Совмещение тепловых систем
В советские времена санитарные нормы предписывали обеспечивать теплоснабжение жилых помещений с помощью парового отопления. В нашей стране не существовало адекватной замены этому способу обогрева. Например, когда в 1989 г. в Москве строили гостиницу «Ирис Конгресс», несмотря на заложенную в проекте систему воздушного отопления с использованием тепловых насосов, в здании была проведена классическая система парового отопления (так предписывали санитарные нормы).
Тогда в России была построена первая полноценная бивалентная система отопления. Паровое отопление и сейчас работает в гостинице, поддерживая без участия ТНУ температуру 15 °C. Бивалентными называются системы, где совмещены два типа отопления — например, паровое и воздушное. В моновалентных системах используется один тип отопительного оборудования. В данной статье рассматривается целесообразность совмещения систем двух типов (с технической, практической и экономической точек зрения).
Следует уточнить, что бивалентные системы будут раскрыты на примере, в котором паровое отопление организовано по классической схеме от городской теплоцентрали, а не с помощью тепловых насосов типа «вода–вода».
Техническая сторона
С технической точки зрения все достаточно просто. Параллельно на стадии строительства в проект закладывается проведение двух типов коммуникаций: стандартного трубопровода парового отопления с необходимой запорной арматурой и системы воздуховодов воздушного отопления. В случае с тепловыми насосами воздуховодов также не требуется — по зданию прокладывается дополнительный трубопровод водяного кольцевого контура.
То же самое происходит и при модернизации здания, когда воздушное отопление устанавливается в качестве дополнительного к существующей классической системе. В этом случае подачу теплоносителя в паровую систему отопления искусственно ограничивают, замещая паровое отопление воздушным. Итак, мощность, требующаяся для отопления здания, делится между паровой и воздушной системами отопления в тех пропорциях, в которых это целесообразно в конкретном случае.
Здесь проектировщики сталкиваются с особой проблемой. Чаще всего целесообразность превалирующего использования того или иного способа отопления обусловлена экономическими факторами. Необходимо считать и сравнивать затраты на отопление с помощью центральных тепловых сетей города и собственной автономной системы. Очевидно, что использование в здании кольцевой теплонасосной системы в целом повышает энергоэффективность и снижает затраты, но на практике выясняется, что наличие парового отопления в здании также может приносить свои выгоды.
Поэтому важно найти баланс между практическими преимуществами и экономической выгодой от работы системы. В здании прокладывается сразу два типа коммуникаций, обеспечивающих отопление. Радиаторы парового отопления традиционно размещаются в подоконном пространстве. Это выгоднее всего с точки зрения потоков естественной конвекции воздуха, происходящей в комнате. В дальнейшем, это также надо учитывать, при разводке воздуховодов второй отопительной системы.
Воздушное отопление позволяет более гибко очерчивать зоны обогрева и кондиционирования, поэтому с помощью грамотного проектирования можно сгладить недостатки естественной циркуляции воздуха в помещении.
Практика и практичность
Многие проектировщики сомневаются в целесообразности построения бивалентных систем. Зачем это делать, если воздушное отопление эффективнее, экономичнее, комфортнее, проще в обслуживании и эксплуатации? Ответ прост — использование парового центрального отопления повышает надежность и независимость системы от форсмажорных обстоятельств. Ведь работа воздушного отопления напрямую зависит от подачи электроэнергии или топлива для котельного оборудования.
Если случается крупная авария, перебои с электроэнергией, то при отсутствии резервных источников питания воздушное отопление перестает функционировать. В холодное время года это может привести к размораживанию всего здания, не говоря уже о неудобствах для жильцов или арендаторов. Наличие дублера в виде парового отопления минимизирует этот риск. Вероятность того, что в городе одновременно отключат и электричество, и отопление, крайне мала, и если это случится, то станет настоящей катастрофой.
С другой стороны, возникает необходимость уделять внимание сразу двум отдельным системам. Здесь и эксплуатация, и плановые ремонты двух типов оборудования. Конечно, паровое отопление в здании не является сложным оборудованием, но также требует постоянного внимания. Наличие парового отопления может помочь в тех случаях, когда в здании есть помещения, требующие стабильного обогрева до постоянной невысокой температуры. Например, подвалы и подсобные помещения.
Сюда нецелесообразно ставить отдельный тепловой насос или тянуть громоздкие трубопроводы. Температура круглый год здесь может находиться на уровне 14–16 °C, этого будет вполне достаточно. Намного практичнее обеспечивать данную температуру с помощью радиаторов. Такой подход практичнее везде, где не требуется позонный контроль и постоянное регулирование температуры.
С другой стороны, в остальном здании воздушное отопление не только снижает инерционность отопительной системы и позволяет быстро нагревать или кондиционировать помещения, но также дает возможность в целом поддерживать комфортный микроклимат. Паровое отопление не позволяет регулировать влажность и давление в помещении. Тепловые же насосы или другой тип воздушного климатического оборудования автоматически поддерживают влажность внутри здания на заданном уровне, осушают или увлажняют воздух в случае необходимости.
Притом чаще всего это происходит естественным образом — вода конденсируется на теплообменниках либо испаряется из специальных резервуаров. При наличии простейших манометров с помощью системы воздушного отопления можно регулировать давление, поддерживая его на том уровне, который необходим для данного типа помещений. В любом случае, если санитарные нормы требуют поддержания повышенного или пониженного давления в помещениях данного типа, то придется устанавливать систему приточно-вытяжной вентиляции.
Удобнее, если эту функцию выполняет система воздушного отопления. Таким образом, бивалентная система обладает всеми положительными сторонами воздушных отопительных систем, является более надежной и защищенной от перебоев с электроснабжением. Бивалентная система гибкая и позволяет применять различные типы отопления в разных частях здания исходя из экономической и практической целесообразности.
Достоинства и недостатки
Главный недостаток подобной системы — это повышенные капитальные затраты (затраты на проектирование, закупку оборудования и монтаж) в сравнении с любой моновалентной системой. Инвестору приходится платить сразу за два типа оборудования. К тому же необходимо просчитать совместную работу техники и сбалансировать ее. Частично этот недостаток компенсируется тем, что каждая из проектируемых подсистем обладает меньшей мощностью, чем в случае ее самостоятельной работы.
Часть мощности каждой из подсистем замещается второй частью бивалентной системы. Например, установка тепловых насосов меньшей мощности позволяет в этом случае снизить затраты на закупку ТНУ на 15–20 %. Второй минус — это использование дорогостоящего высокопотенциального тепла городской теплоцентрали. Потребление этого типа энергии в бивалентных системах значительно ниже, чем при классическом отоплении, но такие дополнительные затраты появляются в любом случае.
Какие бы ни были цены на электричество, но потребление одного киловатта электроэнергии на выработку 4 кВт тепла тепловыми насосами более экономичный вариант, чем потребление тепла из городской сети. И созданная утилизация тепла тепловыми насосами и перераспределение его внутри здания обуславливает высокую экономичность воздушной отопительной системы. Третий экономический минус заключается в повышенных эксплуатационных затратах. В случае с бивалентной системой необходимо обслуживать два типа оборудования.
Соответственно повышаются и затраты. Трубы, радиаторные батареи, запорная арматура — все это требует постоянного внимания. С другой стороны, учитывая, что в бивалентной системе паровое отопление работает в абсолютно других режимах — при более низком давлении и температуре, т.е. при меньших нагрузках, — долговечность системы центрального отопления в здании несколько возрастает. Это уже можно отнести к преимуществам бивалентной системы.
Главный же плюс с экономической точки зрения — это достоинство, присущее любой кольцевой теплонасосной системе, в т.ч. и бивалентной: она способна себя окупать. Это обусловлено тем, что несмотря на повышенные эксплуатационные расходы, затраты на отопление здания в целом снижаются в сравнении с классической системой отопления. Теплонасосное оборудование эффективно отапливает здание, и отопительная система в целом работает в более экономичных режимах.
За счет этой энергосберегающей составляющей отопительная система окупает себя до того, как выработает свой ресурс, который составляет 20–25 лет. Провести оценку сложно. Единственный пример крупной бивалентной системы в России сегодня — это все тот же «Ирис Конгресс Отель». В здание заведена городская теплоцентраль. Эта энергия используется для парового отопления сооружения, а также в качестве источника дополнительного тепла кольцевой теплонасосной системы.
На выходе системы замеряется расход тепла — на основании показателей счетчиков производится оплата. Проблема в том, что тепло из центральной системы используется также для обогрева площадей уличной парковки и дополнительного здания, где нет тепловых насосов, и судить о том, сколько именно тепла тратится на работу бивалентной системы, очень сложно.
