К проблеме теплоснабжения

В поисках решения энергетической проблемы семидесятые годы явили подлинную революцию в подходах к энергопотреблению в индустриальных странах, сумевших, практически без увеличения потребления энергоресурсов, наращивать валовой национальный продукт.

Повышение энергоэффективности экономики - одна из наиболее серьезных и актуальных проблем переходного к рынку периода.

Важным звеном в системе энергосбережения в промышленности, сельском хозяйстве, коммунально-бытовом секторе, строительстве и других отраслях является перевооружение производственных процессов, внедрение наукоемких энергосберегающих технологий и оборудования. Собственно новая техника (технологии и реализующее их оборудование), особенно в рыночной экономике, должны удовлетворять целой гамме технических, включая энергетические, эстетических, экономических, экологических, социальных и других требований.

Как известно, крупным потребителем топлива и тепловой энергии являются системы отопления зданий и сооружений различного назначения. Так, на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий расходуется до 55% тепловой энергии. Даже в промышленности на цели теплоснабжения идет, примерно, 15-18 % тепловой энергии, или около 600 тыс. Гкал. При этом осуществляется оно частично от собственных источников энергии (на уровне 50%) и частично от объектов энергосистемы. В последнем случае, несмотря на все достоинства теплофикации, - не всегда экономически оптимально как в силу неадекватной тарифной конъюнктуры, так и объективно, из-за высоких теплопотерь в теплосетях. Последнее распространяется и на жилищно-коммунальный сектор. Учитывая это, разработанная в республике концепция теплоснабжения в качестве одного из основных направлений совершенствования его и повышения эффективности предусматривает использование в малых городах, поселках, сельских населенных пунктах и промышленных комплексах децентрализованного теплоснабжения на базе современных экономичных бытовых котлов. При этом, как указывается в концепции, нижней границей КПД "нетто" источника теплоты при работе на жидком или газообразном топливе должна быть величина 90%, а потери в тепловых сетях при проектной нагрузке не должны превышать 4% от потребляемой теплоты.

Сегодня белорусский рынок отопительной техники предлагает довольно большое количество разнообразных нагревательных установок различного производства (отечественных и зарубежных фирм), широкой гаммы качества и класса. Большинство из них удовлетворяет формально требования концепции, конструктивно (в принципе) мало чем отличается друг от друга (для непосвященного), за исключением цены, что создает значительные трудности при выборе того или иного аппарата. Интересно, что, даже несмотря на огромную разницу в цене между отечественными и зарубежными установками, все они окупаются в разумные сроки, что еще больше усложняет задачу покупателя, особенно не стесненного в средствах. Естественно, когда дело касается выбора между отечественными и зарубежными агрегатами, то цена во многом отражает и разницу не только в дизайне, качестве исполнения, конструкционных материалах, но, в первую очередь, что важно, в надежности работы автоматики и качестве горелочных устройств. Когда же речь идет о зарубежных образцах, то здесь, помимо тех же характеристик, необходимо принимать во внимание и целый комплекс других отличий и особенностей, которые, например, в комплексе составляют специальные критерии, в число которых входят и технические, и эксплуатационные, и сервисные показатели, позволяющие по итогам года определять котировку оборудования. Результаты подобных исследований, проведенных в России в 1997 году Российской академией независимых экспертов, были представлены в журнале "Энергоэффективность" (N2, 1999 г.). В данном случае в число рассматриваемых входили такие показатели, как качество продукции, удобство монтажа, реклама, сервис, поставка запчастей, гарантийное обслуживание. В результате, как видно из статьи, помещенной в журнале, известные фирмы-производители отопительного оборудования, присутствующие и на белорусском рынке, расположились следующим образом: ACV (Бельгия), "Viessmann" (Германия), "Vaillant" (Германия), "Immergas" (Италия), "Biasi" (Италия), "De Ditrich" (Франция), "Wolf" (Германия), "Boch" (Германия)...

Что же обусловило успех бельгийской фирмы "ACV Интернейшнл" на российском, а возможно, в скором будущем, если подобные экспертные оценки будут производиться в нашей республике, и на белорусском рынках? Чем отличается ее продукция от отопительного оборудования конкурентов?

Прежде всего, в основе успеха огромный практический опыт (78 лет в бизнесе, годовое производство около 30 тысяч котлов и 70 тысяч разного рода теплообменников), обеспечивающий солидность, надежность и стабильность, позволяющие не только следовать установившимся, проверенным временем традициям, но и способствующие, вместе с тем, быстрому реагированию на новые технические веяния, а также учет специфики региона нового рынка.

Необходимо сразу же отметить, что хотя современные отопительные котлы в конструктивном отношении (отечественные и зарубежные) в принципе похожи друг на друга, как близнецы-братья, то есть жаротрубно-дымогарные с центральной цилиндрической камерой сгорания, омываемой водой, и концентрично расположенными дымовыми каналами-трубами, все же им присущи некоторые отличия, которые могут играть существенную роль. Так, к примеру, новая серия котлов Compact фирмы "ACV Интернейшнл" отличается тем, что их камера сгорания выполнена из стали ST37/2 (в соответствии со стандартом DIN 4702, ч.1); дымовые каналы оборудованы спиральными биметаллическими вставками-завихрителями, способствующими турбулизации потока, а следовательно, интенсификации теплообмена и снижению температуры отходящих дымовых газов; трубопровод обратной воды находится на передней стенке котла, а смонтированный здесь распределитель обеспечивает оптимальное перемешивание воды и снижает отложение накипи; мощная дверь камеры сгорания имеет керамическую изоляцию, нанесенную на слой минеральной ваты толщиной 25 мм. Двойная изоляция из стекловаты: слой толщиной 100 мм непосредственно на корпусе котла и слой толщиной 25 мм на обшивке - все это снижает теплопотери в окружающую среду и обеспечивает требования техники безопасности. Панель управления содержит не только контрольно-измерительные приборы, но и электронное оборудование, позволяющее регулировать работу котла по заданной программе с учетом изменения погодных условий и других требований заказчика.

Фирма предлагает широкий ассортимент из 13 различных моделей мощностью от 74 до 1279 кВт, работающих на газе или дизельном топливе с к.п.д. 90,6-91,6 и даже до 95%.

Особое место в системах теплоснабжения занимают бойлеры, аккумуляторы (накопители) горячей воды. Конструктивное исполнение их весьма разнообразно, но доминируют два основных типа: "со змеевиком" и "емкость в емкости". Отдавая предпочтение той или иной конструкции, помимо технических, энергетических и экономических характеристик следует принимать во внимание также способность оборудования работать в условиях нашего (СНГ) региона с учетом, в первую очередь, такой специфической особенности, как качество воды.

Известно, что используемая для целей теплоснабжения как техническая, так и горячая бытовая вода представляют собой многокомпонентную неустойчивую систему, свойства которой изменяются и в процессе теплообмена с теплообменной поверхностью. В результате происходят следующие процессы: отложение солей жесткости на теплообменной поверхности, в числе которых оказываются и нерастворимые соединения (в частности, некоторые из фосфатов и сульфатов, соединения железа и кремния, твердые частицы). Под влиянием теплового потока они как бы "цементируются", превращаясь в сплошной трудноудаляемый монолит. Происходит изменение состава воды, делающее ее, как правило, более агрессивной к металлу теплообменника, а под слоем отложений может с различной степенью интенсивности протекать так называемая подшламовая коррозия. Создаются условия для жизнедеятельности различных микроорганизмов, развитие которых зависит, разумеется, от качества и количества питательных компонентов воды. Отмирая, эти микроорганизмы закрепляются на отложениях, ухудшая не только теплообмен, но и гидродинамику системы.

Наличие различного рода отложений создает дополнительное термическое сопротивление и существенно ухудшает интенсивность теплообмена, что хорошо иллюстрирует рис.1.

Борьба с этим явлением может вестись несколькими способами, такими, как использование водоподготовки, или водоочистки, что, безусловно, существенно удорожит систему, стабилизация воды путем введения реагентов - ингибиторов, что также отразится на стоимости системы, конструктивное исполнение аппарата, препятствующее или снижающее эффективность вышеперечисленных негативных процессов, конструктивное исполнение аппарата, позволяющее производить периодическую (частую) очистку теплообменных поверхностей от нежелательных отложений, что, естественно, создает неудобства и удорожает эксплуатацию котлов.

В традиционно поставляемых на белорусский рынок нагревательных аппаратах, таких как Wolf, Buderus, Vaillant, Schafer и некоторых других, укомплектованных накопителями со змеевиками, соприкасающиеся с бытовой водой теплообменные поверхности защищены от коррозии эмалью (термоглазурью) и дополнительно катодной защитой в виде магниевого или инертного анода. Естественно это увеличивает стоимость аппарата, создает дополнительное сопротивление теплопередаче, грозит опасностью повреждения при транспортировке, погрузке-разгрузке, монтаже, а зачастую и ограничивает температуру воды (не более 60 о С).

Принципиально отличное решение применено в аппаратах бельгийской фирмы ACV. Прежде всего, это использование высококачественной нержавеющей стали, исключающее коррозию и обеспечивающее санитарно-гигиенические качества бытовой (питьевой) воды, а также позволяющее повышать температуру до 80- 85 оС. Помимо этого, волнообразная (гофрированная) поверхность по всей высоте накопителя в сочетании с закреплением его лишь с одной стороны обеспечивают свободную деформацию поверхности при нагреве-охлаждении, что препятствует механически отложению солей. Конструктивное решение - "емкость в емкости" - обеспечивает изотермичный нагрев по всему объему, исключая застойные "холодные" зоны.

И, наконец, основное преимущество такой конструкции - большая теплообменная поверхность, обеспечивающая высокую производительность бойлера, позволяющая как поддерживать высокую температуру большого количества воды, так и быстро нагревать ее до заданной температуры. Этому способствует и гофрированная поверхность стенок, что также увеличивает теплообменную поверхность. Высокопроизводительные бойлеры снабжены регулировочным термостатом и переключателем лето/зима (в отопительный сезон нагрев осуществляется от котла, в остальное время - от электроисточника), имеют надежную термоизоляцию.

Но особый интерес для решения проблемы децентрализованного теплоснабжения представляют комбинированные котлы фирмы ACV типа Дельта FHR, "Alfa", "Heat Master", в которых сочетаются перечисленные выше достоинства котлов и бойлеров этой бельгийской фирмы.

Например, котел Дельта FHR. Это удобная вертикальная компановка, элегантный термоизолированный (вспененный полиуретан без фторхлоруглеводородов) корпус со встроенным резервуаром из высококачественной нержавеющей стали, водоохлаждаемая камера сгорания с вертикальными газоходами, оборудованными турбулизаторами. Техническая вода, нагреваемая от камеры сгорания и газоходов, может направляться в систему отопления или на другие технические нужды. Она же служит теплоносителем для встроенной емкости (принципиально повторяющей конструкцию бойлера), предназначенной для подогрева и аккумуляции бытовой (питьевой) воды. Встроенная емкость гофрами соприкасается с газоходами, тем самым увеличивая теплообмен теплопроводностью и улучшая турбулентность у теплообменной поверхности . Газовая или мазутная горелка устанавливается в котле по желанию заказчика. Номинальная мощность котла - 29,5-54 кВт. Котлы водогрейные Alfa имеют мощность 19-33,5 кВт, могут оборудоваться дизельными горелками ACV или Oroflam, изготовлены с учетом специфики стран Восточного региона. При потребности больших мощностей можно остановить выбор на конструктивно таких же котлах Heat Master, обладающих полезной мощностью 37.5-144 кВт.

Виталий ГАНЖА, д. т. н., зав. лабораторией рациональной энергетики АНК ИТМО НАНБ