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:
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.
Чистяков Н.Н., Груздинский М.М., Ливчак В.И., Покровская И.Б., Прохоров Е.И. Москва, “Стройиздат”, 1988 г.
Тихомиров К.В., Москва, “Стройиздат”, 1981 г.
Данная статья является сокращенным более чем в 3 раза вариантом и приводится без технико-экономических выкладок и обоснований.
Материал предоставлен компанией “РИДАН”.
