В соответствии с действующими положениями строительных норм и правил и других нормативных документов в проектах строительства и реконструкции жилых, общественных и промышленных зданий должны предусматриваться мероприятия по активному снижению энергопотребления этими объектами. Ниже приводятся технологические схемы утилизации теплоты в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. На рис. 1 и 2 представлены системы нагрева приточного воздуха посредством раздельных систем утилизации с промежуточным теплоносителем и теплоснабжения.
На рис. 1 приведена принципиальная схема системы утилизации с промежуточным теплоносителем (СУПТ) с подогревом промежуточного теплоносителя для одной приточной и одной вытяжной установки с регулированием теплопроизводительности приточных утилизаторов и с защитой от обледенения утилизаторов вытяжной установки. Разные схемы СУПТ с подогревом промежуточного теплоносителя для различного соотношения приточных и вытяжных установок отличаются лишь количеством соответствующих элементов.
Промежуточный теплоноситель (вода или незамерзающая жидкость) с помощью насосов 1 (один резервный) циркулирует по контуру через утилизаторы 2 и 3, установленные в приточном и вытяжном потоке. Догрев промежуточного теплоносителя осуществляется в теплообменнике 4, запитанным от теплосети.
Регулирование температуры приточного воздуха осуществляется по датчику температуры 5 (установленном либо в помещении, либо в приточном воздуховоде), последовательной работой регулирующих клапанов 6 и 7, устанавливаемых на трубопроводах промежуточного теплоносителя и воды из тепловой сети. При понижении температуры приточного воздуха клапан 6 увеличивает расход сетевой тепловой воды через теплообменник 4, при повышении — регулирующий клапан 7 уменьшает расход промежуточного теплоносителя через теплоутилизатор 3, установленный в потоке вытяжного воздуха.
Автоматическая защита от замерзания утилизатора 2 приточной установки осуществляется: в рабочем режиме при понижении температуры воздуха или промежуточного теплоносителя на выходе из теплоутилизатора 2 до установленного значения — открытием клапана 6 на обратном трубопроводе; в нерабочем режиме — выключением насоса 1 циркуляционного контура промежуточного теплоносителя и открытием клапана 6.
Автоматическая защита от обледенения утилизатора 3 вытяжной установки предусматривается по перепаду давления воздуха в утилизаторе. При повышении перепада до установленного значения по датчику 8 открывается регулирующий клапан 7, обеспечивая оттаивание потоком удаляемого воздуха. При уменьшенном расходе промежуточного теплоносителя оттаивание осуществляется через утилизатор 3.
Все разновидности схемы СУПТ с подогревом промежуточного теплоносителя имеют один существенный недостаток: в период работы дополнительного подогревателя при постоянном расходе промежуточного теплоносителя снижается количество утилизированного тепла за счет повышения обратной температуры промежуточного теплоносителя, а, следовательно, увеличивается расход тепла в дополнительном подогревателе.
В период работы дополнительного подогревателя СУПТ с подогревом промежуточного теплоносителя потребляет на 20–30 % больше тепла, чем СУПТ без подогрева промежуточного теплоносителя, где догрев воздуха до необходимых параметров осуществляется в дополнительном калорифере.
На рис. 2 представлена принципиальная схема СУПТ без подогрева с регулированием теплопроизводительности приточных утилизаторов и с защитой от обледенения утилизаторов вытяжной установки. Промежуточный теплоноситель с помощью насосов 1 (один из них резервный) циркулирует по контуру через утилизаторы 2 и 3 приточного и вытяжного воздуха. Догрев воздуха до требуемой температуры осуществляется в дополнительном калорифере 4, запитанным от тепловой сети. Регулирование температуры приточного воздуха осуществляется по датчику температур последовательной работой регулирующих клапанов 5 и 6, устанавливаемых, соответственно, на обводной линии утилизатора вытяжной системы и обратном трубопроводе дополнительного воздухонагревателя. При понижении температуры приточного воздуха клапан 6 увеличивает расход сетевой воды через дополнительный калорифер 4, при повышении — регулирующий клапан 5 уменьшает расход промежуточного теплоносителя через утилизатор 3.
Автоматическая защита от замерзания утилизатора 2 приточной установки предусматривает: в рабочем режиме при понижении температуры воздуха или промежуточного теплоносителя в обратном трубопроводе за утилизатором до установленного значения — отключение приточного вентилятора; в нерабочем режиме — включение циркуляционного насоса контура промежуточного теплоносителя. Автоматическая защита от обледенения утилизаторов вытяжных установок осуществляется по датчику перепада давления, аналогично схеме СУПТ с подогревом. СУПТ без подогрева, в отличие от СУПТ с подогревом промежуточного теплоносителя, имеет повышенное (за счет дополнительного калорифера) аэродинамическое сопротивление приточной установки, но в период работы дополнительных нагревателей расходуется меньше тепла от тепловой сети.
Следует отметить, что в СУПТ без подогрева, наряду с повышением аэродинамического сопротивления приточного тракта, завышается и поверхность теплообмена в дополнительном воздухонагревателе, т.к. она определяется из расчета отсутствия тепла удаляемого воздуха. Также в предлагаемой СУПТ без подогрева при обмерзании приточных теплоутилизаторов предусматривается отключение приточных установок, что на практике не всегда желательно. Избежать отключения приточных установок при обмерзании утилизаторов возможно при наличии обводной воздушной линии у приточных утилизаторов, при этом поддержание требуемой температуры приточного воздуха обеспечивается дополнительным калорифером. Уменьшение теплопроизводительности утилизаторов вытяжного потока достигается уменьшением расхода промежуточного теплоносителя за счет обводной линии.
Однако, при уменьшении расхода промежуточного теплоносителя через утилизатор вытяжного воздуха нагрев промежуточного теплоносителя будет увеличиваться при постоянных параметрах вытяжного потока, что может привести к «скачкообразной» (открыть/закрыть) работе регулирующего клапана на обводной линии. Уменьшение теплопроизводительности утилизатора вытяжного потока путем внесения в схему обводной линии по воздушному потоку у этих утилизаторов будет способствовать более плавной работе системы регулирования.
На рис. 3 показана схема, позволяющая повысить экономичность использования ВЭРов с различными температурными потенциалами. Схема состоит из двух контуров — большого и малого. В «большой» контур входят: насосный агрегат 1, регулируемый с помощью трехходового клапана 2; теплообменник 3, связанный с источником ВЭР более высокого потенциала; подогреватель 4, выполняющий функции резервного и типового нагревателя; калориферный агрегат 5 с рециркуляционным насосом 6 приточной установки 7; регулирующий клапан 8, связывающий «большой» и «малый» контуры.
В «малый» контур входят следующие агрегаты: насосный агрегат 9 с регулирующим клапаном 10, утилизатор 11, передающий теплоту от источника ВЭР с меньшим температурным перепадом; калориферы 12 приточной установки 13, в состав которой входит дополнительный воздухоподогреватель 14, в случае необходимости питающийся от стационарного источника тепла. В качестве промежуточного теплоносителя циркуляционного контура системы утилизации авторами рекомендуются незамерзающая жидкость. Работа схемы осуществляется следующим образом: при незначительных температурах наружного воздуха (переходный период) клапан 8 закрывает проход теплоносителя из «большого» контура в «малый». Плановый догреватель 4 не работает. Регулирование температуры в подающей линии 15 осуществляется клапаном 2, обеспечивая стабилизацию температуры воздуха приточной установки 7.Регулирование температуры воздуха приточной установки 13 обеспечивается клапаном 10. При понижении температуры наружного воздуха после того, как утилизатор 11 выйдет на расчетную производительность, регулирование температуры воздуха приточной установки 13 начинает осуществляться с помощью клапана 8 путем подмешивания более горячей воды в подающую линию «малого» контура. Происходящее при этом уменьшение расхода промежуточного теплоносителя через клапан 8 в сторону калориферного агрегата 5 влечет за собой снижение температуры воздуха в приточной установке 7. Для поддержания этой температуры на необходимом уровне клапан 2 увеличивает расход промежуточного теплоносителя через теплообменник 3 и, соответственно, повышает его температуру. В случае дальнейшего снижения температуры воздуха в приточной установке 7 подключается пиковый подогреватель 4, обеспечивая требуемую температуру воздуха в приточных установках 7 и 13.К недостаткам схемы следует отнести: сложность управления всей системой; наличие двух циркуляционных насосов промежуточного теплоносителя; необходимость использования теплоносителя с пониженной температурой замерзания; включение пикового подогревателя в подающую линию контура промежуточного теплоносителя, что приводит к снижению количества утилизированного тепла от ВЭР с высоким температурным потенциалом. Поэтому все же целесообразнее, в т.ч. с точки зрения экономии тепловой энергии, в качестве пикового догревателя использовать в приточной установке 7 калориферы, питающиеся от тепловой сети (по аналогии с устройством 13). В предложенных схемах в качестве промежуточного теплоносителя предусматривается использовать обыкновенную воду.
На рис. 4 представлена схема системы комплексного использования тепловых ВЭР с промежуточным теплоносителем и параллельным нагревом его энергоносителями ВЭР. В качестве источников ВЭР рассматриваются дымовые газы, оборотная вода и условно чистая вода, в качестве потребителя тепла представлены приточные отопительно-вентиляционные системы. Промежуточный теплоноситель, охлажденный в теплообменнике 4 приточной вентиляционной системы, поступает в теплообменники 1, 2 и 3, где нагревается, соответственно, оборотной водой, сточными водами и дымовыми газами. Нагретый промежуточный теплоноситель собирается в баке-аккумуляторе 5, откуда насосом 16 подается в теплообменник воздухонагревателя 4 приточной системы. В случае нехватки тепла ВЭР для необходимого нагрева приточного воздуха предусмотрен догрев воздуха до требуемых температур теплоносителем от ТЭЦ или котельной в воздухонагревателе 7, Регулирование теплопроизводительности приточных систем осуществляется изменением количества теплоносителей, поступающих в воздухонагреватели регулирующим клапаном 8. Защита воздухонагревателей от замораживания в них теплоносителя обеспечивается регулированием количества воздуха, проходящего через воздухонагреватели и обводные каналы, что обеспечивается сдвоенными воздушными клапанами 9. Схемой предусмотрена возможность эксплуатационного регулирования воздухопроизводительности приточных систем в зависимости от заданных параметров воздушной среды в помещениях. Регулирование осуществляется частичной рециркуляцией воздуха по обводной линии 10.Избытки вторичного тепла, неиспользуемые в те или иные периоды, отводятся, соответственно, в канализацию, на градирню или в атмосферу, для чего предусмотрены обводные линии 11 у соответствующих теплообменников.
|
Применение данной схемы возможно в двух вариантах: либо со стабилизированными расходами промежуточного теплоносителя, либо со стабилизированными температурами промежуточного теплоносителя, что достигается установкой в систему соответствующих регулирующих органов. Нагретый промежуточный теплоноситель собирается в баке-аккумуляторе 5, где происходит либо выравнивание температур промежуточного теплоносителя (при варианте со стабилизированными расходами), либо выравниванием колебаний расхода промежуточного теплоносителя (в варианте со стабилизированными температурами).На рис. 5 представлена принципиальная схема системы комплексного использования тепловых ВЭР с промежуточным теплоносителем и последовательным его нагревом энергоносителями ВЭР. Отличие настоящей схемы от предыдущей в том, что промежуточный теплоноситель последовательно нагревается различными энергоносителями с учетом их температурного потенциала. Регулирование теплопроизводительности приточных систем, мероприятия по защите воздухонагревателей от замерзания, догрев приточного воздуха при нехватке тепла ВЭР и эксплуатационное регулирование воздухопроизводительности приточной системы осуществляется по аналогии со схемой рис. 4. Существенным недостатком системы с последовательным нагревом промежуточного теплоносителя различными ВЭРами является снижение располагаемого температурного перепада у второго и последующих энергоносителей, вследствие повышения температуры промежуточного теплоносителя после первого энергоносителя, что проводит к снижению теплосъема у последующих энергоносителей. Кроме того, наличие бака-аккумулятора в данной схеме для выравнивания температур промежуточного теплоносителя выглядит ошибочным, т.к. при последовательной схеме нагрева промежуточного теплоносителя его температура определяется и «выравнивается» в последнем по ходу теплообменнике. На рис. 6 представлена принципиальная «зависимая» схема системы комплексного использования тепловых ВЭР. Автором предусмотрена следующая схема работы системы: оборотная вода, охлаждающая технологическое оборудование, поступает в воздухонагреватели 1 приточной установки, где охлаждается до заданных температур и возвращается к технологическому оборудованию. Сточные воды (нагретые) поступают в другую группу воздухонагревателей 2, откуда сбрасываются в канализацию. Дымовыми газами предусматривается нагрев приточного воздуха при помощи регенеративного или рекуперативного теплообменника 3. Регулирование теплопроизводительности приточных систем, мероприятия по защите воздухонагревателей от замерзания, догрев приточного воздуха и т.п. осуществляется по принятой схеме на рис. 5. Использование данной схемы в реальном проектировании вряд ли осуществимо. Во-первых, при применении рекуперативных, а тем более регенеративных теплообменников, для нагрева приточного воздуха отходящими дымовыми газами следует точно знать состав дымовых газов, чтобы не допускать нарушения п. 7.5 СНиП 2.04.05–86. Во-вторых, применение сточных вод для нагрева приточного воздуха в соответствии с п. 7.6 того же СНиП требует применения герметизированных теплообменников и согласования с органами надзора. В-третьих, применение в приточных установках трех последовательных теплообменников (оборотной воды, сточных вод и теплофикационной воды) вызывает неоправданное увеличение аэродинамического сопротивления приточных установок, и, как следствие, перерасход электрической энергии. И, наконец, предложенная в схеме последовательность нагрева приточного воздуха вряд ли осуществима практически, т.к. температурный потенциал дымовых газов выше, чем у оборотной воды или сточных вод. Продолжение см. в следующем номере. 1. Госстрой БССР. Анализ теплоэнергетических балансов, разработка принципиальных схемных решений систем ОВ с использованием тепловых ВЭР. — Мн.: БГИПП, 1984. 2. Типовые материалы для проектирования 9040226.86. — М., 1986. 3. Госстрой СССР. Разработка предложений по использованию тепла оборотной воды в системах вентиляции Балаковского комбината искусственного волокна. — М.: Главстройпроект, ЦНИИ-промзданий, 1988. 4. Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования. — М.: Стройиздат, 1983. 5. Карпис Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха. — М.: Стройиздат, 1986. 6. Рекомендации по проектированию воздухоприготовительных центров с теплообменниками для утилизации тепла вытяжного воздуха, М.: МНИИТЭП, 1983. 7. Государственный комитет СССР по ценам. Прейскурант №0901. Тарифы на электрическую и тепловую энергию, отпускаемую энергосистемами и электростанциями Министерства энергетики и электрификации СССР. — М.: Прейскурантиздат, 1989. |
   |
