладают свойствами саморегулирования. Для таких домов может быть предложена схема, показанная на рис. 2. Исходные данные и характеристики энергоэффективности системы при этом идентичны схеме, приведенной на рис. 1 без присущих ей недостатков.
Рис.2. Схема мини-котельной усадебного дома с использованием ВИЭ без насосов и контроллеров: 1 – котел дровяной с вертикальной загрузкой и нижней зоной горения, выполняющий также функции гидравлического разделителя; 2 – котел газовый одноконтурный; 3 – бойлер горячего водоснабжения двухконтурный 200–300 л; 4 –гелиоколлектор (по схеме «арфа»); 5 – расширительный бак мембранный; 6 –предохранительный клапан; 7 – трехходовой термостатический клапан с пропускной способностью более 4м3/ч; 8 – расширительный бак под атмосферным давлением; 9 –пружинный обратный клапан на переливной трубе; 10 – пружинный обратный клапан на воздушной трубе; 11 – пружинный обратный клапан на свечной трубе; 12 – свечная труба для выброса пара в атмосферу
Оригинальным является использование дровяного котла также и в функции гидравлического разделителя. Такое решение создает самоопределяющую приоритетность использования дровяного котла перед газовым в автоматическом режиме эксплуатации. Кроме того, такое решение позволяет простейшим образом при газификации деревни монтировать газовый котел без демонтажа существующей системы и без демонтажа дровяного котла. Частичная реконструкция выполняется для расширительного бака и обвязки отопительных приборов. Для последних необходимо дополнительно установить термостатические клапаны с пропускной способностью не менее 4 м3/ч. Расширительный бак, работающий под атмосферным давлением, следует выполнить герметичным, а в обвязке применить пружинные обратные клапаны (рис. 2 поз. 9, 10, 11), которые исключают испарение в атмосферу с поверхности воды, но при этом в баке сохраняется атмосферное давление. Система является привычной по характеру эксплуатации для сельского жителя и взрывобезопасной при вероятности закипания воды в дровяном котле. В этом случае пароводяная смесь выбрасывается в верхнюю зону расширительного бака, вода сепарируется и возвращается в систему, а пар выбрасывается в атмосферу через свечную трубу (рис. 2, поз. 12), унося излишнюю теплоту без выброса теплоносителя.
Циркуляционное давление в контурах создается за счет разности отметок Н1, Н2, Н3, Н4 между центрами нагрева и охлаждения. Гидравлический расчет выполняется методом удельных потерь. Следует при проектировании учитывать особенности в использовании солнечной энергии за счет солнечной архитектуры и с помощью гелиоколлекторов (Покотилов В. В., Рутковский М. А. Использование солнечной энергии для повышения энергоэффективности жилых зданий: Справочное пособие. – Минск: ПРООН/ГЭФ, Департамент по энергоэффективности Госстандарта РБ. – 2015. – 64 с.).
Варианты предлагаемой схемы реализованы в некоторых строящихся и эксплуатируемых индивидуальных домах. По результатам эксплуатации этих систем подтверждаются проектные характеристики энергоэффективности, эксплуатационные характеристики и условия безопасности работы системы в целом.
Статья из журнала "Аква-Терм", №1/ 2016. Рубрика "Мастер-класс".
