Проектуючи систему опалення та підбираючи котел, перш за все потрібно визначити теплоенергетичну потребу об'єкта обігрівання. Параметри системи опалення розраховують відповідно до тепловтрат будинку, які залежать від розмірів приміщень, теплопровідності зовнішніх стін, внутрішніх перегородок і перекриттів та від різниці між зовнішньою й внутрішньою температурами повітря. Сума тепловтрат будинку зумовлює теплову потужність котла — одного з основних критеріїв підбору котлів для конкретних об’єктів обігрівання і для конкретних систем опалення. Правильний підбір потужності котла — запорука його ефективної багаторічної роботи, ощадного споживання газу і забезпечення необхідного теплового комфорту.
Орієнтовний передпроектний підбір потужності побутового газового котла можна зробити, виходячи з того, що, як побутує думка, для нормально утепленого будинку за висоти від підлоги до стелі 2,5-3,0 м на опалення кожних 10 м² загальної площі потрібно приблизно 1 кВт теплової потужності котла. Наприклад, для будинку площею 100 м² — це 10 кВт, але зважаючи, що досить часте в наших умовах падіння тиску газу в газовій магістралі нижче від номінального призводить до зменшення номінальної потужності котла приблизно на 20 %, — одержимо 12 кВт. Якщо ж котел буде використовуватись і для системи гарячого водопостачання (ГВП), то цю величину необхідно збільшити ще приблизно на 25 %, — і в підсумку отримаємо 15 кВт.
Але, як свідчить практика, в будинках старої забудови (з великими тепловтратами) на обігрівання 10 м² може витрачатись значно більше, ніж 1 кВт теплової енергії, і ця цифра може досягати навіть 2-5 кВт, тоді як в деяких сучасних добре теплоізольованих будівлях за наявності герметичних вікон з вакуумними склопакетами — навпаки: лише 0,2-0,5 кВт. Тому тепловий баланс все ж таки слід обчислювати індивідуально для кожного будинку або квартири (приміщення) з врахуванням, крім основних тепловтрат, ще й побічних (наприклад, втрати тепла внаслідок сильного вітру зовні будинку, механічної вентиляції, підігріву води на господарські потреби за допомогою котла тощо).
Визначити точну потребу об’єкта обігрівання в тепловій енергії та здійснити оптимальний підбір потужності котла — досить складно, оскільки необхідно враховувати ще й низку інших факторів (орієнтацію будинку за сторонами світу, теплоізоляцію стін, інфільтрацію зовнішньою поверхнею, ізоляцію даху, дверей і вікон, площу засклених поверхонь, вентиляцію приміщень тощо). Для кожного окремого об’єкта ці тепловтрати можуть бути різними, залежно від типу будинку і його конструктивних, матеріальних та інших індивідуальних особливостей. Тому визначення точної величини тепловтрат, виконання теплотехнічних і гідравлічних розрахунків, підбір котла та інших елементів системи опалення необхідно довірити фахівцеві-теплотехніку. Він виконає у встановленому порядку проект автономного опалення, в якому повинні бути відображені всі основні параметри опалювальної системи. Від того, наскільки кваліфіковано складено проект, залежить правильність вибору обладнання та ефективність, економічність і довговічність його роботи. Номінальну потужність котла визначають, виходячи з теплового балансу будинку для розрахункових значень температури зовнішнього повітря і внутрішньої температури в приміщеннях. При цьому не рекомендується підбирати котел із завищеною потужністю, оскільки це призводить до зменшення ефективності роботи опалювальної системи. Такий котел працюватиме не на повну потужність (в режимі нижче від номінальної потужності), а максимальний розрахунковий коефіцієнт корисної дії (ККД) котел видає, як правило, при роботі саме на номінальній потужності.
Цикл роботи котла починається зі зниженням температури теплоносія приблизно на 5-10 °С від встановленої на терморегуляторі та завершується після підвищення цієї температури до встановленої (гістерезис «увімкнення-вимкнення»). Правильно підібраний котелхарактеризується мінімальною кількістю циклів увімкнення-вимкнення. В котлі із завищеною потужністю кількість циклів збільшується, а це, в свою чергу, призводить до зниження експлуатаційного ККД і зростання витрат на опалення. Якщо ж підібрано котел заниженої потужності, меншої від сумарної теплопродуктивності нагрівальних приладів або тепловтрат опалюваних приміщень, — температура теплоносія на виході з нього не досягатиме заданої величини.
Витрати на паливо складають основну частину експлуатаційних коштів, тому необхідно підбирати котел з якомога вищим ККД, що характеризує економічність роботи котла.
ККД котла (η) виражається у процентах і є відношенням корисної теплоти (Qк), яка пішла на нагрівання теплоносія, до всієї кількості теплоти (Q), утвореної під час згорання палива:
η = (Qк/Q) · 100 %
Тепловий баланс котла можна відобразити так:
Q = Qк + Qвг + Qнз
де, Qвг — втрати теплоти з відхідними димовими газами;
Qнз — втрати теплоти внаслідок неповного згорання палива.
Отже, чим менші втрати теплоти в котлі, тим більшим буде його ККД і тим він економніший.
ККД сучасних конденсаційних котлів, обчислений за вищою теплотою згорання палива, дорівнює 92-96 %, а ККД, віднесений до нижчої теплоти згорання палива, перевищує 100 %. Нижчою теплотою згорання (НТЗ) називають теплоту, що виділяється під час згорання палива, а вища теплота згорання (ВТЗ) — це сума нижчої теплоти згорання палива та додаткової кількості теплоти (прихованої теплоти пароутворення/конденсації), яка виділяється під час охолодження димових газів і переході при цьому водяної пари з газоподібного стану в рідкий, тобто під час конденсації. Використовуючи приховану теплоту пароутворення/конденсації, можна отримати більше тепла, ніж виділяється під час безпосереднього згорання палива. Найперспективнішим паливом є природний газ (різниця між ВТЗ і НТЗ становить понад 10 %).
В конденсаційних котлах продукти згорання палива охолоджуються до температури, нижчої від точки роси, і теплота конденсації не втрачається, а відбирається для корисних цілей. Точкою роси називається температура димових газів, за якої починається конденсація водяної пари в продуктах згорання палива. Водяна пара в димових газах характеризується іншими властивостями, ніж чиста водяна пара, і в суміші з іншими газами має параметри, що відповідають параметрам суміші. Тому температура, за якої починається конденсація водяної пари в продуктах згорання палива, не буде дорівнювати 100 °С, як для чистої водяної пари. Для продуктів згорання природного газу температура точки роси дорівнює 55-57 °С.
Чи може ККД бути понад 100 %?
Якщо взяти до уваги величину теплоти конденсації водяної пари, то можна уявити таку картину розподілу теплових потоків у неконденсаційному і конденсаційному котлах. Із зазначених рисунків можна дійти висновків:
- ККД 100 % і більше можливий, якщо за точку відліку приймати НТЗ, а не ВТЗ;
- Повністю використати всю теплоту (явну і приховану) ми не в змозі з технічних причин, тому ККД котла не може дорівнювати або бути більшим від 111 % (відносно до НТЗ).
Правильно підібрані теплова потужність котла і параметри системи опалення, високий ККД котла і системи в цілому — головна запорука енергоощадного обігрівання будинку.
При підборі котлів, нарівні з тепловою потужністю і ККД, необхідно враховувати температуру теплоносія у зворотному трубопроводі, різницю температур між подачею і зворотом, діапазон допустимої витрати теплоносія і гідравлічний опір котла, а також ряд інших робочих параметрів.
Температура зворотного охолодженого теплоносія не повинна бути нижчою від передбаченої виробником котла. Занизька температура теплоносія, який надходить у котел, призводить до конденсування вологи із продуктів згорання на поверхнях нагріву і в результаті — до корозії цих поверхонь.
Для сучасних побутових котлів з малим об'ємом теплоносія в теплообміннику діапазон витрати теплоносія через котел може становити 100-200 % від номінальної витрати, заданої виробником. Недостатня витрата теплоносія може призвести до перегрівання і виходу з ладу теплообмінника, а перевитрата — до внутрішньої корозії та зниження ефективності роботи котла. Виробники котлів, як правило, вказують мінімально та максимально допустимі витрати теплоносія.
Часто виникає питання: який котел вибрати — зі сталевим чи чавунним теплообмінником?
Кожен із них має свої конструктивні особливості, які необхідно враховувати при підборі котлів.
Як правило, котел зі сталевим теплообмінником, порівняно з чавунним, завдяки більшому об'єму теплоносія в теплообміннику і добрим теплоакумулювальним властивостям, не потребує забезпечення мінімальної витрати теплоносія через котел. У більшості котлів з чавунним теплообмінником, у зв'язку з відносно невеликим об'ємом теплоносія порівняно зі сталевим, необхідно забезпечувати мінімальну витрату теплоносія через котел (наприклад, на рівні 30 % від номінальної). Крім того, в котлах з чавунним теплообмінником жорсткіше, ніж у сталевих, обмежується різниця між температурами теплоносія на виході з теплообмінника і на його вході.
Монтаж котлів з чавунним теплообмінником, особливо в дахових котельнях, можна значно полегшити й спростити завдяки доставці теплообмінника окремими секціями і складанню їх безпосередньо на місці встановлення. Котли зі сталевим теплообмінником постачають переважно у зібраному в заводських умовах вигляді. В деяких випадках, особливо для котлів великої потужності зі значними габаритами і вагою, моноблочна конструкція унеможливлює їхнє встановлення в дахових котельнях.
Обслуговування (чищення) чавунних теплообмінників викликає суттєві труднощі, оскільки складна конфігурація і шорсткість ребристих секцій теплообмінника збільшують імовірність осідання шламу та відкладення забруднень із продуктів згорання. Обслуговування сталевих теплообмінників не створює особливих труднощів. Гладкі поверхні та великі проходи — як для теплоносія, так і для продуктів згорання — зменшують небезпеку забруднення таких котлів.
Фізичні характеристики чавуну забезпечують тривалу довговічність чавунних теплообмінників. Більшість виробників гарантують термін їхньої експлуатації до 25 років, натомість сталевих — до 15 років.
В настінних котлах найчастіше встановлюють мідні теплообмінники. Їх переваги полягають передусім у малій вазі та незначній товщині стінок — лише 0,4-0,8 мм завдяки значній густині міді. Перевагою є також велика теплопровідність міді. Але внаслідок теплових навантажень на тонкі стінки мідного теплообмінника виникають великі напруження в його конструкції, які ще й підсилюються, що зумовлено великим коефіцієнтом теплового розширення міді. Тому термін служби мідних теплообмінників у настінних котлах відносно нетривалий.
Підбираючи двофункційний котел, виходять із потреби в гарячій воді. Якщо витрата гарячої води буде незначною (3-15 л/хв при нагріванні на 30-35 °С), — встановлюють, як правило, двофункційний котел проточного типу. Для більш комфортного забезпечення гарячою водою використовують двофункційний котел із вмонтованим 20-80–літровим накопичувачем — бойлером, що дає змогу мати певний час запас гарячої води (наприклад у разі припинення подачі газу) та можливість водорозбору навіть за дуже малих витрат. Щоправда, котел з бойлером споживає дещо більше газу — на постійний підігрів води у бойлері.
Якщо витрачається багато гарячої води з одночасним використанням декількох точок водорозбору (мийка, ванна, душ, джакузі тощо), — в систему з однофункційним котлом, як втім, і з двофункційним, під'єднують окремий ємнісний водонагрівач непрямого нагрівання — накопичувальний або накопичувально-швидкісний водо-водяний бойлер великого об’єму, наприклад на 100 або 200 літрів.
В ньому створюється постійний запас гарячої води, який дає змогу покривати пікові режими ГВП і гарантовано задовольняти потреби навіть дуже вибагливих користувачів у великій кількості гарячої води.
Підбираючи двофункційний котел, необхідно пам'ятати, що режими теплоспоживання систем опалення і ГВП суттєво відрізняються. Як правило, система опалення протягом дня характеризується стабільним теплоспоживанням, в той час як підігрів води для господарських потреб відзначається нерівномірним навантаженням, особливо зранку і ввечері, коли воно досягає пікової величини. Як переконує практика і теплові розрахунки, пікове споживання тепла системою ГВП майже завжди суттєво перевищує опалювальне навантаження. Якщо підібрати котел на сумарне теплове навантаження, то його встановлена потужність виявиться завищеною. В результаті у години, коли розбору гарячої води не відбувається, такий котел буде недозавантаженим, тобто працюватиме неефективно із заниженим експлуатаційним ККД. Тому при підборі двофункційного котла, а також при використанні однофункційного котла в системах опалення і ГВП (в суміщених системах з окремим водогрійним бойлером) їх теплопродуктивність варто підбирати, керуючись необхідністю забезпечувати одне пікове навантаження ГВП. Щоб такі системи економно працювали в період максимального розбору гарячої води, система опалення автоматично або вручну відключається, — і котел працюватиме лише на підігрів води в системі ГВП. Практика експлуатації суміщених систем опалення і ГВП свідчить, що відключення системи опалення в години пікового розбору гарячої води практично не знижує тепловий комфорт у приміщеннях. Так, під час заповнення ванни гарячою водою (а отже, відключення системи опалення протягом однієї години) температура повітря в приміщеннях знижується лише на 1-2 °С.
Підбираючи котел, особливу увагу варто звернути і на принцип відведення продуктів згорання від котла в атмосферу. Парапетні котли і турбо котли із закритою газощільною камерою згорання і відведенням продуктів згорання спеціальним димоповітропроводом мають ряд переваг над димохідними котлами з відкритою камерою згорання і відведенням димових газів через традиційний вертикальний димохід. Котли із закритою камерою згорання не “спалюють” кисень у приміщенні, де вони встановлені, і не потребують додаткового припливу в приміщення свіжого повітря знадвору для підтримування процесу горіння. Отже, приміщення не потребує припливної вентиляції. Крім того, ці котли є ідеальним варіантом для приміщень без традиційного вертикального димоходу, а в приміщеннях, де є такий цегляний димохід, відпадає потреба в його теплоізолюванні та “гільзуванні” — облашуванні високовартісного захисту від руйнівної дії агресивного конденсату.
Необхідну кількість котлів в системі опалення розраховують залежно від категорії надійності постачання споживачам тепла. Питання вибору одного чи декількох котлів актуальне насамперед для опалювальних систем великої потужності. В котельнях першої категорії надійності встановлюють не менше двох котлів, в котельнях другої категорії — переважно один котел. До першої категорії належать котельні, які є єдиним джерелом тепла в системі теплопостачання і які забезпечують споживачів, що не мають індивідуальних резервних джерел тепла (школи, дитячі садки, медичні заклади, важливі виробничі об'єкти тощо). Всі інші котельні належать до другої категорії. Висока експлуатаційна надійність котельні набуває неабиякого значення там, де через вихід з ладу єдиного генератора тепла можна очікувати значних фінансових і матеріальних збитків, неприпустимого зниження працездатності чи навіть загрози здоров'ю та життю людей. Особливо жорсткі вимоги висувають до надійності теплопостачання лікарень.
Для автономного опалення індивідуальних житлових будинків і квартир — з метою зниження витрат на придбання теплогенерувального обладнання та економії житлової площі — використовують один котел. У спільних (загальнобудинкових) автономних системах опалення багатоквартирних житлових будинків рекомендується встановлювати не менше двох котлів, що сприятиме підвищенню надійності системи.
Для автономних систем опалення з двома або більше котлами необхідно підбирати теплогенератори з однаковою теплопродуктивністю (потужністю), щоб забезпечити однаковий гідравлічний опір котлів. При паралельному підключенні котлів з різними гідравлічними опорами основна витрата теплоносія буде проходити через котел з меншим гідравлічним опором, що призведе до неефективного функціонування системи і навіть до виходу з ладу теплообмінників котлів.
При підборі котлів для дахових котелень і проектуванні таких котелень необхідно в кожному конкретному випадку враховувати:
- спосіб транспортування котлів до місця встановлення;
- додаткове навантаження на перекриття будівлі;
- можливість прокладання незалежної газової лінії;
- захист від падіння тиску і зниження рівня теплоносія;
- контроль і захист від витоку теплоносія;
- вплив погодних умов на тягу;
- звуко- і віброізоляцію котельні;
- протипожежні заходи;
- вимоги до вентиляції.
Загальна теплопродуктивність дахової котельні не повинна перевищувати 3,48 МВт.
До переваг дахових котелень слід віднести високий рівень автоматизації, що забезпечує можливість їх експлуатації без постійного перебування обслуговуючого персоналу.
Всi новини
