Проектируя систему отопления и подбирая котел, прежде всего нужно определить теплоэнергетическую потребность объекта обогрева. Параметры системы отопления рассчитывают согласно теплопотерь дома, которые зависят от размеров помещений, теплопроводности наружных стен, внутренних перегородок и перекрытий и от разницы между внешней и внутренней температурами воздуха. Сумма теплопотерь дома предопределяет тепловую мощность котла - одного из основных критериев подбора котлов для конкретных объектов обогрева и для конкретных систем отопления. Правильный подбор мощности котла - залог его эффективной многолетней работы, экономному потреблению газа и обеспечения необходимого теплового комфорта .
Ориентировочный предпроектный подбор мощности бытового газового котла можно сделать, исходя из того, что, как бытует мнение, для нормально утепленного дома при высоте от пола до потолка 2,5-3,0 м на отопление каждых 10 м² общей площади требуется примерно 1 кВт тепловой мощности котла. Например, для дома площадью 100 м² - это 10 кВт, но учитывая, что довольно частое в наших условиях падения давления газа в газовой магистрали ниже номинального приводит к уменьшению номинальной мощности котла примерно на 20%, - получим 12 кВт. Если же котел использоваться и для системы горячего водоснабжения (ГВС), то эту величину необходимо увеличить еще примерно на 25%, - и в итоге получим 15 кВт.
Но, как показывает практика, в домах старой застройки (с большими теплопотерями) на обогрев 10 м² может тратиться значительно больше, чем 1 кВт тепловой энергии, и эта цифра может достигать даже 2-5 кВт, тогда как в некоторых современных хорошо теплоизолированных зданиях по наличии герметичных окон с вакуумными стеклопакетами - наоборот: только 0,2-0,5 кВт. Поэтому тепловой баланс все же следует вычислять индивидуально для каждого дома или квартиры (помещения) с учетом, кроме основных теплопотерь, еще и побочных (например, потери тепла в результате сильного ветра снаружи дома, механической вентиляции, подогрева воды на хозяйственные нужды с помощью котла и т.д.).
Определить точную потребность объекта обогрева в тепловой энергии и осуществить оптимальный подбор мощности котла - достаточно сложно, поскольку необходимо учитывать еще и ряд других факторов (ориентацию дома по сторонам света, теплоизоляцию стен, инфильтрацию внешней поверхностью, изоляцию крыши, дверей и окон, площадь остекленных поверхностей, вентиляцию помещений и т.п.). Для каждого отдельного объекта эти теплопотери могут быть разными, в зависимости от типа дома и его конструктивных, материальных и других индивидуальных особенностей. Поэтому определение точной величины теплопотерь, выполнения теплотехнических и гидравлических расчетов, подбор котла и других элементов системы отопления необходимо доверить специалисту - теплотехнику. Он исполнит в установленном порядке проект автономного отопления, в котором должны быть отражены все основные параметры отопительной системы. От того, насколько квалифицированно составлен проект, зависит правильность выбора оборудования и эффективность, экономичность и долговечность его работы.
Номинальная мощность котла определяют, исходя из теплового баланса дома для расчетных значений температуры наружного воздуха и внутренней температуры в помещениях. При этом не рекомендуется подбирать котел с завышенной мощностью, поскольку это приводит к уменьшению эффективности работы отопительной системы. Такой котел работать не на полную мощность (в режиме ниже номинальной мощности), а максимальный расчетный коэффициент полезного действия (КПД) котел выдает, как правило, при работе именно на номинальной мощности.
Цикл работы котла начинается со снижением температуры теплоносителя примерно на 5-10 °С от установленной на регуляторе и завершается после повышения этой температуры до установленной (гистерезис “включения - выключения”). Правильно подобранный котел характеризуется минимальным количеством циклов включения - выключения. В котле с завышенной мощностью количество циклов увеличивается, а это, в свою очередь, приводит к снижению эксплуатационного КПД и рост расходов на отопление. Если же подобрано котел заниженной мощности, меньшей суммарной теплопроизводительности нагревательных приборов или теплопотерь отапливаемых помещений - температура теплоносителя на выходе из него не будет достигать заданной величины.
Расходы на топливо составляют основную часть эксплуатационных средств, поэтому необходимо подбирать котел с как можно более высоким КПД, характеризующий экономичность работы котла.
КПД котла (η) выражается в процентах и представляет собой отношение полезной теплоты (Qк), которая пошла на нагревание теплоносителя, ко всему количеству теплоты ( Q), образованной при сгорании топлива:
η = ( Qк / Q) · 100 %
Тепловой баланс котла можно отразить так :
Q = Qк + Qвг + Qнз
где, Qвг - потери теплоты с уходящими дымовыми газами;
Qнз - потери теплоты вследствие неполного сгорания топлива.
Итак, чем меньше потери теплоты в котле, тем больше будет его КПД и тем он экономичнее.
КПД современных конденсационных котлов, исчисленный по более высокой теплотой сгорания топлива, равна 92-96%, а КПД, отнесен к низшей теплоты сгорания топлива, превышает 100%. Низшей теплотой сгорания (НТС) называют теплоту, выделяемую при сгорании топлива, а высшая теплота сгорания (ВТО) - это сумма низшей теплоты сгорания топлива и дополнительного количества теплоты (скрытой теплоты парообразования/конденсации), которая выделяется при охлаждении дымовых газов и переходе при этом водяного пара из газообразного состояния в жидкое, то есть во время конденсации. Используя скрытую теплоту парообразования/конденсации, можно получить больше тепла, чем выделяется при непосредственном сгорания топлива. Перспективным топливом является природный газ (разница между ВТЗ и НТЗ составляет более 10%).
В конденсационных котлах продукты сгорания топлива охлаждаются до температуры ниже от точки росы, и теплота конденсации не теряется, а отбирается для полезных целей. Точкой росы называется температура дымовых газов, при которой начинается конденсация водяного пара в продуктах сгорания топлива. Водяной пар в дымовых газах характеризуется другими свойствами, чем чистая водяной пар, и в смеси с другими газами имеет параметры, соответствующие параметрам смеси. Поэтому температура, при которой начинается конденсация водяного пара в продуктах сгорания топлива, не будет равна 100 °С, как для чистой водяного пара. Для продуктов сгорания природного газа температура точки росы равна 55-57 °С.
Может КПД быть более 100%?
Если принять во внимание величину теплоты конденсации водяного пара, то можно представить такую картину распределения тепловых потоков в неконденсационных и конденсационном котлах. Из указанных рисунков можно сделать выводы:
- КПД 100% и более возможен, если за точку отсчета принимать НТЗ, а не ВТЗ;
- Полностью использовать всю теплоту (явную и скрытую) мы не в состоянии по техническим причинам, поэтому КПД котла не может равняться или быть больше 111% (по отношению к НТЗ ).
Правильно подобранные тепловая мощность котла и параметры системы отопления, высокий КПД котла и системы в целом - главный залог энергосберегающего обогрева дома.
При подборе котлов, наравне с тепловой мощностью и КПД, необходимо учитывать температуру теплоносителя в обратном трубопроводе, разность температур между подачей и оборотом, диапазон допустимого расхода теплоносителя и гидравлическое сопротивление котла, а также ряд других рабочих параметров.
Температура обратной охлажденного теплоносителя не должна быть ниже предусмотренной производителем котла. Слишком низкая температура теплоносителя, поступающего в котел, приводит к конденсации влаги из продуктов сгорания на поверхностях нагрева и в итоге - к коррозии этих поверхностей.
Для современных бытовых котлов с малым объемом теплоносителя в теплообменнике диапазон расхода теплоносителя через котел может составлять 100-200% от номинального расхода, заданной производителем. Недостаточная расход теплоносителя может привести к перегреву и выходу из строя теплообменника, а перерасход - к внутренней коррозии и снижению эффективности работы котла. Производители котлов, как правило, указывают минимально и максимально допустимые расходы теплоносителя.
Часто возникает вопрос: какой котел выбрать - со стальным или чугунным теплообменником?
Каждый из них имеет свои конструктивные особенности , которые необходимо учитывать при подборе котлов.
Как правило, котел со стальным теплообменником, по сравнению с чугунным, благодаря большему объему теплоносителя в теплообменнике и добрым теплоаккумулирующие свойствам, не требует обеспечения минимального расхода теплоносителя через котел. В большинстве котлов с чугунным теплообменником, в связи с относительно небольшим объемом теплоносителя по сравнению со стальным, необходимо обеспечивать минимальный расход теплоносителя через котел (например, на уровне 30% от номинальной). Кроме того, в котлах с чугунным теплообменником жестче, чем у стальных, ограничивается разницей температур теплоносителя на выходе из теплообменника и на его входе.
Монтаж котлов с чугунным теплообменником, особенно в крышных котельных, можно значительно облегчить и упростить благодаря доставке теплообменника отдельными секциями и составлению их непосредственно на месте установки. Котлы с чугунным теплообменником поставляют преимущественно в собранном в заводских условиях виде. В некоторых случаях, особенно для котлов большой мощности со значительными габаритами и весом, моноблочная конструкция исключает их установки в крышных котельных.
Обслуживание (чистка) чугунных теплообменников вызывает существенные трудности, поскольку сложная конфигурация и шероховатость ребристых секций теплообменника увеличивают вероятность оседания шлама и отложения загрязнений из продуктов сгорания. Обслуживание стальных теплообменников не создает особых трудностей. Гладкие поверхности и большие проходы - как солнечного, так и для продуктов сгорания - уменьшают опасность загрязнения таких котлов.
Физические характеристики чугуна обеспечивают длительную долговечность чугунных теплообменников. Большинство производителей гарантируют срок эксплуатации до 25 лет, вместо стальных - до 15 лет.
В настенных котлах чаще устанавливают медные теплообменники. Их преимущества заключаются прежде всего в малом весе и незначительной толщине стенок - только 0,4-0,8 мм благодаря значительной плотности меди. Преимуществом является также большая теплопроводность меди. Но вследствие тепловых нагрузок на тонкие стенки медного теплообменника возникают большие напряжения в его конструкции, которые еще и усиливаются, что обусловлено большим коэффициентом теплового расширения меди. Поэтому срок службы медных теплообменников в настенных котлах относительно непродолжительный.
Подбирая двухфункциональный котел, выходят из потребности в горячей воде. Если расход горячей воды будет незначительным (3-15 л/мин при нагреве на 30-35°С), - устанавливают, как правило, двухфункциональный котел проточного типа. Для более комфортного обеспечения горячей водой используют двухфункциональный котел со встроенным 20-80 - литровым накопителем - бойлером, что позволяет иметь некоторое время запас горячей воды (например, в случае прекращения подачи газа) и возможность водоразбора даже при очень малых расходов. Правда, котел с бойлером потребляет несколько больше газа - на постоянный подогрев воды в бойлере.
Если тратится много горячей воды с одновременным использованием нескольких точек водоразбора (мойка, ванна, душ, джакузи и т.д.), - в систему с однофункционального котлом, как впрочем, и с двухфункциональные, подсоединяют отдельный емкостный водонагреватель косвенного нагрева - накопительный или накопительно - скоростной водо - водяной бойлер большого объема, например на 100 или 200 литров. В нем создается постоянный запас горячей воды, который позволяет покрывать пиковые режимы ГВС и гарантированно удовлетворять потребности даже очень требовательных пользователей в большом количестве горячей воды.
Подбирая двухфункциональный котел, необходимо помнить, что режимы теплопотребления систем отопления и ГВС существенно отличаются. Как правило, система отопления в течение дня характеризуется стабильным теплопотреблением, в то время как подогрев воды для хозяйственных нужд отмечается неравномерной нагрузкой, особенно утром и вечером, когда оно достигает пиковой величины. Как убеждает практика и тепловые расчеты, пиковое потребление тепла системой ГВС почти всегда существенно превышает отопительную нагрузку. Если подобрать котел на суммарное тепловое нагрузки, то его установленная мощность окажется завышенной. В результате в часы, когда разбора горячей воды не происходит, такой котел будет недокачанных, т.е. работать неэффективно с заниженным эксплуатационным КПД. Поэтому при подборе двухфункциональные котла, а также при использовании однофункционального котла в системах отопления и ГВС (в совмещенных системах с отдельным водогрейным бойлером) их теплопроизводительность следует подбирать, руководствуясь необходимостью обеспечивать одно пиковая нагрузка ГВС. Чтобы такие системы экономно работали в период максимального разбора горячей воды, система отопления автоматически или вручную отключается, - и котел будет работать только на подогрев воды в системе ГВС. Практика эксплуатации совмещенных систем отопления и ГВС свидетельствует, что отключение системы отопления в часы пиковой разбора горячей воды практически не снижает тепловой комфорт в помещениях. Так, при заполнении ванны горячей водой (а следовательно, отключение системы отопления в течение одного часа) температура воздуха в помещениях снижается лишь на 1-2 °С.
Подбирая котел, особое внимание следует обратить и на принцип отвода продуктов сгорания от котла в атмосферу. Парапетные котлы и турбокотлов с закрытой газоплотной камерой сгорания и отводом продуктов сгорания специальным дымовоздухопровода имеют ряд преимуществ над дымоходными котлами с открытой камерой сгорания и отводом дымовых газов через традиционный вертикальный дымоход. Котлы с закрытой камерой сгорания не “сжигают” кислород в помещении, где они установлены, и не требуют дополнительного притока в помещение свежего воздуха снаружи для поддержания процесса горения. Итак, помещение не нуждается приточной вентиляции. Кроме того, эти котлы являются идеальным вариантом для помещений без традиционного вертикального дымохода, а в помещениях, где есть такой кирпичный дымоход, отпадает необходимость в его Теплоизолирование и “Гильзование” - облашуванни дорогостоящего защиты от разрушительного действия агрессивного конденсата.
Необходимое количество котлов в системе отопления рассчитывают в зависимости от категории надежности поставок потребителям тепла. Вопрос одного или нескольких котлов актуально прежде всего для отопительных систем большой мощности. В котельных первой категории надежности устанавливают не менее двух котлов, в котельных второй категории - преимущественно один котел. К первой категории относятся котельные, которые являются единственным источником тепла в системе теплоснабжения и обеспечивающие потребителей, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла (школы, детские сады, медицинские учреждения, важные производственные объекты и др.). Все другие котельные относятся ко второй категории. Высокая эксплуатационная надежность котельной приобретает немалое значение там, где из-за выхода из строя одного генератора тепла можно ожидать значительных финансовых и материальных убытков, недопустимого снижения работоспособности или даже угрозы здоровью и жизни людей. Особенно жесткие требования предъявляют к надежности теплоснабжения больниц.
Для автономного отопления индивидуальных жилых домов и квартир - с целью снижения затрат на приобретение теплогенерирующего оборудования и экономии жилой площади - используют один котел. В общих (общедомовых) автономных системах отопления многоквартирных жилых домов рекомендуется устанавливать не менее двух котлов, что будет способствовать повышению надежности системы.
Для автономных систем отопления с двумя или более котлами необходимо подбирать теплогенераторы с одинаковой теплопроизводительностью (мощностью), чтобы обеспечить одинаковый гидравлическое сопротивление котлов. При параллельном подключении котлов с различными гидравлическими опорами основная расход теплоносителя будет проходить через котел с меньшим гидравлическим сопротивлением, что приведет к неэффективному функционированию системы и даже к выходу из строя теплообменников котлов.
При подборе котлов крышных котельных и проектировании таких котельных необходимо в каждом конкретном случае учитывать:
- способ транспортировки котлов к месту установки;
- дополнительная нагрузка на перекрытия здания;
- возможность прокладки независимой газовой линии;
- защита от падения давления и снижение уровня теплоносителя;
- контроль и защита от утечки теплоносителя;
- влияние погодных условий на тягу;
- звуко - и виброизоляцию котельной;
- противопожарные мероприятия;
- требования к вентиляции.
Общая теплопроизводительность котельной не должна превышать 3,48 МВт.
К преимуществам крышных котельных следует отнести высокий уровень автоматизации, обеспечивающей возможность их эксплуатации без постоянного пребывания обслуживающего персонала.
Все новости
