Издревле в условиях бытия применяются кожухотрубные теплообменники (типа ОСТ) в системах теплоснабжения, в том числе и для приготовления горячей воды для населения.
Широкое применение их обусловлено относительной простотой изготовления, они могли производиться в условиях практи-чески любого механического производства.
Однако когда речь заходит об их технических и эксплуатационных свойствах, то возникает масса вопросов о целесообразности дальнейшего их применения для водяных систем теплоснабжения.
Самые главные недостатки кожухотрубных теплообменников это крайне низкий коэффициент теплопередачи и как следствие высокие массогабаритные показатели.
Т.е. для обеспечения высокого теплосъема, 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 пластинчатого теплообменника было подобно эффекту разорвавшейся бомбы. С одной стороны взрывная волна пробила брешь в стене технической консервативности 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 установке теплообменника. Но со временем нюансы сгладились, и пластинчатый теплообменник прочно занял свое место в системах теплоснабжения.
Основное место использования пластинчатого теплообменника в коммунальном теплоснабжении на сегодняшний момент составляют системы горячего водоснабжения, где он эффективно вытесняет устаревший кожухотрубный теплообменник.
Принципы построения существующих схем горячего водоснабжения.
Сейчас существуют три основные схемы горячего водоснабжения (ГВС) в которых используются теплообменники, это: параллельная одноступенчатая схема ГВС; двухступенчатая смешанная схема ГВС; двухступенчатая последовательная схема ГВС.
Самая простая и самая соответственно недорогая это параллельная схема.
Нагрев воды происходит в одном теплообменнике. Теплообменник ГВС установлен параллельно системе отопление последовательно с регулирующим клапаном.
Регулирование осуществляется одним регулирующим клапаном и заключается в поддержании постоянной температуры нагретой воды в зависимости от величины водоразбора. Схема простая и надежная как автомат Калашникова.
Однако при обычном подходе к подбору теплообменника (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 экономайзера и догревателя см. [2]. Т.е. приготовление воды горячего водоснабжения ведется на двух теплообменниках. 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. Затем подогретая вода подается во вторую ступень и догревается до требуемой температуры, обычно 60°С, горячим теплоносителем.
Вторая ступень включается параллельно или последовательно системе отопления в зависимости от схемы.
Применение двухступенчатых схем позволяет при одинаковой нагрузке ГВС экономить до 40% теплоносителя относительно его расхода для параллельной схемы.
Это огромный плюс, так как помимо экономии теплоносителя в таких схемах температура «обратки» существенно ниже чем требуется по температурному 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 вести 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 теплообменника, кроме того затраты на монтаж двухступенчатой схемы ГВС также выше. Ее стоимость относительно параллельной схемы выше в 2-4 раза в зависимости от соотношения нагрузок отопления и ГВС.
Такое удорожание в основном дает теплообменник первой ступени, особенно это заметно при малой величине 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.
Соотношение 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 всетаки 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 теплообменника т.к. попытка создать ее на кожухотрубных аппаратах ведет увеличению числа секций и соответственно 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 капиталовложениям от внедрения параллельной схемы ГВС с переохлажденной «обраткой» растет с увеличением нагрузки 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 понимает, 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:
существенно экономить средства (до 30%) на начальном этапе при закупке и монтаже теплообменников горячего водоснабжения сохранить те же расходы теплоносителя, что и при использовании двухступенчатой схемы;
упростить общую систему теплоснабжения — независимость системы отопления от системы ГВС.
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 обеспечивает потребность людей в горячей воде.
Автор этой статьи надеется, что она послужит как раз таким обоснованием для согласующих организаций.
Прогресс не стоит на месте, и если новые энергоэффективные технологии позволяют решать старые проблемы, то их нужно использовать.
Литература.
1. СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов.
2. Теплоснабжение.
Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А.П., Пронина И.Б., Слемзин В.А. Москва, «Высшая школа», 1980 г.
3. Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения.
Чистяков Н.Н., Груздинский М.М., Ливчак В.И., Покровская И.Б., Прохоров Е.И. Москва, «Стройиздат», 1988 г.
4. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция.
Тихомиров К.В., Москва, «Стройиздат», 1981 г.
5. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник.
Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б., Манюк А.И., Ильин В.К., Москва, «Стройиздат», 1988 г.
6. Теплотехника. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М. и др. Москва, «Высшая школа», 1999 г.
Данная статья является сокращенным более чем в 3 раза вариантом и приводится без технико-экономических выкладок и обоснований.
Материал предоставлен компанией «РИДАН».