Системы чиллер

1. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
1.1 Принципы теплоснабжения
Для теплоснабжения зданий используют:
- локальные или местные системы теплоснабжения
- групповые системы теплоснабжения
- центральные системы теплоснабжения.
Локальная система теплоснабжения означает, что для теплоснабжения здания в
самом здании находится котельный агрегат или снабжения только этого здания
осуществляется из индивидуальной котельной. Локальные системы используются
в основном в сельской местности, но и в поселках и городах при частной
застройке, иногда – в многоквартирных домах. Для локального теплоснабжения
используют малые котлы, печи, камины, плиты. В принципе подходят и тепловые
насосы. Как правило, только теплового насоса недостаточно, тепловой насос
устанавливают совместно с другим видом отопления ( печное, камин и др.).
Групповая система теплоснабжения обеспечивает теплом группу зданий от
одного источника (групповой котельной).
Центральная система теплоснабжения обеспечивает теплом большое количество
зданий от одной или нескольких центральных котельных теплового предприятия,
у которых может быть общая система передачи и распределения тепла –
теплосеть.
В системе централизованного теплоснабжения теплоэнергию производят на
предприятии централизованного теплоснабжения, которое может быть котельной
(котельными),
теплоэлектростанцией,
промышленным
предприятием,
комбиэлектростанцией и т.д.. У центральных систем теплоснабжения обычно
большая, разветвленная теплосеть, предназначенная для теплоснабжения большой
группы потребителей. Иногда центральное тепловое предприятие помимо
тепловых сетей обслуживает тепловые узлы потребителей. Точного деления между
групповой и центральной системами теплоснабжения нет. Центральная система
теплоснабжения обычно охватывает крупный населенный пункт ( поселок, часть
города).
Системы центрального теплоснабжения широко распростаранены
в
Скандинавских странах, странах Балтии, в России и Польше. В Германии системы
центрального теплоснабжения не очень развиты. Системы центрального
теплоснабжения называют системами центрального отопления, т.к. основное их
назначение отопление зданий. Дополнительно к отоплению по этим системам
обеспечивают теплоснабжение на нужды горячего водоснабжения и вентиляции.
1
Рис.1. Доля центрального отопления в жилом и общественном секторе.
Преимущества систем центрального отопления:
- возможность централизованного контроля выбросов в атмосферу и водоёмы,
лучшая возможность рассеяния выбросов;
- надежность теплоснабжения по сравнению с локальным отоплением,
возможность использования резервного топлива;
- лучшие возможности для внедрения совместного производства тепла и
электроэнергии, чем при локальном теплоснабжении;
- возможность использовать промышленную теплоэнергию низкого потенциала
(как побочный продукт), применяя тепловые насосы.
Недостатки существующих систем центрального отопления:
- низкий уровень использования комбистанций ( совместного производства тепла
и электроэнергии);
- использование фоссильного топлива в котельных ( природный газ, солярка,
сланцевое масло), которое с тем же успехом может использоваться в групповых и
индивидуальных котельных, но без тепловых потерь в теплотрассах при этом;
высокие теплопотери, которые достигают 40 -50% в летний период (
теплоснабжение на нужды ГВС);
- качественный способ регулирования подачи тепла, который приводит к высокому
потреблению электроэнергии на работу циркуляционных насосов даже в период
малого теплопотребления (летом);
- высокие температуры отопительного графика ( 130/70, местами 150/70 0С).
Недостатки, связанные с высокими температурами в теплосетях:
- высокие теплопотери;
- невозможность использования тепла низкого потенциала (побочного продукта
производственного предприятия или ТЭС);
2
- если использовать теплонасосы, то их к.п.д. будет низким;
- к.п.д. комбицикла тоже будет ниже.
Дороговизна тепловой энергии для потребителя состоит не столько в высоких
расходах на ремонт и обслуживание, а из—за больших теплопотерь в
теплотрассах, причиной которых являются:
- плохая изоляция трубопроводов, неизолированная арматура в тепловых камерах,
коррозия труб водная и по стороне изоляции;
- некачественный покровный слой изоляции, не исключающий намокание
изоляционного слоя;
- отсутствие или плохая работа дренажной системы.
1.2 Теплопотребление зданий
При проектировании и эксплуатации систем центрального теплоснабжения
необходимо знать присоединенную тепловую нагрузку (мощность) потребителей.
Потребители – жилой сектор, конторские помещения, здания общественного
сектора ( школы, детсады, больницы, поликлиники). Промышленные потребители
относительно редко соединены с системой центрального теплоснабжения.
Предприятию центрального теплоснабжения необходимо знать как максимальную
присоединенную нагрузку ( в kW или MW), так и тепловое потребление за
определенный промежуток времени ( месяц, год, в MWh). Эти же показатели (
максимальная мощность, месячное или годовое теплопотребление) важны также
для теплового потребителя, т.к. на основе этих показателей происходит расчет с
производителем тепла.
1 MWh тепла соответствует охлаждению 43 м3 отопительной воды в
теплообменнике или радиаторах отопительной системы теплопотребителя на 200С.
Если тепло используется на ГВС (горячее водоснабжение), тогда 1 MWh тепла
соответствует 21,5 м3 воды горячего водоснабжения (водопроводной), которая
была подогрета на 400С (например, от +150С до + 550С).
Расчеты за тепловую энергию производятся в ЭР по одноступенчатому тарифу, т.е.
потребитель платит за потребленное количество MWh-ов. В других странах
используются двухступенчатые тарифы, что означает также плату за
присоединенную мощность. В этом случае максимальная присоединенная нагрузка
имеет существенное значение для потребителя и теплового предприятия.
В жилом секторе, школах, детсадах, поликлиниках и других зданий общественного
сектора тепловую энергию используют на нужды:
- отопления,
- горячего водоснабжения,
- вентиляции с учетом кондиционеров.
Для промышленных потребителей, присоединенных к сетям центрального
отопления тепловые нужды остаются такими же как и у общественного сектора, к
которым может прибавиться тепловая нагрузка технологического агрегата.
3
1.3. Требования к параметрам микроклимата в помещениях
Системы теплоснабжения в месте с вентиляционными и системами
кондиционирования должны обеспечивать в помещении требуемый микроклимат.
Микроклимат помещения – это совокупность доминирующих химических и
физических условий. Параметры, которые характеризуют микроклимат прописаны
в Нормах проектирования микроклимата (Sisekliima projekteerimisnormid).
Нормами проектирования микроклимата устанавливается контрольная зона –
часть помещения, в которой должен быть обеспечен нормируемый микроклимат.
Контрольная зона охватывает основную часть помещения, отступая на 1 метр от
наружной стены и потолка, а также 0,5 метра от внутренней стены, если у этой
стены нет окна или радиатора.
По параметрам микроклимата строения делят на три класса комфортности. Три
класса комфортности А, В, С определяются, исходя из показателей
удовлетворенности людей, работающих или проживающих в этих помещениях.
Классификация проводится на основе индекса предполагаемой комфортности
РМV ( Predicted Mean Vote) и процента предполагаемого теплового дискомфорта
PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied).
При определении процента предполагаемого теплового дискомфорта PPD имеют в
виду дискомфорт, который вызван следующими причинами:
- скоростью движения воздуха в помещении,
- неоднородность температурного поля по вертикали,
- слишком холодный или слишком теплый пол, или неблагоприятная температура
излучения.
Такой подход объясняется тем обстоятельством, что тепловая комфортность –
очень субъективное понятие, люди по- разному ощущают тепловой комфорт или
дискомфорт. На графике рис.1.2. представлен процент предполагаемого теплового
дискомфорта, на котором отмечается увеличение процента PPD, если возрастает
асимметрия температуры излучения.
4
Рис.1.2. Зависимость индекса PPD от асимметрии температур излучения.
soe (kuum) lagi – теплый (горячий) потолок, külm sein – холодная стена, külm lagi – холодный
потолок, soe (kuum) sein – теплая(горячая) стена.
В некоторых нормативных документах для микроклимата индекс PPD
непосредственно связывается с теплоснабжением. Таким образом, нормируются
температура внутреннего воздуха в помещении с допускаемыми отклонениями в
зависимости от назначения помещения, допустимая скорость движения воздуха и
кратность воздухообмена. В жилых помещениях, бюро, конференцзалах,
школьных кабинетах, аудиториях принята температура внутреннего воздуха +220С,
допустимое отклонение ±10С, ±20С ил ±30С в соответствии с классом комфотности
А, В, С.
Скорость движения воздуха связана с организацией воздухообмена ( вентиляции) в
отапливаемых помещениях. Допустимые скорости движения воздуха даны в
нормативных документах отдельно для лета и зимы в зависимости от назначения
помещения, в большинстве случаев максимально допустимая скорость воздуха
находится в интервале от 0,15 до 0,25 м/с. Скорость движения воздуха в
помещении – фактор, обуславливающий дискомфорт. Связь индекса
предполагаемого теплового дискомфорта PPD с оперативной температурой
характеризует график на рис. 1.3..
t oper = ( tõhk + t kiirguvad pinnad) /2
где tõhk – температура воздуха в помещении
t kiirguvad pinnad – температура излучающих поверхностей
Рис.1.3. Зависимость индекса предполагаемого теплового дискомфорта PPD от оперативной
температуры. Clo – единица, характеризующая как одет человек, met – единица метаболизма
(физической активности), RH – относительная влажность (relative humidity).
5
Факторы, влияющие на тепловой комфорт:
- оперативная температура,
- относительная влажность воздуха,
- скорость движения воздуха,
- способность одежды удерживать тепло,
- физическая активность человека.
Индекс теплового комфорта помещений PMV определен на основе ощущения
теплового комфорта следующим образом:
горячий
теплый
слегка теплый
нейтральный
слегка прохладный
прохладный
холодный
+3
+2
+1
0
–1
–2
–3
Факторы, определяющие дискомфорт:
- большая скорость движения воздуха (сквозняк),
- неоднородность температурного поля по вертикали (измеряют на высоте 0,1 и 1,1
м),
- слишком холодный или слишком теплый пол,
непреемлемая
температура излучения радиаторов, стен или разность
температур.
С теплоснабжением связан нормирумый воздухообмен, его значения даются двумя
способами: в l/(s`inim) и l/(s`m2põrand).
Для жилых помещений требуемый воздухообмен - 10 l/(s´inim), 7 l/(s´inim) või 5
l/(s´inim) в соответствии с классом комфортности А, В, С. В конторских
помещениях требуемый воздухообмен в два раза больше чем в жилых
помещениях, для аудиторий - 11, 7 и 4 l/(s´inim).
Помещения по классу тепловой комфортности определяются в соответствии с
таблицей 1.
Класс
тепловой
комфортно
сти
Ощущение
теплового
дискомфорта
в%
Индекс
теплового
комфорта
Процент
ощущающ
их
дискомфо
рт от
скорости
движения
воздуха %
Процент
ощущающ
их
дискомфо
рт от
неоднород
ности
темпертур
по
вертикали
%
Процент
ощущающ
их
дискомфо
рт от
слишком
холодного
или
слишком
теплого
пола %
Процент
ощущающ
их
дискомфо
рт от
непреемле
мой
температу
ры
излучения
или
6
А
В
С
<6
<10
<15
-0,2< PMV< +0,2
-0,5< PMV< +0,5
-0,7< PMV< +0,7
<15
<20
<25
<3
<5
<10
<10
<10
<15
разности
температу
ри %
<5
<5
<10
Норма воздухообмена может быть задана на квадратный метр площади
помещения. В аудиториях - 16, 11 и 6,4 l/s∙m2Põrand.
Поскольку норма воздухообмена задается двумя способами, то проектировщик
должен решать по какому показателю будет вестись расчет. Выбирать нужно тот
показатель, который дает больший расход воздуха на вентиляцию. При
проектировании новых зданий считается важным предусмотреть базовую
вентиляцию здания и при необходимости – возможность увеличения воздухообмена.
Естественно, что при расчете теплоснабжения здания необходимо исходить из
требований нормативных документов микроклимата по воздухообмену и считать
нагрузки (присоединяемую тепловую мощность), исходя из нормативного
воздухообмена. При расчете теплового потребления существующих зданий зачастую
возникают проблемы, поскольку отсутствуют исходные данные для определения
интенсивности воздухообмена.
Рассматриваемая проблематика связана с нормами и правилами предъявляемыми
службой охраны здоровья к микроклимату в рабочих помещениях, т.к. рабочие
помещения можно отапливать централизованно и локально. Эти нормативы
определяют оптимальные и допускаемые температуры на рабочих местах в
зависимости от времени года (теплое, холодное) и категории работ ( легкая, средней
тяжести, тяжелая). При этом холодное время года определяется как период, когда
среднесуточная температура наружного воздуха ниже или равна +100С. Таким
образом, термин «холодное время года», используемый в этих нормативных
документах соответствует понятию отопительного периода.
Оптимальные температуры в отапливаемых рабочих помещениях даются интервалом
температур, например, для легкой Iа рабочей категории температура воздуха в
помещении составляет 20 – 240С. В тоже время указывается допустимые верхний и
нижний пределы этой температуры: нижний – +190С, верхний – +250С. По
использованной терминологии в рабочую категорию Iа входят работы, которые
выполняют сидя и которые не требуют физических усилий ( работа в конторах, бюро
и других помещениях общественного сектора). При бОльших физических усилиях
промежуток оптимальных температур меняется в сторону уменьшения в зависимости
от тяжести работ, в тоже время и на этих рабочих местах допустимая нижняя
предельная температура только на один или два градуса ниже указанной в
оптимальном промежутке наименьшей температуры.
2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЗДАНИЯ
2.1 Тепловой баланс и распределение энергопотребления
7
Тепловые и энергетические балансы – полезные вспомогательные средства,
позволяющие выяснить как распределяется энергопотребление в зданиях.
Тепловой баланс показывает в здание входящие и выходящие тепловые потоки.
Входящие и выходящие тепловые потоки должны быть равны.
Выходящие тепловые потоки из здания - теплопотери через:
- окна,
- наружные стены (ограждающие конструкции),
- через другие элементы строительной коробки, как, например, с вентиляционным
потоком воздуха и воздухом, уходящим через неплотности,
- канализационные стоки.
Основная часть входящих
тепловых
потоков приходится на отопление,
вентиляцию (воздухообмен) и горячее водоснабжение ГВС. Необходимое
количество тепла обеспепечивается или центральным отоплением, или локальным
котлом или потребелением электроэнергии на нужды отопления. Дополнительно к
организованным входящим тепловым потокам происходит и неконтролируемое
выделение тепла в самом здании. Так, например, в тепло преобразуется большая
часть электроэнергии, питаюшая электроприборы ( холодильники, микроволновые
печи, электроплиты) бытовой техники. Люди, проживающие и работащие в
зданиях, выделяют тепло. В состоянии покоя количество теплоты, выделяемое
человеком, равно 100W, если человек выполняет тяжелую физическую работу, то
его тепловыделение составляет 200...250 W. Тепловыделения человека следует
учитывать в кинозалах, театральных залах и других
помещениях, где
одновременно может находится большое количество людей.
На диаграмме рис.2.1. показан тепловой баланс (входящие и выходящие потоки) и
распределение потоков тепла внутри здания.
Рис. 2.1. Тепловой баланс и распределение потоков тепла внутри здания.
Soojus – тепло, valgustus – освещение, kliimaseadmed – кондиционеры, ventilatsiooni õhk –
вентиляционный воздух, hoone küte – отопление здания, soojuskaod ja lekked – теплопотери и
утечки, soe tarbevesi – горячее водоснабжение, heitvesi – канализационные стоки.
8
Рис. 2.2. Распределение теплопотребления в здании.
Õhuvahetus (ventilatsioon) – воздухообмен, вентиляция,
soe vesi – ГВС,
kaod soojuse jaotamisel –
теплопотери при распределении
soojusjuhtivuskaod – потери от
теплопроводности
Более детальное
распределение потерь тепла для отдельно взятого 4-х этажного дома по расчетам
AS Termox представлено на рис. 2.3.:
Välisuksed – наружные двери
Trepikoja aknad – окна в подъезде
Korteriaknad – окна в квартире
1.korruse põrand – пол 1-го этажа
4.korruse lagi – потолок 4-го этажа
Välisseinad – наружные стены
Ventilatsioon – вентиляция
Jaotamisel – потери распределения.
3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ
НАГРУЗОК
(МОЩНОСТЕЙ)
3.1. Общие положения
Тепловую нагрузку здания можно расчитать по формуле:
N = (N s.j.kaod + NV + Nv.inf. + Nsoe vesi - Ns.erald)/η
(3.1)
где N— тепловая нагрузка kW (или MW);
Ns.j.kaod - теплопотери от теплопроводности;
Nv - вентиляционная нагрузка;
Nv.inf - расход тепла на нагрев воздуха инфильтрации;
Nsoe vesi - нагрузка на горячее водоснабжение;
Ns.erald — нетто дополнительное тепловыделение;
η — к.п.д. производства тепла (если локальный котел).
9
В формуле просуммированы все компоненты теплопотребления ( нагрузки или
мощности) за минусом мощности тепловыделений. Эта формула может быть основой для
при расчете тепловой нагрузки здания и проектировании или проведении энергоаудита
здания.
К.п.д. производства тепла следует учитывать, если в здании локальное отопление, если
центральное – то теплопотери при производстве остаются вне здания. Но тепловому
предприятию при расчета производства тепла следует принимать в расчет потери в
теплосетях.
Определение тепловой нагрузки существующих зданий по этой формуле затруднительно,
поскольку, как правило, для расчетов не хватает исходных данных. Обычно не известно
количество воздуха на инфильтрацию, при естественной вентиляции данные
воздухообмена тоже не являются достоверными, также отсутствуют данные по
дополнительному тепловыделению. В этом случае не имеет смысла разделять тепловую
нагрузку на инфильтрацию холодного воздуха и на подогрев вентиляционного воздуха, и,
таким образом, говорят только о трех видах тепловой нагрузки:
- отопительная,
- вентиляционная ( связанная с воздухообменом),
- на горячее водоснабжение.
Если в здании отсутствуют теплообменники (калориферы) для подогрева
вентиляционного воздуха ( что типично для жилого фонда советского периода), то этот
подогрев воздуха происходит посредством радиаторов отопительной системы, и в этом
случае говорят только о двух видах нагрузки:
- отопительная,
- на горячее водоснабжение.
Отопительная нагрузка в этом случае обеспечивает как компенсацию теплопотерь с
теплопроводностью, так и подогрев проникающего в здание холодного воздуха
независимо от того, как он туда проникает.
Задача воздухообмена – поддержание в обогреваемом помещении свежего (здорового)
воздуха на протяжении всего периода эксплуатации. Воздухообмен в обогреваемых
зданиях осуществляется двумя способами:
- с инфильтрацией холодного воздуха,
- с организованной вентиляцией.
Холодный воздух поступает внутр здания через щели, поры строительных материалов.
Инфильтрацию холодного воздуха в здания определяет градиент температуры (
теплый воздух меньшей плотности и движется вверх, выходя наружу из здания через
неплотности, а его замещает холодный наружный воздух) и динамический напор
ветра. Ветер создает небольшое избыточное давление с наветренной стороны здания,
10
в то время как с другой стороны ( стены) здания создается небольшое разряжение, и
этот градиент давления обеспечивает воздухообмен в здании. Неуплотненное здание
ветер продувает, как говорится, насквозь. Инфильтрация холодного воздуха в здание
не контролируема и её интенсивность зачастую неизвестна.
Под вентиляцией подразумевают организованный воздухообмен. Вентиляция может
быть огранизована как естественная, так и принудительная. Для домов советского
периода характерна естественная вентиляция, что означает присутствие
вентиляционных решеток в кухнях, туалетах и ванных. Вентрешетки закрывали вход в
вентканалы. Вентиляционные каналы выводились на крышу. Движущая сила
естественной вентиляции – температурный градиент ( разность температур воздуха
внутри помещения и снаружи): зимой – это большая разность и вентиляция
интенсивная, а летом – маленькая, или вовсе отсутствует, соответственно и
вентиляции нет. Поэтому естественная вентиляция – неконтролируемая.
Принудительная вентиляция обеспечивается механической вентиляцией, которая
состоит из вентагрегата и воздухораспределительной сети для подачи воздуха в
помещения и удаления уходящего воздуха.
Принудительная вентиляция может быть вытяжной, приточной или комбинированной.
В случае комбинированной – используют разные вентиляторы на приточной стороне
и на вытяжной. Современные вентагрегаты работают с рекуперацией тепла, и в этом
случае 80 – 90% тепла уходящего воздуха отводится приточному воздуху. В нашем
жилом секторе вентагрегаты с рекуперацией тепла используются незначительно (
используются в т.н. «пассивных» домах).
Рис. 3.1. Схема вентустановки с
рекуперацией тепла.
Эстонские нормы
проектирования определяют нормы воздухообмена, приведенные в таблице 3.1:
Назначение
помещения
Внутренняя
температура
воздуха 0С
Приточный
воздух =
инфильтрации
(s)
Вытяжной
воздух
l/(s`ühik)
l/(s`m2)
Жилье:
11
жилая комната
21
0,5
спальня
21
0,7
прихожая
19
(s)
кухня
21
(s)
столовая
21
0,5
ванная,
прачечная
22
(s)
15
туалет
21
(s)
10
20
Помещения
общего
назначения
лестничная
клетка
17
0,5 l/h
кладовая
17
0,35/m2
холодный
подвал
5
0,2/m2
прачечная
22
3/m2
Для сравнения приводятся строительные нормы в Финляндии в таблице 3.2 :
Необходимый
воздухообмен l/s
Кухня с плитой без вытяжки
50
Кухня с плитой с вытяжкой
20
Ванная
15
Туалет
10
Гардеробная
3
Хоз.помещение
15
Нормативы на проектирование вентиляции в зданиях общего пользования и
промышленного назначения приведены в Hoonete ventilatsiooni projekteerimine. 1
osa.
12
В зданиях общего пользования расчет вентиляционной нагрузки Nv ведется по
нормируемому воздухообмену или кратности воздухообмена и нормируемой
температуре воздуха в помещении.
3.2. Расчет тепла на нужды отопления
Количество теплоты, необходимое для нужд отопления зависит от внешних условий:
- от наружной температуры воздуха и её продолжительности,
- скорости ветра,
- от расположения здания по сторонам света,
- интенсивности солнечного излучения,
и внутренних условий:
- от теплостойкости
конструкций здания,
и
ветростойкости
(воздухопроницаемости)
наружных
- от наличия или отсутствия внутренних теплоисточников в отапливаемомм
помещении,
- необходимой температуры внутреннего воздуха в отапливаемом помещении.
Для расчета тепловой отопительной нагрузки здания существует несколько методов:
- детальный расчет теплопотер наружных ограждений здания. Этот расчет можно
делать, если есть данные о теплофизических свойствах строительных материалов
наружных ограждений и геометрические размеры строительных конструкций;
- расчет теплопотребления по укрупненным показателям ( чаще всего по
отопительной характеристике). В результате расчетов имеем приблизительные
значения теплопотребления здания, которые используются в основном при
планировании районного теплоснабжения. Вероятная точность расчетных данных
зависит от того насколько укрупненный показатель соответствует конкретному
случаю.
- расчеты на основе обработки данных измеренного теплопотребления. Эти
данные являются наиболее точными и достоверными, поскольку результатом этих
расчетов будут показатели, которые характеризуют техническое состояние
строительных конструкций и отопительной системы здания в условиях эксплуатации.
3.3.1. Понятие «градусодней»
Как известно количество тепла на нужды отопления здания зависит от внешних и
внутренних условий. Из внешних условий наиболее важное – температура наружного
воздуха и её распределение в период отопительного сезона.На первый взгляд
изменение температуры наружного воздуха непрогнозируемо, но в тоже время
существует многолетняя статистика, исходя из которой можно определить вероятные
13
температуры наружного воздуха и их среднюю продолжительность для конкретного
региона, которые представлены на графике 3.3.
Расчитывая теплопотребление зданий и сравнивая техническое совершенство зданий,
находящихся в местностях с различными климатическими условиями, используют
понятие числа градусочасов и градусодней.
Теплопотери здания в любой момет времени равны разности между внутренней и
наружной температурами воздуха. Чем больше разность температур, тем большие
теплопотери здания с теплопроводностью через ограждающие конструкции. Тепловой
поток зависит от разности температур, а интенсивность теплового потока
зависит от термического сопротивления внешних ограждений.
И при расчете воздухообмена следует исходить из величины разности температур.
Потому что наружный воздух необходимо подогревать до температуры внутреннего
воздуха.
Для определения числа градусодней нужно принять базовую внутреннюю
температуру воздуха и вычислить, как долго наружная температура воздуха будет
ниже принятой базовой температуры. Обычно за базовую температуру принимается
+180С.
Число градусочасов рассчитывается по формуле:
KRT = ∑ [(talustemp. - tvälis,i) ∙ τi]
где talustemp. — расчетная базовая температура °C;
tvälis,i -
наружная температура °C;
τi — длительность соответствующей наружной температуры, h.
Число градусодней: KRP = KRT/24
14
При расчете градусодней можно исходить из средней наружной температуры
отопительного периода и расчетной продолжительности отопительного периода:
KR T = (tsise - tvälis,keskm )∙ τ k.p
где tSise — расчетная внутренняя температура воздуха °C;
t Väiis,keskm — средняя наружная температура отопительного периода °C;
τ k.p - продолжительность отопительного периода, h.
Число градусочасов характеризует местные климатологические условия, в которое
уже входит и внутренняя температура воздуха и продолжительность отопительного
периода.
Asukoht
Abja-Paluoja
Antsla
Elva
Haapsalu
Harjumaa
Hiiumaa
Ida-Virumaa
Järvamaa
Jõgeva
Jõgevamaa
Jõhvi
Kallaste
Kärdla
Karksi-Nuia
Kehra
Keila
Kilingi-Nõmme
Kiviõli
Kohtla-Järve
Kunda
Kuressaare
Lääne-Virumaa
Läänemaa
Lihula
Loksa
Maardu
Mõisaküla
Mustvee
Narva
Kraaditunnide arv
4212
4212
4212
4004
4166
3960
4346
4346
4376
4376
4346
4212
3423
4212
4166
4166
3969
4346
4346
4346
3841
4316
4004
4004
4166
4166
4212
4290
4316
Asukoht
Paide
Paldiski
Pärnu
Pärnumaa
Põltsamaa
Põlva
Põlvamaa
Püssi
Rakvere
Räpina
Rapla
Raplamaa
Saaremaa
Saue
Sillamäe
Sindi
Suure-Jaani
Tallinn
Tapa
Tartu
Tartumaa
Tõrva
Türi
Valga
Valgamaa
Viljandi
Viljandimaa
Võhma
Võru
Kraaditunnide arv
4346
4166
3969
3969
4376
4212
4212
4346
4346
4212
4346
4290
3841
4166
4346
3969
4212
4166
4346
4212
4212
4212
4346
4212
4212
4212
4212
4212
4212
15
Narva-Jõesuu
Otepää
4316
4212
Võrumaa
4212
5.5. Эффективность энергосберегающих мероприятий в жилых домах
в большой степени зависит в каком техническом состоянии находится конкретный дом
и его отопительная система. Поэтому довольно рискованно судить в общем об
эффективности теплосберегающего мероприятия.
Для оценки эффективности энергосберегающего мероприятия чаще всего используют
метод периода простой самоокупаемости. Если же нужны большие затраты, то проект
исследуют, применяя все четыре метода анализа инвестиций ( метод настоящей
текущей стоимости NPV, метод простой нормы прибыли PI, метод внутренней
рентабельности IRR, метод расчета периода самоокупаемости).
В таблице 5.1. приведены приблизительные периоды простой самоокупаемости
наиболее важных применяемых энергосберегающих мероприятий, которые для
конкретного дома могут отличаться, т.к. зависят от фактического состояния дома.
Теплосберегающее
мероприятие
Автоматизированный
Тепловой узел
Регулировка стояков
Вентили-термостаты
на батареи
Наладка циркуляции
Утепление
циркуляционных
трубопроводов
Утепление окон
Замена
наружных
дверей
Уплотнение расшивки
Утепление наружных
стен
Экономия kWh/m2 (
условно на единицу
площади пола жилого
дома)
Относительная
экономия тепла в %
Период
простой окупаемости,
лет
17
20
11
6,3
7,5
4
5,6
2,1
6,3
5,5
2
10,1
3,7
1,4
4,1
25
9,3
3,3
3,3
10,3
1,1
3,8
12,9
14,6
7,4
2,8
Около 30...40
Краткие сведения о теплопередаче
Вопросы передачи тепла, или теплового обмена , являются основными вопросами
отопительной техники. Необходимым условием теплообмена между телами или
веществами является наличие разности температур. Чем больше эта разность, тем
интенсивнее теплообмен.
Различают три вида передачи теплоты: а) теплопроводностью, или кондукцией; б)
конвекцией, или переносом теплоты движущимися частицами вещества; в)
лучеиспусканием, или радиацией.
16
В большинстве случаев в различных тепловых процессах имеют место одновременно
все три вида теплопередачи с преобладанием какого-либо из них.
Передача теплоты теплопроводностью.
Такая передача осуществляется при непосредственном соприкосновении каких-либо
двух тел или веществ. Теплопередача происходит внутри самого тела или вещества,
которое
проводит
теплоту.
В
отопительной
технике
теплопередача
теплопроводностью играет большую роль.
Теплопроводность обусловлена различием температур отдельных частей тела,
поэтому можно считать, что распространение теплоты неразрывно связано с
распределением температуры. Температурное поле, изменяющееся с течением
времени, называют неустановившимся, или нестационарным. Если же температурное
поле не меняется, его называют установившимся, или стационарным.
Для характеристики процесса распространения теплоты вводят понятие о тепловом
потоке.
Тепловой поток Q — это количество теплоты W, Дж, проходящей за время τ,с,
через данную поверхность в направлении нормали к ней:
Q = W/τ
(1.1)
Тепловой поток измеряют в ваттах (W).
Если количество переданной теплоты W отнести к площади поверхности F и
времени τ, то получим величину
q = W/F·τ = Q/F
(1.2)
которую называют плотностью теплового потока, или удельным тепловым потоком,
и измеряют в W/m2.
Рассмотрим стационарный процесс распространения теплоты через однородную
плоскую о д н о с л о й н у ю стенку (рис. 1.3, а).
Из закона распространения теплоты путем теплопроводности (закона Фурье)
следует:
W = (λ /δ) (tcI – tcII)Fτ
(1.3)
где W— количество переданной теплоты, J; λ — коэффициент пропорциональности,
называемый коэффициентом теплопроводности, W/(m·К); tcI — температура одной
поверхности стенки, К; tcII – температура другой поверхности стенки, К; δ — толщина
стенки, m; F — площадь поверхности стенки, m2; τ — время, с.
Отсюда
(1.4)
т.е. коэффициент теплопроводности λ численно равен количеству теплоты, которое
проходит в единицу времени (1 с) в теле через единицу поверхности (1 м 2) при
падении температуры на 1 К на 1 м пути теплового потока.
17
Если обе части уравнения (1.3) разделить на Fτ, то получим
Таким образом, плотность теплового потока q прямо пропорциональна разности
температур на поверхностях стенки и обратно пропорциональна термическому
сопротивлению теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности λ у различных материалов неодинаков и зависит от
их свойств, а у газообразных и жидких веществ — от плотности, влажности,
давления и температуры этих веществ. При технических расчетах значения λ
выбирают по соответствующим справочным таблицам.
Рассмотрим теперь процесс передачи теплоты через
м н о г о с л о й н у ю стенку.
На рис. 1.3, б изображена плоская стенка, состоящая
из трех слоев, указаны промежуточные температуры на границах этих слоев, а также толщина
слоев и значения коэффициентов теплопроводности
для каждого слоя. При стационарном режиме
тепловой поток, проходящий через каждый отдельный слой, будет один и тот же. Тогда для каждого
слоя в соответствии с формулой (1.6) можно
записать:
Отсюда
Сложив правые и левые части этих уравнений, получим:
Следовательно, плотность теплового потока для многослойной стенки:
18
Из записанных уравнений для трех разностей температур можно получить формулы
для вычисления промежуточных температур. Например:
Передача теплоты конвекцией.
Конвекция — это перенос теплоты движущейся массой жидкости или газа из области
с одной температурой в область с другой температурой. Конвекция всегда
сопровождается теплопроводностью, этот процесс называют конвективным
теплообменом.
Теплоотдача конвекцией зависит от большого числа различных факторов:
1.характера конвекции — конвекции свободной, происходящей под действием
внутренних сил, возникающих вследствие разности плотностей нагретых и холодных
частиц, или вынужденной, происходящей под действием внешних сил — ветра,
насоса, вентилятора;
2.режима течения жидкости — течения при малых скоростях параллельноструйчатого характера без перемешивания (ламинарный режим) или течения при
больших скоростях (течение неупорядоченное, вихревое), когда в теплоносителе
наблюдаются вихри, перемещающие жидкость не только в направлении движения, но
и в поперечном направлении (турбулентный режим); скорости движения
теплоносителя;
3.направления теплового потока (нагревание или охлаждение);
4.физических свойств теплоносителя — коэффициента теплопроводности,
теплоемкости, плотности, вязкости, температурного напора, зависящего от разности
температур теплоносителя и поверхности стенок;
5.площади поверхности стенки F, омываемой теплоносителем;
6.формы стенки, ее размеров и других факторов.
Расчет процесса конвективного теплообмена производят на основе закона Ньютона,
который выражается формулой:
W = α∙F∙(t – tcI)∙τ
(1.8)
19
где W — количество переданной теплоты, Дж; α — коэффициент
пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи,
Вт/(м2·К); F —площадь поверхности теплообмена,м2; t и t c I —
температуры соответственно жидкости и стенки, К;
τ — время, с.
Коэффициент теплоотдачи α показывает, какое количество теплоты передается от
жидкости (греющего тела) к стенке или наоборот в единицу времени через единицу
поверхности при разности температур между поверхностью стенки и жидкостью в 1
К.
Разделив обе части уравнения (1.8) на Fτ, получим выражение для плотности
теплового потока при теплоотдаче:
q = α·(t – tcI)
(1.9)
или
q = (t – tcI)/ 1/α
где 1/α – термическое сопротивление теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи α определяют опытным или аналитическим методом.
Аналитический метод весьма сложен и не обеспечивает нужной точности.
Передача теплоты излучением.
Все тела излучают электромагнитные волны. Излучение, причиной которого является
возбуждение атомов и молекул вещества вследствие их теплового движения,
называют тепловым.
Лучистый поток — это энергия излучения, J, проходящая в единицу времени ( 1 с )
через поверхность площадью F, m2, во всех направлениях пространства.
Излучение зависит от температуры тела: чем выше температура тела, тем
интенсивнее испускание тепловых лучей.
Тела, полностью поглощающие падающую на них лучистую энергию, называют
абсолютно черными.
Тела, обладающие свойством полного и правильного отражения всей падающей
лучистой энергии, называют зеркальными, а тела, обладающие свойством полного
диффузного отражения этой энергии, называют абсолютно белыми.
Тела, полностью пропускающие сквозь себя падающую лучистую энергию, называют
абсолютно прозрачными, или проницаемыми.
Согласно закону Стефана—Больцмана полное количество энергии, излучаемой
единицей поверхности абсолютно черного тела в единицу времени,
E0 = C0 (T/100)4
(1.11)
где С0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 W/(m2·К4); Т
— абсолютная температура поверхности тела, К.
Из этого уравнения следует, что энергия излучения пропорциональна абсолютной
температуре в четвертой степени.
Поток излучения ΔQ, проходящий через единицу поверхности, называют плотностью
20
потока излучения, W/m2,
E = ΔQ/ΔF
(1.12)
Энергия излучения, падающего на тело Епаа, частично поглощается (ЕA), частично
отражается (ЕR) и частично проникает сквозь него (ЕD):
Eпад = ЕА + ЕR +ED .
Отношение
А = ЕA /Епад называют коэффициентом поглощения,
R = ЕR/Епал — коэффициентом отражения,
D = ЕD/Епaд — коэффициентом пропускания.
Для абсолютно черного тела А = 1. Тела, для которых А < 1, называют серыми. Для
абсолютно белого тела R = 1, для абсолютно прозрачного тела D = 1.
Согласно закону Кирхгофа, учитывающему способность различных тел к
лучеиспусканию и лучепоглощению, коэффициент лучеиспускания любого тела при
определенной температуре и определенной длине волны излучения пропорционален
поглощательной способности данного тела при той же температуре и той же длине
волны.
При данной температуре тело излучает тем больше теплоты, чем больше оно
поглощает лучей, т.е. чем оно чернее.
Идеальное абсолютно черное тело поглощает все падающие на него лучи, поэтому
абсолютно черное тело и излучает наибольшее количество тепловых лучей.
При термодинамическом равновесии отношение излучательной способности тела к
его поглощательной способности не зависит от природы тела, а является одинаковой
для всех тел функцией температуры и равно излучательной способности абсолютно
черного тела Е0 при той же температуре:
Е1/А1 = Е2/А2 = Е0/А0 = Е0 = f ( Т ) .
(1.13)
Отношение излучательной способности данного тела к излучательной способности
абсолютно черного тела при той же температуре называют степенью черноты тела:
ε = E/E0 =C/C0
(1.14)
Следовательно, излучательную способность тела можно представить как степень его
черноты, умноженную на излучательную способность абсолютно черного тела: Е =
εЕ0
Степень черноты различных тел меняется от нуля до единицы и зависит от состояния
поверхности, материала, температуры и других факторов.
Сложный теплообмен.
Рассмотренные выше явления передачи теплоты протекают обычно одновременно.
Например, когда тело (поверхность нагрева) омывается газом, то наряду с конвективным теплообменом имеется теплообмен излучением
(радиацией). В системах отопления, вентиляции и
кондиционирования наиболее часто встречающийся
21
случай теплообмена — это передача теплоты от греющей жидкости нагреваемой среде
(воздух, жидкость) через разделительную стенку (рис. 1.4, а). В этом случае вначале
происходит теплоотдача от греющей жидкости со средней температурой t1 стенке с
температурой tcI Далее теплота передается в результате теплопроводности стенки её
противоположной поверхности с температурой tcII, затем через стенку к поверхности с
температурой tcIII и tcIV и, наконец, эта поверхность стенки отдает теплоту нагреваемой
среде со средней температурой t2. Тогда плотность теплового потока для
многослойной стенки с учетом формул (1.6) и (1.10) будет
где α1 — коэффициент теплоотдачи от греющей жидкости левой см. рис. 1.4, а)
поверхности стенки; δ — толщина стенки; λ — коэффициент теплопроводности
разделительной стенки; α2 — коэффициент теплоотдачи от правой поверхности
стенки нагреваемой среде.
Обзначить буквой к, то формула подсчета количества теплоты,
Если дробь
То формула подсчета количества теплоты, передаваемой через площадь F за время τ,
примет следующий вид:
W = qFτ = k (t1 –t2) Fτ
(1.16)
Величину к называют коэффициентом теплопередачи [измеряется в W/(m2·К)], а
обратную ему величину — полным термическим сопротивлением теплопередачи
R0 = 1/к = 1/а1 + δ/λ + 1/α2.
Если разделительная стенка состоит из нескольких слоев, например из трех (рис. 1.4,
б), то плотность теплового потока с учетом формул (1.7) и (1.10) будет
А коэффициент теплопередачи
22
В многочисленных теплообменных устройствах, применяемых в любой области
промышленности, в том числе в системах отопления, вентиляции и
кондиционирования, основным рабочим процессом является теплообмен между
теплоносителями. Такой теплообмен называют теплопередачей.
В расчете теплопередачи наружных ограждений здания по "Hoone piirdetarindi
soojajuhtivuse arvutusjuhis. Eesti projekteerimisnormid" наружные стены
рассматривают многослойной плоской стенкой, в которой при разности температур,
температура наружного воздуха ниже чем температура внутреннего воздуха,
возникает тепловой поток. Величина теплового потока определяется величиной
разности температур и термическим сопротивлением (или теплоустойчивостью,
исходя из терминологии «Норм проектирования ЭР) рассматриваемого участка.
Рис. 3.2. Распределение температурного поля в наружной стене при температуре
внутреннего воздуха +20 0С и наружного воздуха – 20 0С: а – теплоизоляционный слой, b –
часть стены в теплой зоне температура выше 0 0С, с – часть стены в холодной зоне,
температура ниже 0 0С.
Вариант 1 – отвечает стене без утепления, часть которой может зимой промерзать.
Вариант 2 – наружная стенка утеплена снаружи теплоизоляционным слоем. В этом
случае стена зимой не промерзает.
Вариант 3 – наружная стенка утеплена изнутри. Значительная часть конструкции
стены может зимой промерзать и поэтому этот вариант утепления не желателен.
Вариант 4 – соответствует положению, когда теплоизоляционный слой расположен
внутри стены. Такой вариант утепления стен очень часто применялся в панельных
застройках советских времен.
23
Согласно этой методике суммарное термическое сопротивление гомогенных слоев
наружного ограждения рассчитывают по формуле:
где Rt – суммарное термическое сопротивление наружного ограждения;
RSi – термическое сопротивление теплоотдачи с внутренней поверхности стены;
Rse- термическое сопротивление теплоотдачи с внешней поверхности стены;
R1 , R2, R3 ,...Rn — термическое сопротивление отдельных слоев стенки
(количество слоев 1...n);
Rv – термическое сопротивление воздушного зазора;
Rq — термическое сопротивление тонких слоев (пленка, папка и т.д.);
Ru — термическое сопротивление потолка, основания крыши или крыши здания
( этот компонент нужно учитывать при расчете теплопотерь верхнего этажа).
Единица измерения термического сопротивления Rt в системе СИ - (m2 K)/W
можно использовать (m2oC)/W.
Обратная величина термическому сопротивлению есть коэффициент
теплопередачи, который в строительной технике обозначается U =1/Rt в W/(m2K)
или W/(m2°C). В строительной терминологии коэффициент теплопередачи U
называют теплопроводностью, в англоязычной литературе - U-value.
Термическое сопротивление гомогенного слоя:
kus d – толщина слоя m;
λ – коэффициент теплопроводности ( или теплоемкости по терминологии Норм
проектирования) материала W/(m∙K).
Значение термического сопротивления наружного ограждения при теплопередаче
внутренней поверхности R Si принимают в зависимости он направления
распространения теплового потока – 0,13 при горизонтальном направлении, 0,10 при
вертикальном направлении вверх или 0,17 (m2K)/W при вертикальном направлении
вниз. На
наружной поверхности теплообмен характеризует термическое
сопротивление R se = 0,04 (m2 K)/W, которому соответствует коэффициент теплоотдачи
αkonv = 25 W/(m2K). Этот нормативный документ дает также величину R se с учетом
поправки на ветер.
В случае ветра уже происходит принудительная конвекция. В отапливаемых
помещениях (на внутренней поверхности наружного ограждения) имеет место
свободная конвекция. На внутренней поверхности наружного ограждения
24
коэффициент теплоотдачи принимается в зависимости от направления теплового
потока αkonv =1/ 0,13; 1/0, 10 или 1/0,17 W/(m2·K) соответственно.
Этот нормативный документ указывает как рассчитывать термические сопротивления
воздушных промежутков (слоев) в случае их сильного вентилирования, потолка,
мансардного (или чердачного) помещения, крыши. Дается также расчет термического
сопротивления ограждения с негомогенными слоями, а также расчет теплообмена с
поверхностью земли. Представлены расчетные значения U (коэффициентов
теплопередачи) для различной конструкции стеклопакетов и значения плотности ρ и
коэффициентов теплопроводности λ различных материалов.
При расчете коэффициента теплопередачи U дополнительную теплопередачу ∆Um
учитывают следующей формулой:
U = 1/Rt + ∆Um
Где ∆Um – дополнительная теплопередача металлического крепежа ( мост холода).
Нужно иметь в виду, расчет теплопотерь наружных ограждений может быть
основой расчета теплопотребления. Иногда для этого требуется отдельно расчитать
нагрузку и количество тепла, необходимое для (нормируемого) воздухообмена
(вентиляции).
Расчет тепловой нагрузки по данным измеренного
теплопотребления
Так как температура наружного воздуха величина постоянно изменяющаяся, то
меняется и теплопотребление как по дням, так и по месяцам. Также не бывает
одинаковых отопительных сезонов.
Исходя из данных суточного потребления, нельзя найти точную зависимость тепловой
нагрузки здания. Если известны количества теплопотребления в течении хотя бы
одного годового отопительного периода и среднемесячные температуры наружного
воздуха, то в большинстве случаев удается найти математическую зависимость
теплопотребления для конкретного здания.
Если месячное потребление тепла в MWh (kWh) разделить на количество часов
месяца, то получим среднемесячную тепловую нагрузку. Отопительный период при
этом должен быть полный месяц (проблемы могут возникнуть с маем и октябрем).
Найдем графически зависимость среднемесячной тепловой нагрузки и
среднемесячной температуры наружного воздуха. Если
централизованное
регулирование температуры подачи теплоносителя тепловым предприятием
происходит хорошо, то точки нашей графической зависимости довольно хорошо
ложатся на одну прямую, математическая зависимость которой характеризует
зависимость тепловой нагрузки здания от наружной температуры. По уравнению
прямой можно вычислить тепловую нагрузку здания при расчетной наружной
температуре.
25
Для математической обработки график следует разделить на две части: летние
месяцы ( без отопления) и месяцы с отоплением. Средняя нагрузка потребления в
летние месяцы будет представлять нагрузку горячего водоснабжения. Прямая
графика в зимние месяцы будет находиться в зависимости от температуры наружного
воздуха: чем ниже температура наружного воздуха, тем больше нагрузка (мощность)
потребления.
Если для зимнего периода найдена зависимость в виде y = — a∙ x + b, где
x - температура наружного воздуха
y - среднемесячная тепловая нагрузка (kW),
a - показатель подъема прямой ( указывает на зависимость нагрузки от наружной
температуры)
b – свободный член уравнения, который соответствует тепловой нагрузке при
температуре наружного воздуха 0°C.
Если множитель а разделить на отапливаемый объем (кубатуру) здания, то
получим эксплуатационную тепловую характеристику здания:
q ekspl = a∙103/ Vköetav
W/ m3oC
(3.12)
Эксплуатационную тепловую характеристику здания используют для
планирования теплопотребления и расчетов теплотехнического оборудования и
тепловой автоматики.
Если теплоноситель центрального отопления не используют на подогрев воды
горячего водоснабжения или теплопотребление на нужды отопления измерено
отдельным теплосчетчиком, то эксплуатационную отопительную характеристику
можно рассчитать, если тепловое потребление отопительного периода разделить на
градусочасы этого же периода по следующей формуле:
q ekspl = 106∙Qküte/ (Vköetav ∙KRT)
W/ m3oC
где Qküte – тепловое потребление в отопительный период MWh;
KRT- количество градусочасов рассматриваемого периода °C h.
При использовании таким методом определенной отопительной характеристики
следует иметь в виду, что при расчете градусодней задавались базовой температурой,
которая в данной случае является рекомендуемой температурой в отапливаемых
помещениях.
Естественная и принудительная циркуляции воды в системах водяного
отопления
26
В системах водяного отопления теплоноситель циркулирует под действием
циркуляционного давления, которое может возникать в результате остывания воды в
отопительных приборах и трубах (естественная циркуляция) и за счет работы
циркуляционного насоса (принудительная циркуляция). Вода, остывающая в
отопительных приборах, создает естественное циркуляционное давление р0 в
расчетном кольце системы за счет разности гидростатических давлений двух столбов
воды высотой h (рис. 3.7). Определить это давление, Па, можно по формуле:
рo = ghρo – ghρг = gh (ρo – ρг),
где g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; h — высота столба воды,
равная превышению центра охлаждения А в отопительном приборе (уровень 1—1) над
центром нагревания Б в котле (уровень II—II); р0, рг— плотности соответственно
охлажденной и горячей воды, кг/м3.
Рис. 3.7. Схема, поясняющая естественную циркуляцию теплоносителя в
системе водяного отопления:
1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4—
магистраль горячей воды; 5— отопительный стояк; 6—
отопительный прибор; 7 — магистраль охлажденной воды; рг,
р0 — плотность соответственно горячей и охлажденной воды; А
— центр охлаждения; Б — центр нагревания
С учетом остывания воды в подающих магистралях и отопительных стояках полное
циркуляционное давление естественного побуждения:
рno = рo +Δ р
где Δр — циркуляционное давление в подающих магистралях и отопительных
стояках, возникающее вследствие остывания воды.
При расчете циркуляции в двухтрубных системах отопления с верхней разводкой Δр
приближенно оценивают по табл. 3.12.
В больших цехах, корпусах, многоэтажных и многоподъездных зданиях сети водяных
систем отопления
состоят
из
нескольких
стояков. Тракты их
присоединения к
магистральным
трубопроводам
27
значительно отличаются по длине. Это существенно усложняет расчет циркуляции.
Таблица 3.12
Дополнительное циркуляционное давление в двухтрубных системах водяного
отопления.
В двухтрубных системах
(рис. 3.8, а) расчетным циркуляционным кольцом
(трактом) является замкнутый контур труб, проходящий через расчетный
отопительный прибор первого этажа, расположенный на стояке, наиболее удаленном
от главного, в однотрубных (рис. 3.8, б) — контур труб, проходящий через расчетный
отопительный стояк, как правило, самый удаленный от главного.
В д в у х т р у б н о й системе отопления с естественным побуждением (см. рис. 3.8, а)
циркуляционное давление в результате остывания воды в отопительном приборе,
расположенном на третьем этаже
р3 =gh3(ρo – ρг)
Рис. 3.8. Системы водяного отопления с естественным побуждением:
— двухтрубная; 6 — однотрубная; 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4 — воздухосборник; 5 — кран двойной регулировки; 6 — отопительный
прибор; 7 — трехходовой регулировочный кран; 8 — обратная магистраль
а
А циркуляционное давление в кольце, проходящем через отопительный прибор на
втором этаже:
р2 =gh2(ρo – ρг)
Полное циркуляционное давление в каждом циркуляционном кольце с учетом
остывания воды в разводящих магистралях и отопительных стояках:
28
pi =ghi(ρo – ρг) + Δpi
В однотрубных системах отопления (см. рис. 3.8, б ) Δр принимают в размере 50 %
соответствующих значений двухтрубных систем с естественным побуждением, в
двухтрубных и горизонтальных однотрубных с принудительным побуждением —
40%, а в однотрубных с П-образными отопительными стояками — 70 %.
В двухтрубных системах отопления с естественным побуждением и нижней
разводкой добавочное циркуляционное давление в результате остывания воды в
трубах Δр не учитывают.
В о д н о т р у б н ы х системах отопления с естественным побуждением (см. рис. 3.8, б)
циркуляционное давление в замкнутом контуре, проходящем через расчетный стояк,
определяют по формуле
po = gh1 (ρo1 – ρг) + gh2 (ρo2 – ρг) + …+ ghn (ρon – ρг)
где h1, h2,… hn — высоты соответствующих участков отопительного стояка; ρо1, ρо2, ...,
ρ0n — плотности остывшей воды соответственно на 1, 2, ..., п-м участках
отопительного стояка; рг — плотность горячей воды, поступающей в систему
отопления, кг/м3.
Температуру воды на i-м участке вычисляют по формуле
где tг — температура горячей воды, поступающей в стояк (систему), °С; ∑Q’пр —
суммарная тепловая мощность всех вышерасположенных отопительных приборов, W;
с — удельная массовая теплоемкость воды, принимаемая равной 4,2 кДж/(кг • °С); Gст
— расход воды, протекающей через отопительный стояк, кг/ч.
В однотрубных водяных отопительных системах расход воды определяют по формуле
Gст = 3,6 ∑Qпр (с (tг - tо))
Где ∑Qпр — общая тепловая мощность всех отопительных приборов расчетного
стояка, W; (а — температура воды на выходе и: стояка (системы), °С.
В системах водяного отопления с естественным побуждением циркуляцией) при
н е з а г л у б л е н н о м к о т л е (рис. 3.9) давление циркуляции можно определять по
эмпирической формуле:
po = ghТ b( l – hТ)
где hТ — высота расположения подающей магистрали над центром нагревания (точка
Б) в котле; b — безразмерный коэффициент, равный 0,4 при изолированном главном
стояке и неизолированных остальных трубах и 0,34 при изолированных стояке и
29
обратной магистрали; l — расстояние по горизонтали от расчетного отопительного
стояка до главного.
Такие схемы отопления применяют в сельской местности при строительстве
малоэтажных коттеджей и общественных зданий без централизованного
теплоснабжения.
Рис. 3.9. Система отопления с естественным
побуждением и незаглубленным котлом:
— котел; 2 — главный стояк; 3 — переливная
труба; 4 — расширительный бак; 5 —
подающая магистраль; 6 — отопительные
стояки; 7 — краны двойной регулировки; 8 —
отопительный прибор; 9 — обратная
магистраль; 10 — кран для заполнения системы
водой; 11 — кран для опорожнения системы; А
— центр охлаждения в отопительном приборе;
1
Б—
центр нагревания в котле
Преимущества и недостатки однотрубных и двухтрубных систем отопления
Недостатки однотрубной системы центрального отопления:

Последовательное соединение радиаторов, которое в процессе эксплуатации
не позволяет регулировать интенсивность нагрева одного из них без последствий
для последующих. То есть, если в помещении достаточно жарко и нужно убавить
температуру, прижав вентиль на радиаторе, в других помещениях вода в
батареях тоже будет остывать.

Однотрубная система отопления дома требует более высокого давления
теплоносителя в процессе эксплуатации. Повышается мощность насосов в
котельных – повышаются эксплуатационные расходы, появляется больше утечек,
система чаще требует пополнения воды. Не исключение и однотрубная система
отопления частного дома: в такую систему обязательно нужно врезать насос, в то
время как в двухтрубных системах теплоноситель может перемещаться
самотеком.

В случае, когда такая система устраивается в многоэтажном жилом доме,
необходимо прибегнуть к дополнительным ухищрениям, чтобы обеспечить
одинаковую температуру теплоносителя на каждом этаже. Дело в том, что с
вертикального разлива вода по однотрубным системам отопления спускается
вниз, последовательно проходя через радиаторы на каждом этаже. Разумеется, в
30
каждом радиаторе она отдает часть температуры, доходя до первых этажей с
потерей теплоэнергии едва ли не до 50%. Поэтому при таких системах на каждом
этаже ставят дополнительные перемычки, а на нижних этажах устанавливают
большее количество секций радиатора, чем на верхних.

Однотрубная
система,
в
которой
все
радиаторы
расположены
последовательно, абсолютно исключает такую замену одного из радиаторов.[4]
Достоинства двухтрубной системы отопления:

Постоянная температура отопительной воды на входе в радиатор

В
двухтрубных
реализована
возможность
регулировать
подачу
теплоносителя в каждый из радиаторов системы. Это позволяет поддерживать в
каждом
отдельном
помещении
необходимую
температуру.
При
этом.
теплоотдача каждого радиатора является автономно регулируемой и не
связанной с прочими элементами системы.

Если монтаж систем отопления двухтрубных выполнен правильно, потери
давления будут минимальными. Благодаря этому, появляется возможность
использовать в системе менее мощную насосную установку.

Поскольку в двухтрубных системах каждый радиатор является отдельной
единицей, которую можно изолировать с помощью запорных клапанов.
Правильно выполненный монтаж систем отопления с установкой всех запорных
клапанов позволяет производить замену любого из радиаторов без остановки
системы.
Единственным недостатком двухтрубной системы является то что она более
металлоемкая по сравнению с однотрубной.
Горячее водоснабжение
Горячее водоснабжение (ГВС) может быть организовано с использованием
теплоносителя центрального теплоснабжения и, используя местные источники
энергии ( газ, электроэнергия).
Централизованные системы ГВС целесообразно строить как замкнутые системы
циркуляции, чтобы неиспользованная подогретая вода возвращалась в
теплообменник ГВС. В систему ГВС помимо раздаточного трубопровода обычно
входят полотенцосушители, расположенные в ванных комнатах. Циркуляцию в
31
контуре обеспечивает циркуляционный насос.
нормируется температура ГВС +55 0С.
Нормами проектирования ЭР
Возможные схемы распределения ГВС:
А
–
линия
подачи
из
теплового узла, В – обратная линия в тепловой узел. 1 – краны ГВС на подаче,
полотенцосушители на обратке, 2 – краны ГВС и полотенцесушители как на подаче, так и
на обратке, 3 – краны ГВС и полотенцесушители как на подаче, так и на обратке, три
линии подачи и одна – обратная, 4 - краны ГВС и полотенцесушители как на подаче, так и
на обратке, четыре линии подачи и одна обратная.
Подогрев воды осуществляется в теплообменниках ГВС в тепловом узле до
нормированной температуры +55 0С, подается потребителю и там смешивается с
холодной водой до температуры 30 – 40 0С. Теплообменники, установленные в
тепловых узлах до 1990-ых годов были в основном т.н. скоростные бойлеры «труба в
трубе), которые в настоящее время заменяются на более компактные и эффективные
пластинчатые теплообменники.
Скоростные
бойлеры
секционированные теплообменники
длиной 2 -4 метра. Нагреваемая вода
подается в расположенные в секциях
латунные трубки диаметром 16х1 мм
(А – вход, В – выход), а греющая
32
вода – в межтрубное пространство (С – вход, D – выход). Движение теплоносителей
– по схеме противотока.
ПЛАСТИНЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ
Теплообменники – специализированные агрегаты передачи тепла. Оно передается
греющей стороной нагреваемой. Горячий теплоноситель предает тепло холодному
через тонкую стенку, которая их разделяет. Обычно такая стенка представляет собой
гофрированную пластину из нержавейки малой толщины.
Основное применение пластинчатых теплообменников – горячее водоснабжение,
отопление, кондиционирование промышленных и административных зданий и,
конечно, предприятиях жилищно-коммунального хозяйства - жилых домов.
Производство теплообменников также актуально, например, для охлаждения масла
или пастеризации пива. Использование теплообменника экономично и удобно.
Проекты теплообменников различаются в зависимости от объекта или специфических
потребностей заказчика.
КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА
Конструкция теплообменника не очень сложна. Передняя стальная плита не может
двигаться, задняя – может. Между плитами располагаются гофрированные пластины.
Для их изготовления используется пищевая нержавеющая сталь 12Х18Н10Т или AISI
304;316.
33
Между соседними пластинами предусмотрены специальные каналы для жидкостей.
Направляющие помогают установить пластины в том направлении, в котором
требуется. Каналы с нагреваемой и греющей водой чередуются между собой.
Жесткости конструкции и высокой турбулентности потока и бОльшей
поверхности нагрева (по сравнению с ровной пластиной) удается добиться за счет
гофрирования пластин. Специальные болты закрепляют пластины между плитами.
Прокладки направляют жидкость в нужные каналы и уплотняют соединение. Их
делают из пищевой резины ПС-04 (EPDM), имеющей твердость по Шору 75 ед. и
максимальную рабочую температуру до 175 °С.
Пластинчатые теплообменники во многом превосходят теплообменники других
видов:
1. Они компактны. Их удобно монтировать и обслуживать
2. Теплопотери и потери давления очень низки, а теплопередача, напротив, высока
3. Изоляция, ремонт и производство монтажно-наладочных работ обходится совсем
недорого
4. Можно добавлять пластины и тем самым наращивать мощность
5. В тепловом пункте можно установить такой теплообменник прямо на пол



Полуразборные и разборные пластинчатые теплообменники:
темплообменник полуразборный ( пластины 0,2 м2; поверхность нагрева до 70
м2);
теплообменник разборный (пластины 0,4 м2; поверхность нагрева до 140 м2);
теплообменник разборный (пластины 0,15 м2; поверхность нагрева до 40
2
м ;) Поставляются с пластинами двух типов: В и Н (пластины высокого и низкого
гидравлического сопротивления).разборные (пластины 0,04 м2, поверхность нагрева
до 5 м2);
РАЗЛИЧИЯ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Разборные
Пластины, из которых они состоят, в
отличие от полуразборных
Полуразборные
В полуразборных теплообменниках
секции состоят из сваренных попарно
34
теплообменников, состоящих из секций,
разделены между собой прокладками.
Применимы в системах теплоснабжения и
других теплообменных процессах.
пластин и разделяются резиновыми
прокладками.
Применимы в ситуациях, когда
участвующая в теплообмене среда
загрязняет поверхность (пар, вода
тепловой сети).
Помимо воды есть и другие неагрессивные среды, при работе с которыми
целесообразно применять теплообменники. Это масло, этилен гликоль и другие. Но
разборные и полуразборные теплообменники подходят и для агрессивных сред:
отработанных газов, минеральной воды, различных по концентрации кислот.
Тепловую мощность теплообменника ГВС можно рассчитать по формуле,
предложенной Институтом теплотехники ТТУ. Эта эмпирическая формула, которая
учитывает изменения в потреблении горячей воды среди населения Эстонии,
проживающих в многоквартирных домах, в которых имеется в квартире одна ванная и
одна кухня:
Ф = 30 + (15 × √ 2 · n ) + 0,2 ×n, kW
n – количество квартир в доме.
Если температура горячей воды отличается от нормируемой +55 0С, принимается
поправочный коэффициент:
На 60 0С - 1,1
65 0С – 1,2.
Если холодная вода очень жесткая, то теплообменник следует выбирать с учетом
загрязнения поверхностей нагрева накипью и межпромывочный период должен быть
короче.
Минимальная мощность теплообменника на ГВС ( для частного дома) должна
быть не менее 52 kW, что соответствует расходу воды 0,25 l/s.
Вентиляция
Вентиляция должна обеспечивать нормированный воздухообмен в помещениях.
Если известно количество (расход) свежего воздуха, подаваемого в помещение, то
сравнительно легко вычислить тепловую мощность, которая
должна нагреть
поступающий наружной температуры воздух до температуры внутреннего воздуха:
Nv = ρ ∙cp ∙qv∙ (tsise - tvälis) - Ntagast
Где Nv — тепловая мощность (нагрузка) вентиляции kW;
ρ — плотность воздуха kg/m3
35
cp — удельная теплоемкость воздуха kJ/(kg ∙ °C);
qv — расход воздуха на вентиляцию m /s;
tsise - температура (внутреннего) воздуха, поступающего в помещение °C;
tvalis - температура наружного воздуха °C;
Ntagast - количество
рекуперированного
(теплообменником с рекуперацией
тепла) тепла в единицу времени, kW.
Система рекуперации с пластинчатым
теплообменником
1 – наружный воздух, 2 – приток в
помещение, 3 – вытяжка, 4 – выброс
воздуха, М1 – приточный вентилятор, М2 –
вытяжной вентилятор,
F1 – фильтр
вытяжки, F2 – фильтр притока, VV регенератор, BT- термостат на отопление,
OT- термостат притока, VE - калорифер
догрева притока, VF приточный
калорифер, T1 - датчик температуры
вытяжного воздуха после регенератора, T2 датчик температуры внутреннего воздуха.
Использованный воздух
удаляют
через
вытяжную систему (3).
Вытяжной воздух проходит через
фильтр (F1 ) и пластинчатый теплообменник (VV), затем его удаляют вентилятором
(M2 ) в отверстие в стене или крыше.
Забор приточного воздуха осуществляется через воздухозабор (1). Приточный воздух
проходит через фильтр (F2) и теплообменник (VV ), где он подогревается за счет
тепла вытяжного воздуха. Смешивание потоков приточного и вытяжного воздуха
исключается плотной конструкцией приточного воздуха. Есть возможность догрева
приточного воздуха, необходимость которого определяется системой электронного
контроля температуры. Таким образом обеспечивается необходимая температура
приточного воздуха, даже если температура наружного воздуха снижается.
Выходящий из агрегата теплый приточный воздух направляется в шумоглушитель,
прежде чем он будет раздаваться через плафоны по помещениям.
Схемы присоединения и тепловых узлов зданий
Источник: Тепловые узлы. Правила и предписания. Эстонский союз силовых
станций и центрального отопления. 2007. Soojussõlmed. Juhused ja eeskirjad. Eesti
Jõujaamade ja Kaugkütte Ühing. Soovitus TS1/2007.
Схемы присоединения бывают зависимой и независимой.
36
Зависимая схема присоединения теплового узла в том случае, если сетевая вода
протекает во внутренней системе теплоснабжения здания.
Независимая схема присоединения, когда внутренняя система теплоснабжения
здания является замкнутым контуром, а сетевая вода отдает тепловой потенциал воде
замкнутого контура через теплообменник.
Различают несколько типов тепловых узлов:
1. Основная схема 1. Тепловой узел с теплообменником на отопление и двумя
теплообменниками на ГВС.
2. Основная схема 1.2 Тепловой узел подмешивающего типа на отопление и с
теплообенником на ГВС.
3. Основная схема 2. Тепловой узел с теплообменниками на отопление и ГВС.
4. Основная схема 3. Тепловой узел с теплообменником на отопление.
5. Основная схема 4. Тепловой узел подмешивающего типа на отопление.
6. Основная схема 4.1 Тепловой узел с большим располагаемым перепадом
давления.
7. Основная схема 5 Тепловой узел для малых домов с отоплением и ГВС через
теплообенники.
Расчетные температуры теплообменников
Температура подающей линии теплосети (примарная подача)
Если теплоснабжающее предприятие не нормирует иначе, то теплообменники
рассчитывают на следующие температуры на подаче:
Теплообменник на ГВС :
- нормально
Теплообменник на отопление и другие нужды:
Большие системы:
- при расчетной температуре воздуха в регионе tv
Маленькие системы:
- при расчетной температуре воздуха в регионе tv
70 0С
120 0C
90 0С
Температура обратной линии теплосети (примарная обратная )
Теплообменник на ГВС :
- нормально, максимально
25 0С*
Теплообменник на отопление и другие нужды:
37
- как правило
максимально на 5 0С выше
температуры секундарной
обратной линии
-* - тепловое предприятие учитывает действительный экплуатационный режим и
расчетные различия, в т.ч. обстоятельство, что максимальное охлаждение можно
получить при расчетном значении расхода воды на ГВС.
Температура воды в подающей линии в систему теплоснабжения здания (
секундарная подача)
Теплообменник на ГВС :
минимум 55 0С
Теплообменник на отопление и другие нужды:
- новое строение
- в других строениях по действительным
температурам, но
максимально 75 0С
максимально 85 0С*
-* - за исключением, когда расчетная температура подающей линии на отопление
выше.
Температура воды в обратной линии из системы теплоснабжения здания (
секундарная обратная)
Теплообменник на ГВС (входящая водопроводная вода) :
5…10 0С
Теплообменник на отопление и другие нужды:
произвольно в соответствии с ограничениями:
- новое строение
- в других строениях по действительным
температурам, но
максимально 50 0С
максимально на 5 0С
больше
обратной
отопления
Расчет регулирующего вентиля.
Дроссельные
клапаны.
регулирующие
Существует несколько конструктивных
разновидностей
клапанов,
разли-
38
чающихся формами плунжера и седла (рис. 10.3).
Рис.10.3 Регулирующие клапаны: а — игольчатый;
б — тарельчатый; в — золотниковый; г —
плунжерный двухседельный: д — шиберный; 1 — шибер; 2 — патрубок с седлом; 3 — наплавка
Поверхность, по которой соприкасаются плунжер (золотник) и седло,
называется опорной поверхностью, площадь щели между ними — проходным
сечением F, внутренний диаметр, поперечного сечения— в месте присоединения
клапана к трубопроводу (по фланцу)— условным диаметром прохода клапана
Dу. Значения Dу устанавливаются стандартами. Базовые конструкции для жидкостей
и газов определяются стандартами.
Каждая конструкция имеет особую конструктивную характеристику— зависимость
площади проходного сечения клапана от положения плунжера h.
Конструктивные характеристики клапанов, изображенных на рис. 10.3, имеют
следующий вид:
игольчатый
F = πh sin σ/2 ( D – h sin σ/2 cos σ/2 ),
( 10.3a)
при σ = 150
F = 0,41h (D – 0,13), ( hмакс = 3,78D);
тарельчатый
F = πDh
(hмакс = 0,25D)
(10.3б)
золотниковый с прямоугольным сечением окон
F = nbh
(10.3в)
где п — число окон; b — ширина окна.
F = n (bмакс/ 2hмакс ) h2
(10.3г)
где bмакс — ширина основания треугольника.
Примеры конструктивных характеристик различных типов клапанов приведены на
рис. 10.4.
Рис. 10.4. Конструктивные характе ристики клапанов:
а — тарельчатый; б — тарельчатый с конической опорной
поверхностью; в — игольчатый (σ = 30°); г — золотниковый
с прямоугольными окнами; д — золотниковый с
треугольными окнами; е — золотниковый
с
комбинированными окнами
F- проходное сечение,
h - положение плунжера
Расчет регулирующих органов разделяется на конструктивный и поверочный.
39
http://kyte.danfoss.com/xxDocxx/34.html
http://kyte.danfoss.com/PCMPDF/VB00C602_MCVleaflet.pdf
http://www.danfoss.com/Russia/Products/Categories/Literature/HE/Radyatorhyetermoreguiatory-y-kapahy/Radyatorhye-kapahy/Kapahy-dia-odhotrubhoy-systemyotopehyia-RA/9266c6ce-4485-493c-bf69-c39c903ce87d.html
http://ru.heating.danfoss.com/PCMPDF/VDSXR150_RA_G_2010.pdf
http://www.danfoss.com/Russia/BusinessAreas/Heating/
http://www.ventstroy.com/projects/proektirovanie-sistem-avtomatizacii-dispetcherizaciimonitoringa-i-sistem-bms-zdanijj.html
Плотность воды http://www.chemport.ru/data/data35.shtml
При конструктивном расчете по заданной пропускной способности и условиям
работы (параметрам среды) выбирается клапан из имеющихся типоразмеров
серийной (стандартной) регулирующей арматуры.
Приближенный конструктивный расчет производится с учетом следующего
ограничения:
отношение площади прохода клапана F макс определенного из формул
(10.1а G = μкл F √2∆p ∙ρ)
и (10.1б Q = μкл F √2∆p /ρ ),
к площади условного прохода Fу = πDу2/4 должно быть не более 0,6—0,7 (F макс /
Fу ≤ 0,6 - 0,7). Несоблюдение данного ограничения ведет к неэффективной работе
клапана как регулирующего органа.
Цель поверочного
расчета состоит в оценке
максимальной пропускной
способности клапана для определения диапазона регулирования и построения его
рабочей расходной характеристики по заданному типоразмеру и известным условиям
работы.
Поверочный расчет проводится по исходн ы м ф о р м ул а м р а с х о д а (10.1а) и
(10.1б):
G = μкл F √2∆p ∙ρ ; Q = μкл F √2∆p /ρ
Максимальный расход для несжимаемой жидкости определяется
по
(10.1а)
для Fмакс, при этом коэффициент расхода μкл зависит от конструкции клапана и
степени его открытия (рис. 10.5 ).
Для F, см2, расход воды, т/ч,
G
=
(10.4)
5,09
∙10 -4
μ кл
F√∆p∙ρ
Для ∆р, кгс/см2, и F, см2, расход воды, кг/с,
G = 0,044 μ кл F√∆p∙ρ
(10.5)
Для газа или пара расчет ведется с учетом
поправки на расширение потока ε по
формуле, кг/с,
40
G = μ кл Fε√∆p∙ρ
(10.6)
Для ∆р, кг/см2, и F, см2, расход газа или пара, кг/с,
G = 0,044 μ кл Fε√∆p∙ρ
(10.7)
Значения ε подсчитываются по следующим формулам:
для ∆р/рн ≤ 0,5
ε = 1 - β∆p/ рн
(10.8)
для ∆р/р н ≥ 0,5
ε = 0,95 – (β – 0,1) ∆p/ рн
(10.9)
где р н — абсолютное давление газа или пара перед клапаном. Для насыщенного
водяного пара β — 0,5; перегретого пара и трехатомных газов — 0,47; воздуха и
двухатомных газов — 0,45.
Функциональная схема теплового узла
Рис. Общий вид
автоматизированного
теплового узла.
Назначение теплового узла:
- принять тепловую энергию в
виде теплоносителя,
- преобразовать тепловую
энергию,
распределить
подачу
теплоносителя потребителю,
автоматически
поддерживать
заданные
параметры теплоносителя.
Задача
автоматического
регулирования:
- поддерживать заданную температуру в отопительном контуре, выдерживая
параметры теплоносителя,
- поддерживать заданную температуру воды на горячее водоснабжение,
- поддерживать заданную температуру теплоносителя в вентиляционном контуре.
41
Автоматическое поддержание параметров температуры и давления теплоносителя и
комфортной температуры в помещениях также дает существенную экономию в
потреблении тепловой энергии.
Схема теплового узла, состоящая из двух контуров.
1. Отопительный контур состоит из:
- теплообменника, снабжающего отопительную систему здания отопительной водой;
- циркуляционного насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя в системе;
- вентилей, которые регулируют расход теплоносителя, для обеспечения необходимой
температуры воздуха в помещении;
- расширительного бака, который компенсирует тепловое расширение теплоносителя,
заполняющего систему отопления;
- трубопроводов, по которым теплоноситель перемещается из теплового узла в
радиаторы и обратно;
- системы регулирования, которая в зависимости от температуры наружного воздуха
регулирует температуру теплоносителя, подаваемого в отопительные приборы или
задатчика температуры.
Если температура выше или ниже температурного графика в соответствии с
наружной температурой,
то система регулирования подает сигнал приводу
регулировочного вентиля на его закрывание или открывание.
42
Функциональная схема теплового узла, состоящая из двух различных контуров.
2. Контур горячего водоснабжения (ГВС) состоит из:
- теплообменника;
- регулирующего вентиля;
- привода вентиля;
- автоматического регулятора;
- датчиков температуры.
Назначение контура ГВС – обеспечение заданной температуры ГВС ( обычно +55 0С)
при разных расходах воды. Температура ГВС выше нормы способствует образованию
накипи на поверхностях нагрева теплообменника, вследствие чего тепловая мощность
теплообменника уменьшается. Температура горячей воды ниже нормируемой (35-40
0
С) способствует ускоренному развитию бактерий. Для предотвращения действия
бактерий вода в системе ГВС не должна застаиваться, таким образом должна быть
предусмотрена система циркуляции ГВС.
Работа системы ГВС регулируется автоматическим регулятором температуры.
Фактическую температуру горячей воды измеряют датчиком температуры на выходе
из теплообменника по секундарной стороне. Если фактическая разность температур
(заданной и измеренной) положительна, то это означает, что температура ГВС низкая.
В этом случае регулятор подает сигнал приводу регулировочного вентиля на
увеличение расхода по примарной стороне. Это приводит к увеличению теплоотдачи и
росту температуры ГВС.
Функциональная система управления системой отопления и вентиляции
Эту схему (Применение средств
автоматизации Danfoss в тепловых
пунктах систем централизованного
теплоснабжения зданий 2011)
рекомендуется применять при
необходимости снижения
температуры теплоносителя,
поступающего из тепловой сети в
систему отопления, во всех режимах
ее работы.
43
На этой схеме ECL Comfort 110 в режиме регулирования по показаниям датчика
наружной температуры S1
корректирует температуру теплоносителя, подаваемого в систему отопления (датчик
S3), управляя двухходовым смесительным клапаном К1 с электроприводом М1.
Коррекция производится по задаваемому потребителем температурному графику
зависимости температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха. В расчетном режиме клапан К1 пропускает в систему отопления из тепловой сети часть
теплоносителя, а насос Н1 осуществляет подмешивание охлажденного в системе
отопления теплоносителя к сетевой воде для снижения ее температуры.
Если система отопления обслуживает одно помещение или есть возможность
объективно оценить среднюю температуру воздуха в многокомнатном здании, то по
желанию заказчика к регулятору может быть дополнительно присоединен датчик
температуры воздуха в помещении (датчик S2), по которому корректируется
температура теплоносителя, измеряемая датчиком S3.
В целях энергосбережения с помощью встроенного или дополнительно
устанавливаемого в ECL Comfort 110 таймера регулятор может периодически по
заданному расписанию менять режимы поддержания в помещениях комфортной или
пониженной температуры, например, днем и ночью. Степень понижения температуры
зависит от текущей температуры наружного воздуха.
У регулятора ECL Comfort 110
автоматическая настройка параметров ПИрегулирования (зоны пропорциональности, времени интегрирования и др.).
Схема ПИ-регулирования (Пырков
В. В., Современные
тепловые пункты. Автоматика и регулирование, 2007 )
ПИ-регулирование объединяет положительные
свойства пропорционального и интегрального
регулирования.
П-компонент
обеспечивает
быстрое изменение положения клапана и И –
компонент создает колебательное движение
положения клапана, благодаря чему в системе не
возникает статической ошибки.
При регулировании тепловых систем зданий
практически не используется пропорциональноинтегрально-дифференциальное
(ПИД)- регулирование. Свойство этого
регулирования состоит в том, что положение клапана начинает зависеть не только от
скорости изменения регулируемого параметра, но и от ускорения его изменения. Для
тепловых систем вследствие их большой тепловой инерционности в таком
регулировании нет необходимости.
Подключив к регулятору через шину BUS комнатную панель EСА 60 со встроенным
температурным датчиком или блок ЕСА 61, возможно осуществлять дистанционный
44
контроль температуры воздуха в помещении и вне здания, производить изменение
температурных настроек регулятора и управлять переключением режимов отопления.
Регулятор также позволяет приоритетно максимально или минимально ограничивать
температуру теплоносителя, возвращаемого в тепловую сеть, если на обратном трубопроводе установлен датчик S4 . При превышении температуры теплоносителя в
обратном трубопроводе системы отопления заданного значения регулятор начинает
понижать уставку температуры в подающем трубопроводе системы.
Регулятор пускает и останавливает насос Н1 соответственно при включении и
выключении системы отопления. Насос включается, когда температура наружного
воздуха опустится ниже заданного значения (для защиты системы отопления от
замерзания), а также периодически в период бездействия системы (для исключения
заклинивания).
Требования к регулированию
Наибольшее отклонение от уставки ±2 0С
Наибольшее кратковременное отклонение от уставки:
- ГВС
± 10 0С
- отопление
± 5 0С
- вентиляция
± 10 0С
3. Разрешенные амплитуды постоянного отклонения:
- ГВС
± 3 0С
- для других контуров
± 1,5 0С
4. Допустимое время от начала отклонения до выполнения требуемого по пункту 1:
1.
2.
- для всех контуров регулирования
до 2-х минут.
Регулирующие клапаны Danfoss
Номенклатура регулирующих клапанов Danfoss очень обширна, однако в пособии
приведена только рекомендуемая для применения в тепловых пунктах.
Клапаны различаются:
1. по количеству регулируемых потоков — проходные (двухходовые) (VS2, VM2,
VB2, VRB2, VRG2, VF2, VFS2, VFG2),
трехходовые (VMV, VRB3, VRG3, VF3, VFG33);
2. по принципу действия — все приведенные в каталоге клапаны седельные.
Седельные клапаны бывают нажимного действия (нормально открытые, например,
типа VMV, VM2, VFG2 или VB2) и возвратно-поступательного (например, типа
VRB2, VF2, VFS2, VF3, VRG3).
Закрытие клапана нажимного действия происходит под воздействием
электропривода, а открытие (подъем штока) — за счет возвратной пружины штока.
Шток такого клапана механически не связан со штоком привода.
45
Перемещение штока возвратно-поступательного клапана происходит с помощью
электропривода, который то надавливает на шток клапана, то тянет его вверх. Без
привода шток такого клапана может находиться в любом промежуточном положении.
Расходные характеристики клапана.
Выбор расходной характеристики клапана зависит от соотношения требуемой
пропускной способности клапана, пропускной способности трубопроводной сети и
технологического оборудования на регулируемом участке.
В большинстве случаев при принимаемом соотношении потери давления в клапане и
потери на регулируемом участке более 0,5 подходят клапаны с линейной, в том
числе составной характеристикой, которой соответствует большинство клапанов
Danfoss;
По максимально допустимому перепаду давлений на клапане — разгруженные и
неразгруженные по давлению.
Неразгруженные клапаны — обычные седельные клапаны (VS2, VF2, VFS2, VMV), у
которых на затвор сверху и снизу действуют разные давления. Причем чем больше
диаметр клапана и больше площадь затвора, тем больше разница давлений, которая
мешает приводу закрывать клапан.
Так как усилия, развиваемые электрическими приводами, ограничены, предельно
допустимый перепад давлений на неразгруженных клапанах также лимитирован.
Он зависит от диаметра клапана и типа привода (развиваемого им усилия).
Так, например, неразгруженный клапан VF2 Ду = 125 мм с электроприводом AMV 55,
развивающим усилие 2000 Н, допускает максимальный перепад давлений на нем 1
бар. Если реальный перепад давлений на этом клапане должен быть 3 бар, то уже
потребуется использовать более мощный и дорогой привод AMV 85 c усилием 5000 Н.
В то время как разгруженный клапан VFG2 Ду = 125 может управляться приводом
AMV 55 при перепаде давлений до 15 бар.
Расширительный бак
46
В настоящее время вместо традиционных открытых расширительных баков в
основном применяются закрытые мембранные расширительные сосуды, в которых
теплоноситель не контактирует с атмосферным воздухом и не насыщается
кислородом. Такие сосуды располагаются, как правило, в тепловом пункте в нижней
части здания.
Объем бака определяется объемом воды в системе теплопотребления и разностью
температур остывшего теплоносителя при бездействии системы и нагретого в
расчетном режиме с учетом коэффициента объемного расширения воды. Методики
расчета со вспомогательными таблицами обычно предлагают фирмы —
производители мембранных расширительных сосудов.
Расширительные сосуды присоединяются к трубопроводу вторичного контура
системы теплопотребления перед циркуляционным насосом. Небольшие сосуды
устанавливаются непосредственно на трубопроводе системы, а значительного объема
— на полу помещения теплового пункта.
Объем системы можно приблизительно оценить, что на единицу мощности 1 kWh
приходится 6 – 8 литров теплоносителя в зависимости от типа отопительных
приборов ( для чугунных радиаторов – 12…14 l/kWh). Коэффициент объемного
расширения воды – 3,5 … 5 %.
Циркуляционный насос
Циркуляционный насос выбирается по расходу теплоносителя в системе отопления по
секундарной стороне и развиваемому напору, который равен сумме сопротивления
отопительной системы и сопротивления теплового узла.
Сопротивление отопительной системы можно оценить:
H = (R·l + Z)/p·g (м),
где:
R – сопротивление в прямой трубе (Па/м);
l – длина трубопровода (м);
Z – сопротивление фитингов и т. д. (Па);
p – плотность перекачиваемой среды (кг/м³);
g – ускорение свободного падения (м/с²).
В случаях с действующими теплопроводами подобные вычисления, как правило,
невозможны. В таких ситуациях чаще всего пользуются приблизительными оценками.
Полученные опытным путем данные свидетельствуют, что сопротивление прямых
участков трубы (R) составляет от 100 до 150 Па/м. Это соответствует необходимому
напору насоса в 0,01 – 0,015 м на 1 м трубопровода.
47
В расчетах нужно учитывать длину и подающей, и обратной линии.
Также на опыте было определено, что в фитингах и арматуре теряется около 30% от
потерь в прямой трубе. Если в системе есть терморегулирующий вентиль, добавляется
еще около 70%. На трехходовой смеситель в узле управления всей системой
отопления или устройство, предотвращающее естественную циркуляцию, приходится
20%.
Определив так называемую рабочую точку насоса (напор и подачу), остается
подобрать в каталогах насос с близкой характеристикой. По производительности
рабочая точка должна попадать в среднюю треть диаграммы.
http://www.vodokomfort.ru/products/product-catalog/pdf-documents/UPS-Series-100200.pdf
http://ru.heating.danfoss.com/PCMFiles/41/Recommendation/RB.00.H6.50.pdf
http://www.eope.ee/_download/euni_repository/file/2287/HOONE%20JA%20SOOJUSAUTOMAATIK
A.zip/237_elektriline_salvestuskte.html
http://ru.heating.danfoss.com/PCMFiles/41/Recommendation/RB.00.H6.50.pdf
http://www.lenze.org.ua/pdf/faq/actech/pid.pdf
Гидравлические регуляторы температуры
Термостатические вентили
Теплые полы.
Нагревательные пленки для теплых полов и потолков.
http://www.fenixgroup.cz/pages/cs/jen-slunce-umi-lepe
Рис. Гидравлические регуляторы температуры прямого действия
48
Гидравлические регуляторы температуры являются регуляторами прямого действия,
не требующими использования для их функционирования электрической
энергии. Такие регуляторы предназначены для применения в системах
теплоснабжения, где необходимо поддерживать температуру теплоносителя на
постоянном уровне, например в системах ГВС, обогрева полов или в узлах
приготовления теплоносителя для второго подогрева систем кондиционирования
воздуха.
По сравнению с электронными регуляторы температуры прямого действия не
обладают быстродействием — их инерционность, т. е. запаздывание срабатывания
после изменения температуры регулируемой среды, составляет в среднем 20–50 с.
Эти регуляторы также не обеспечивают большой точности поддержания температуры.
Значение регулируемой ими температуры колеблется в пределах широкой
зоны пропорциональности1), которая зависит от конкретных условий работы
регулятора определенного типа, диаметра клапана и инерционности объекта
регулирования. Регуляторы температуры прямого действия состоят из регулирующего
клапана и термостатического элемента с термодатчиком (термобаллоном).
Термодатчик связан с термоэлементом капиллярной трубкой длиной от 1 до 5 м.
Среди регуляторов температуры Danfoss есть моноблочные устройства, клапан и
термоэлемент которых представляют единую конструкцию (AVTB), а также составные, которые включают проходной клапан VG(F) или VFG2 и универсальный
термостатический элемент AVT или AFT, поставляемые отдельно.
В узлах приготовления горячей воды при открытой системе теплоснабжения также
применяются составные регуляторы прямого действия с трехходовыми
смесительными регулирующими клапанами:
- трехходовой муфтовый латунный клапан VMV Ду = 15– 20 мм в сочетании с
термостатическим элементом RAVI или RAVK. Для установки термобаллона термоэлемента в трубопровод
необходимо отдельно заказывать гильзу;
трехходовой фланцевый клапан VFG33 Ду = 25–125 мм в сочетании с
термостатическим элементом AFT06 при диапазоне регулируемых температур от 20
до 90 °C. В комплект поставки AFT06 входит латунная гильза. При необходимости
может быть дополнительно заказана гильза из нержавеющей стали.
Регуляторы прямого действия рекомендуется применять в системах ГВС малой
мощности (до100 кВт), в системах с емкостными водоподогревателями, а также в
системах ГВС при относительно стабильном расходе горячей воды (±15 % от
расчетного).
Установка регулятора прямого действия в
системе ГВС с водоподогревателем и
циркуляционной линией.
В схеме приготовления горячей воды на
водоподогревателе (скоростном или
емкостном) в контуре греющего
теплоносителя,
устанавливается
49
регулятор температуры прямого действия с проходным регулирующим клапаном
(AVTB, AVT c клапаном VG(F) или AFT с клапаном VFG2 с диапазоном
температурной настройки соответственно 30–100, 40–90 и 20–90°C). Регулятор AVTB
применяется в системах ГВС тепловой мощностью до 100 кВт при температуре
теплоносителя в месте установки регулятора до 130°C. Клапан регулятора
рекомендуется устанавливать на трубопроводе греющего теплоносителя после
водоподогревателя для обеспечения его работы в более щадящем температурном и
бескавитационном режиме. Термобаллон термостатического элемента регуляторов
температуры помещается в трубопровод горячей воды, подаваемой в водоразборную
сеть системы ГВС.
Гидравлические регуляторы давления
Гидравлические
регуляторы давления
бывают с различными
конструктивными
особенностями и
технологическими
возможностями:
- регуляторы перепада
давлений;
- регуляторы перепада
давлений с
автоматическим
ограничением расхода;
- регуляторы перепуска.
Рис. Моноблочные регуляторы
Моноблочные регуляторы состоят из проходного клапана и регулирующего блока,
собранных в единую конструкцию на заводе-изготовителе.
Моноблочные регуляторы состоят из:
- регулятор перепада давлений двух модификаций (для подающего и обратного
трубопроводов)
- с резьбовым клапаном различных условных диаметров и на различное давление, , с
различными диапазонами настройки перепада давлений. Дополнительно требуется
импульсная трубка.
Например от Danfoss,
50
- AVP — регулятор перепада давлений двух модификаций (для подающего и
обратного трубопроводов) с резьбовым клапаном Ду = 15–25 мм и фланцевым Ду =
15–50 мм, Ру = 25 бар, с различными диапазонами настройки перепада давлений в
пределах от 0,2 до 2 бар. Существует вариант регулятора (AVP-F) с фиксированной
настройкой величины перепада 0,2 и 0,5 бар. Дополнительно требуются одна или две
импульсные трубки AV;
Моноблочные регуляторы всех типов с резьбовыми клапанами соединяются с
трубопроводом с помощью дополнительно заказываемых фитингов с наружной
резьбой или под приварку.
При температуре теплоносителя до 100 °С моноблочные регуляторы могут
устанавливаться в любом положении, а при более высоких температурах – только
регулирующим блоком вниз.
Составные регуляторы состоят из
универсального проходного, разгруженного
по давлению клапана, регулирующего
блока и импульсных трубок, которые
заказываются и поставляются отдельно.
Установка составных регуляторов с
клапаном Ду = 15– 80 мм может
производиться в любом положении при Т <
120 °C, в остальных случаях — регулирующим блоком вниз.
Внешние импульсные трубки AF составных
регуляторов давления присоединяются к
трубопроводам системы с помощью
фитингов с наружной резьбой ¼”, которые
поставляются в комплекте с трубкой.
Импульсные
трубки
рекомендуется
подключать к трубопроводу через запорные шаровые краны для удобства
эксплуатации (промывки трубок) и присоединять их к горизонтальным трубопроводам
системы сверху или сбоку.
Термостатические (термостатные) вентили
Назначение
Термостатический вентиль предназначен для регулирования
температуры помещения посредством изменения потока
теплоносителя через отопительный прибор.
Устройство и принцип действия
Термостатический вентиль состоит из клапана и термостатической
головки. В зависимости от системы разводки труб отопления могут
51
использоваться запорный или двухходовой распределительный клапаны.
Запорный (двухсторонний) клапан с присоединительной накидной
гайкой
Устройство двухходового
(трехстороннего)
распределительного
клапана
Запорный клапан предназначен для двухтрубных систем отопления. Также
запорный вентиль может использоваться в однотрубных системах отопления при
условии наличия байпасной линии и соблюдения гидравлической увязки системы
отопления на стадии проектирования. Принцип действия запорного клапана основан
на изменении положения штока клапанной системы, который увеличивает или
уменьшает поток теплоносителя.
Двухходовой распределительный клапан (эффективнее) предназначен для
однотрубных систем отопления, имеющих байпасную трубу. В случае отсутствия
байпаса необходимо предусмотреть возможность ее монтажа. Принцип действия
основан на распределении потока теплоносителя между отопительным прибором и
байпасом. Двухходовой распределительный клапан имеет двухседельную систему, что
обеспечивает работу вентиля по принципу перераспределения, а не перекрытия
потока. Такая конструкция исключает возможность уменьшения расхода
теплоносителя через переход общего стояка отопления, а также исключает полное или
частичное отключение соседних (верхней и нижней) квартир от теплоснабжения. При
уменьшении потока теплоносителя через отопительный прибор увеличивается поток
через байпас, вследствие чего избыточное тепло поступает к соседям. Таким образом,
происходит выравнивание температур помещений по этажам.
Термостатические головки:
а) жидкостная (газовая)
б) регулировочный колпачок для ручного регулирования
в) электронная интеллектуальная
Термостатическая
жидкостная
и
газовая
головка предназначена для автоматического изменения
положения клапана в зависимости от изменения
температуры в помещении, обеспечивая заданную температуру в этом помещении.
Принцип действия жидкостной и газовой термостатической головки основан на
изменении размеров (сжатии и расширении) чувствительного элемента - сильфона,
заполненного жидкостью или газом, заранее тарированного на заводе в зависимости от
изменения температуры помещения. При расширении сильфон воздействует на клапан
52
вентиля, уменьшая (перераспределяя) поток теплоносителя. При установках
жидкостных и газовых головок требуются квалифицированные работы по настройке.
Дешевой, неудобной и некомфортной альтернативой термостатической головке
является регулировочный колпачок для ручного регулирования вентиля.
Термостатическая электронная головка предназначена для автоматического
регулирования температуры помещения в зависимости от задаваемой самим
пользователем программы регулирования во времени. Принцип действия заключается
в постоянном измерении температуры помещения с
точностью до 0,5°С и управлении от микроконтроллера по
заданной программе сервоприводом, обеспечивающим
соответствующее положение запорного или регулирующего
клапана.
Схема распределения тепла трехсторонним вентилем в однотрубной
системе отопления
Схема перераспределения
теплоносителя двухходовым
распределительным клапаном в
однотрубной (а) и (б) и
двухтрубной (в) системе
разводки отопления
Клапан-ограничитель температуры возвращаемого
теплоносителя:
http://www.danfoss.com/NR/rdonlyres/B912BFE1-7252-4BB5-8776A7770E34970A/0/FJV.pdf
Тепловые счетчики
53
Тепловой счетчик – это комплектный прибор, который состоит из расходомера,
термопары и вычислительного блока.
По типу расходомера теплосчетчики можно разделить на механические,
электромагнитные и ультразвуковые.
Механические счетчики имеют расходомер – тахометрический.
Тахометрические расходомеры применяются для измерения расхода различных
жидкостей (реже газов), причем некоторые их разновидности могут использоваться
на загрязненных жидкостях.
Погрешность измерения и потери статического давления на расходомере зависят от
расхода и вязкости жидкости. Поэтому важными техническими данными таких
приборов являются минимальный измеряемый расход (ниж ий предел
измерения) и потеря давлениия на них.
Турбинные расходомеры применятся для измерения расхода различие жидкостей
за исключением очень вязких и загрязненных.
Устройство турбинных преобразователей расхода:
http://www.vesiterm.ee/index.php?product_id=196&group_id=77&page=162&action=show
_product_details&
На рис. 13.2, а схематично показано устройство турбинного преобразователя
расхода жидкости. Корпус преобразователя 1 представляет собой отрезок трубы с
двумя фланцами для прсоединения его к трубопроводу. Внутри корпуса
установлены струевыпрямители 2 и 3, соединенные неподвижной осью, на которой
расположена турбинка. 4.
В расходомерах частота вращения турбинки, пропорциональная объемному расходу,
с помощью тахометрического преобразователя 5 (см. рис. 13.2, а) преобразуется в
частоту выходного напряжения и затем с помощью специальной схемы — в аналоговый выходной сигнал.
В счетчиках количества частота вращения турбины, пропорциональная количеству
протекшего вещества, измеряется счетным механизмом, соединенным с осью турбинки шестеренчатым редуктором и магнитной муфтой.
Турбинки тахометрических расходомеров подразделяются на аксиальные и
тангенциальные. У первых ось совпадает с направлением потока, у вторых она
перпендикулярна потоку. Аксиальные турбинки имеют лопасти винтовой формы
(на рис. 13.2, а показана четырехлопастная турбинка). При малом диаметре
турбинок число лопастей мало (4—6), но они имеют большую длину. При больших
диаметрах турбинки число лопастей велико (до 20), но их высота и длина невелики
(относительно диаметра).
54
Конструкции тангенциальных турбинок разнообразны. В качестве примера на
рис. 13.2, б показана турбинка серийно выпускаемых одноструйных
водосчетчиков.
http://www.vesiterm.ee/index.php?product_id=81&group_id=75&page=162&action=show_
product_details&
http://www.vesiterm.ee/index.php?product_id=176&group_id=76&page=162&action=show
_product_details&
При незначительных нагрузках на турбинку ее частота вращения ω пропорциональна
объемному расходу Q0; однако на характер этой зависимости влияют:
- вязкость ν
- плотность ρ измеряемой среды,
- момент сопротивления Мс от трения в опорах
- и реакции тахометрического преобразователя частоты вращения (поз. 5 на рис.
13.2, а) или механического счетчика,
- конструктивные параметры турбинки.
Следует отметить, что в настоящее время турбинные тахометрические
расходомеры являются одними из наиболее точных. Существуют серийно
выпускаемые расходомеры с основной погрешностью 0,5%. Эта погрешность может
быть уменьшена индивидуальной градуировкой.
Достоинством турбинных расходомеров
является возможность измерения
расходов в широком диапазоне (5-10-9—2 м3/с) на трубопроводах диаметром
4—
750 мм при давлениях до 250 МПа и температурах от —240 до +700 с С, а также
большой диапазон измерения. При больших скоростях и диаметрах труб диапазон
измерения (Q в.п/Qмин достигает 15—20, при малых скоростях и малых диаметрах труб
5—10. Кроме того, такие расходомеры обладают малой инерционностью.
Однако тахометрические турбинные расходомеры имеют и недостатки,
ограничивающие их применение:
- влияние вязкости контролируемой среды,
- износ опор (нельзя, например, измерять расход сред, содержащих взвешенные
частицы, особенно если они обладают абразивными свойствами).
Электромагнитные расходомеры
Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе
электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной
жидкости, пересекающей магнитное поле, индуктируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.
http://www.tepso.ee/elektromagnetilised
Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода
жидкостей с электропроводностью не менее 10 -3 См/м (соответствует
электропроводности водопроводной воды). Имеются специальные расходомеры,
позволяющие измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10-5 См/м.
55
Рис. 13.5. Схема электромагнитного расходомера:
а —с внешним магнитом; б —с внутренним магнитом
На рис. 13.5, а показана принципиальная схема электромагнитного расходомера.
Корпус 1 преобразователя, изготовленный из немагнитного материала и покрытый
изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, эмалью, фторопластом и т.д.),
расположен между полюсами магнита (на рис. 13.5, а изображен постоянный
магнит). Через стенку трубы изолированно от нее по диаметру введены электроды
3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. Силовые линии магнитного
поля направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и
линию электродов.
В соответствии с законом электромагнитной индукции при осесимметричном
профиле скоростей в жидкости между электродами будет наводиться ЭДС
E = B ·D· υ
где В — индукция магнитного поля; υ — средняя скорость жидкости; D — длина
жидкостного проводника, равная диаметру трубы. Учитывая, что Qо = πD2 /4,
получаем
E = 4 B Qo / (πD)
Отсюда следует, что ЭДС Е прямо пропорциональна измеряемому объемному
расходу.
К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести :
- требования к минимальному значению электропроводности измеряемой среды, что
сужает круг использования таких расходомеров.
- сложность, измерительной схемы, подверженность ее влиянию многих помех, что
затрудняет изготовление расходомеров класса более 1 и усложняет эксплуатацию.
Ультразвуковые расходомеры
Ультразвуковой метод измерения расхода основан на зависимости скорости
ультразвука относительно трубы от скорости потока.
http://www.ecomatic.ee/ee/tooted/kulumootjad-arvestid/soojusenergia-arvestid
Поэтому наибольшее распространение получили расходомеры второй группы,
основанные на измерении скорости прохождения ультразвуковых импульсов между
излучателем и приемником в направлении потока контролируемой среды и против
него (расходомеры с излучением по потоку). При этом обычно векторы средней
скорости потока υср и скорости ультразвука в неподвижной среде с направлены
под углом друг к другу, причем чем меньше α , тем чувствительнее расходомер.
Расходомеры могут выполняться по одноканальной (рис. 13.8, а, б) или
двухканальной (рис. 13.8, б, г) схеме.
56
Рис. 13.8. Схемы преобразователей ультразвуковых расходомеров с излучением по потоку: а, в —
одноканальные; б, г — двухканальные
В одноканальной схеме каждый пьезоэлемент работает попеременно в режиме
излучателя и в режиме приемника, что обеспечивается системой переключателей.
В двухканальной схеме каждый пьезоэлемент
работает только одном
определенном режиме. Очевидно, что двухканальные
схемы проще
одноканальных
(нет сложных схем переключения), но точность их меньше,
вследствие возможной акустической несимметрии обоих каналов.
Для чистых сред пьезоэлементы могут устанавливаться
в
специальных
карманах (рис. 13.8, а, б). Для загрязненных сред применение карманов
нежелательно. В этом случае либо карманы заполняются твердым материалом
— звукопроводом (рис. 13.8, в), либо применяются излучатели и приемники, не
требующие нарушения целостности трубы (рис. 13.8, г). В по следних двух
схемах ультразвуковой луч преломляется на границах сред, что в ряде схем
используется для компенсации влияния изменений температуры среды на показания.
ПРИНЦИП действия расходомеров с излучением по потоку заключается в
использовании разницы времени прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и
против него.
Действительно, если обозначить расстояние между излучателем и приемником через L и
угол между векторами скоростей потока υср и ультразвука с через α, то время распространения
импульса по потоку:
τ1 = L / ( c + υL cosα) ≈ L/c ( 1 - υL cosα /c)
где υL - скорость среды, усредненная по длине пути луча от излучателя до приемника.
Время прохождения импульса против потока :
τ2 = L / ( c - υL cosα) ≈ L/c ( 1 + υL cosα /c)
Следовательно, разность времен прохождения импульсов
∆τ = τ1 – τ2 = 2L cosα υL/ c2
(13.8)
Таким образом, показания ультразвуковых расходомеров зависят от скорости
потока υL , усредненной по ходу луча, а не по диаметру трубы, что является
характерной особенностью расходомеров с излучением по потоку.
В то же время для определения объемного расхода требуется измерение скорости
υср, усредненной по диаметру трубы.
57
Для трубопроводов круглого сечения даже для осесимметричных потоков υср ≠ υL
и соотношение между ними зависит от эпюры скоростей потока.
Это обстоятельство является недостатком ультразвуковых расходомеров,
определяющим наиболее существенную составляющую методической погрешности.
В общем случае υL и υср
υL = k υср
связаны соотношением
( 13.9)
При установившемся турбулентном движении и осесимметричном потоке k
зависит от числа Rе, так как с изменением Rе изменяется характер распределения
скоростей. Это является причиной принципиальной нелинейности статических
характеристик ультразвуковых расходомеров при их
индивидуальной
градуировке.
По методу определения ∆τ ультразвуковые расходомеры подразделяются на времяимпульсные, частотные и фазовые.
Наибольшее применение нашли частотные расходомеры.
В частотных расходомерах каждый последующий импульс посылается излучателем только после достижения предыдущим импульсом приемного
пьезоэлемента. Очевидно, что если время между импульсами равно τ, то частота
следования их f = 1/τ. Разность частот следования импульсов по потоку и против
него определяется дифференциальной схемой и связана со скоростью и объемным
расходом. Показания частотных расходомеров не зависят от скорости
распространения ультразвука в неподвижной среде, а следовательно, и от
физико-химических свойств среды. Это является важным достоинством
частотных расходомеров.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ
По сравнению с другими способами отопления, электрическое отопление отличается
значительной простотой, обладая при этом повышенной надежностью и гибкостью.
Однако ввиду того, что электроэнергия дороже, чем сжигаемое в отопительных
устройствах топливо, применение электрического отопления всегда требует
определенного технико-экономического обоснования.
Преимущества
заключаются





электрического
отопления
перед
другими
видами
отопления
в большей гибкости и многообразии,
в удобстве комбинирования с другими способами отопления,
в возможности отказа от применения воды в отопительной системе и,
следовательно, в исключении возможного ущерба от аварий трубопроводной
системы,
в меньшей пожарной опасности по сравнению с сжиганием топлива,
в легкости автоматизации и оптимального регулирования,
58




в меньших затратах на установку и обслуживание,
в большей надежности,
в простоте точного учета расхода энергии,
в возможности использования дешевого ночного тарифа на электроэнергию и в
выравнивании при этом суточного графика нагрузки энергосистемы.
Основными недостатками электрического отопления считаются



более высокая стоимость электроэнергии по сравнению с топливом,
удорожание электропроводки (часто – применение отдельной проводки для
системы электрического отопления),
необходимость улучшения тепловой изоляции здания, которая, учитывая
дороговизну электрической энергии, при электрическом отоплении, особенно
важна.
Электрическое отопление может быть прямым или аккумулирующим.
На рис. 7.4.1 представлен принцип устройства типичных электрических комнатных
конвекторов (устройств с преимущественно конвекционной теплопередачей) и
радиаторов (устройств с преимущественно излучательной теплопередачей), а на рис.
7.4.2 – теплоаккумулирующих конвекторов, нагреваемых, например, ночью (во время
действия льготного тарифа на электроэнергию) и используемых как ночью, так и днем
путем регулируемого отвода тепла при помощи вентилятора. В более простых
(маломощных) электрических теплоаккумуляторах может применяться и естественная
конвекция.
В разговорной речи радиаторами часто ошибочно называют и те нагревательные
устройства, которые отдают тепло преимущественно путем конвекции.
5
5
1
6
1
2
4
3
2
4
Рис. 7.4.1. Принцип устройства электрических конвектора (слева) и радиатора
(справа). 1 электронагреватель, 2 кожух, 3 заполняющая жидкость
(например, масло), 4 конвективный приток холодного
воздуха, 5 нагретый воздух, 6 тепловое излучение
5
1
2
3
4
59
Рис. 7.4.2. Принцип устройства электрического аккумулирующего конвектора. 1
теплоаккумулирующий (минеральный, керамический или другой) материал со
встроенными электронагревателями, 2 кожух,
3 вентилятор, 4 приток холодного воздуха, 5 нагретый воздух
Для быстрого или кратковременного повышения температуры в помещениях
используются калориферы (рис. 7.4.3).
1
2
3
4
5
Рис. 7.4.3. Принцип устройства калорифера. 1 электронагреватели,
2 кожух, 3 вентилятор, 4 приток холодного воздуха, 5 нагретый воздух
Во всех вышеназванных средствах отопления чаще всего используются трубчатые
электронагреватели (ТЭН), в которых нихромовая (или выполненная из другого
сплава сопротивления) винтовая спираль окружена плотной спрессованной
тонкозернистой окисью кремния или магния в прочной трубке из нержавеющей стали
или из другого стойкого к коррозии металла (рис. 7.4.4). Такие весьма надежные и
долговечные нагревательные элементы при надлежащем использовании обеспечивают
высокую степень электробезопасности.
1
2
3
4
5
Рис. 7.4.4. Трубчатый электронагреватель (пример). 1 ввод,
2 изоляция ввода, 3 винтовая спираль из проволоки сопротивления,
4 заполняющий материал (SiO2 или MgO), 5 металлическая трубка
Используются и низко- и высокотемпературные теплоизлучатели (рис. 7.4.5).
60
1
2
3
4
Рис. 7.4.5. Электрический теплоизлучатель (пример). 1 нагревательный
элемент, 2 рефлектор, 3 защитное стекло, 4 тепловое излучение
Инфракрасные излучатели используют в условиях больших пространств, когда надо
нагреть только локальную зону.
Инфракрасное тепловое излучение находится в видимом спектре излучения между
световым и микроволновым излучением и оно хорошо воспринимается человеческим
кожным покровом.
Преимущества инфракрасного отопления:
1. Эффективный, направленный обогрев:
90% теплового излучения уже через 1 минуту оказывает воздействие на
человека. Таким образом, это дает возможность эффективной экономии
энергии: на 1 0С – 7 % экономии. Поскольку у теплового излучения воздействие
прямое, направленное, то температура в помещении в общем может быть ниже
на 2-3 градуса. Нет затрат на предварительный подогрев, на потери в разводке
как при водяном отоплении.
2. Надежное и безопасное. Длинный срок эксплуатации приборов.
3. Низкие инсталляционные затраты.
4. Низкие эксплуатационные расходы.
В помещении площадью 30 м2 два направленных встречно нагревателя за час
обогрева потребили 1,2 kW.
5. Инфракрасный спектр излучения полезен для здоровья.
http://www.fenixgroup.cz/pages/cs/jen-slunce-umi-lepe
Электрический нагрев может использоваться и в центральном отоплении.
В таком случае бойлер центрального отопления, как правило, снабжен такими же
электронагревателями, как и вышерассмотренные локальные средства отопления. В
некоторых промышленных установках могут использоваться и электродные котлы, в
которых электроэнергия превращается в тепло непосредственно в самой воде.
Очень широкое применение нашли нагревательные кабели. Чаще всего они
размещаются в нагреваемом полу (рис. 7.4.6), но могут использоваться как для
предотвращения замерзания водяных труб, так и для защиты от обледенения
водосточных устройств, покрытий тротуаров, дорог и т. п.
61
Для отопления зданий используются также нагревательные пленки, которые легко
устанавливаются не только в строящихся, но и в существующих зданиях (например, в
подвесных потолках).
1
2
3
4
5
Рис. 7.4.6. Принцип устройства электрического отопления в полу.
1 покрытие пола (паркет, плиты, пластикат или др.), 2 выравнивающий слой, 3
нагревательный кабель, 4 бетон, 5 теплоизоляция
http://www.youtube.com/watch?v=2fBM1YFQtDE
Электрическое отопление зданий регулируется, как правило, автоматически, при
помощи термостатов, устанавливаемых на желаемую температуру. Для более
точного автоматического регулирования могут применяться наружные датчики
температуры, направления и силы ветра и др.
Принцип действия термостата (терморегулятора)
Терморегулятор - это устройство для автоматического поддержания температуры в
заданных пределах.
Конструктивное исполнение терморегуляторов различно, однако принцип их действия
легко уяснить на примере терморегулятора, встроенного в утюг.
Биметаллическая пластина с укреплённым на
её конце штифтом, который сделан из
изолирующего материала, привинчена к
62
подошве утюга и находится в тепловом контакте с нагревательным элементом.
Электрический контакт терморегулятора состоит из двух упругих пластин. Через
отверстие в пластине проходит стержень, нижний конец которого упирается в
пластину, а верхний соединён с лимбом для установки требуемой температуры. Если
повернуть лимб по часовой стрелке, то стержень, ввинчиваясь в неподвижную гайку,
которая укреплена на скобе, надавит на пластину. В результате левый конец пластины
опустится, а вслед за ним опустится и другой конец пластины. При этом
электрический контакт между пластинами сохраняется, но уменьшится зазор между
штифтом и левым концом пластины. Если же вращать лимб против часовой стрелки,
то стержень будет вывинчиваться и левый конец пластины будет подниматься,
поднимая за собой всю пластину. В результате зазор между штифтом и левым концом
пластины увеличится. При нагревании биметаллическая пластина выгибается так, что
укреплённый на её конце штифт поднимается вверх, достигает пластины и,
приподнимая её, размыкает электрический контакт. Утюг соответственно
автоматически выключается. При этом чем меньше установленный зазор, тем при
меньшей температуре происходит размыкание контакта. При охлаждении
биметаллическая пластина распрямляется, штифт, опускаясь, отходит от пластины, и
электрический контакт вновь замыкается. Утюг автоматически включается.
Сигнальная лампочка горит лишь при замкнутом контакте, т.е. когда нагревательный
элемент включён. По сигнальной лампочке судят о работе терморегулятора. Чем ниже
заданная температура, тем реже загорается лампочка.
Принцип действия термостата основан на тепловом расширении твердых тел. При
повышении температуры
твердые тела расширяются. Тепловое расширение
различных материалов разное, но описывается общей формулой:
lt = l0 (l + α·t)
где l0 - линейный размер тела при 0 °C;
lt - линейный размер тела при температуре t °C;
α – коэффициент линейного расширения материала тела 1/K.
В тоже время не для всех материалов эта зависимость от температуры бывает
линейной.
Составляя биметаллические пары, выбирают металлы, чьи коэффициенты линейного
расширения в зависимости от температуры наиболее различаются между собой, что
позволяет по изменению линейного размера материала судить об изменении
температуры. Материал с меньшим коэффициентом расширения называют
пассивным, а с большим коэффициентом расширения – активным.
63
Цифровой термостат
http://www.fenixgroup.cz/pages/files/pdf/ru/N282.pdf
http://www.fenixgroup.cz/pages/ru/produkty/vse-produkty#1
Электродные котлы
Электродный котел – процесс нагрева теплоносителя
происходит за счет его ионизации, то есть расщепления
молекул теплоносителя на положительные и отрицательно
заряженные ионы, которые двигаются к соответствующим
электродам котла. При этом идет выделение тепловой энергии.
Таким образом, нагревается весь объем теплоносителя (воды).
Теплоноситель является проводником электрического тока.
Переменное напряжение подводится к находящимся в воде
электродам. В зависимости от напряжения электродные котлы
бывают низкого напряжения 220…380 V или высокого – 6…10 kV.
Вследствие возникновения электрического тока происходит тепловое выделение в
соответствии с законом Джоуля-Ленца:
Q = I2·R·t, kW
Где I – сила тока, А
R – сопротивление воды, Ω
64
t - время, s
Отсюда следует, что мощность котла зависит от электрической проводимости
(сопротивления) используемого теплоносителя.
Нормальная работа электродного котла возможна в довольно узком диапазоне
сопротивления у воды как теплоносителя должно быть около 30 Ω, а нижняя граница
– около 10 Ω.
Увеличить удельное сопротивление воды можно, добавляя
дистиллированную воду, а уменьшить – добавив соли Na3PO4 или NaCl.
Таким образом, если котлы используют в системе ГВС, то необходима двухконтурная
система через теплообменник, когда водопроводная вода нагревается для нужд ГВС
горячей водой из электродного котла.
Помимо воды в современных электродных котлах в качестве теплоносителя
используются антифризы на основе этиленгликоля и пропиленгликоля.
Мощность
котла
можно
изменять
как
конструктивно, исходя из расчета на теплоноситель
определенной проводимости, так и заранее
подготавливая
теплоноситель
определенной
проводимости. И третий способ: электронное
управление мощностью.
Конструктивно мощность электродного котла
регулируется изменением площади рабочих
электродов.
Для
этого
электроды
разных
потенциалов отделяют друг от друга изоляторами,
при этом отделяемая площадь является переменной
величиной.
Для подключения котлов необходимо:
1.
Наличие в месте установки котла 3-х фазной электрической сети, способной
держать нагрузку до 40 А по каждой фазе (в зависимости от мощности котла).
2. Наличие в месте установки котла однофазной электрической сети, способной
держать нагрузку до 35 А (в зависимости от мощности котла).
Логика управления электродным котлом.
Датчики температуры устанавливаются на входе и выходе воды из котла и в жилой
зоне ( температура воздуха), который управляет включением нагревателя по принципу
термостата. Датчики температуры воды управляют насосом циркуляции
теплоносителя в системе отопления: если разность температур на входе и выходе из
котла более 5 – 10 0С, то насос включается. Если температура теплоносителя выше
нормируемой, то нагреватель отключается.
65
Котел должен быть заземлен. Величина сопротивления заземления и отопительной
системы не должна быть выше 4 Ω. В качестве проводника для заземления
используется медный провод сечением 4-6 mm2.
Индукционные котлы
Котел работает за счет индуктивной
катушки,
создающей
переменное
магнитное поле, использующей ток
частотой 50 Гц. Металлическая система
лабиринтов,
интенсифицирующих
теплообмен,
нагревается
за
счет
перемагничивания и практически без
потерь передает выделяющуюся энергию
теплоносителю.
Принцип индукционного нагрева легко иллюстрируется с помощью
катушки индуктивности с магнитным полем, изменяющимся при
изменении силы тока. Поле замыкается внутри катушки и
напряженность зависит от силы тока и количества витков катушки.
При помещении металлического предмета внутрь катушки будут
возникать вихревые токи (токи Фуко), которые вследствие
электрического сопротивления металла вызовут нагрев поверхности.
Эффект нагрева возрастает с ростом напряженности поля и зависит от
свойств материала и расстояния катушки.
В котле применяется индуктивная катушка, которая помимо
потребления является и генератором, т.к. её проводник находится в
переменном магнитном поле, что вызывает генерирование
реактивной мощности. В процессе рекуперации активный ток,
потребляемый из сети, очень мал, а реактивный ток, замкнутый в
контуре, достаточной большой, что даёт возможность котлам
использовать дополнительную мощность, выработанную в
колебательном контуре, и сократить потребление электроэнергии.
66
http://www.xiron.ru/content/view/30460/127/
http://www.xiron.ru/img_article/ID_diag.jpg
http://www.xiron.ru/content/view/30258/28/
http://www.highexpert.ru/content/gases/air.html
http://web.vk.edu.ee/projektid/Tehnosysteemid/Eluruumiventilatsioon/Tehniline%20teave%
20RUS.pdf
http://web.vk.edu.ee/projektid/Tehnosysteemid/Eluruumiventilatsioon/742.070.000%20eluru
umiventilatsiooni%20stend%20RUS.pdf
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
На освещение в мире расходуется приблизительно 10 % всей вырабатываемой
электроэнергии. В установках электрического освещения применяются главным
образом три вида источников света –



лампы накаливания,
разрядные лампы,
светодиоды.
Существуют и другие разновидности источников света, в том числе неэлектрические,
но их удельная доля, по сравнению с вышеназванными, очень мала.
Источники света размещаются в световых приборах, среди которых наибольшее
значение имеют




светильники,
прожекторы,
проекторы,
светосигнальные приборы.
В зависимости от места размещения осветительных приборов (в зданиях или вне их)
различают внутреннее и наружное освещение, по их назначению – рабочее,
аварийное, сигнальное, охранное, декоративное, рекламное и другие виды
освещения. Наиболее часто используется внутреннее рабочее освещение, в котором,
в зависимости от сложности и специфики задач при производстве работ, условий
окружающей среды и архитектурных требований, могут применяться весьма
разнообразные технические решения по выбору и размещению источников света и
световых приборов. В случае зрительных задач средней сложности (например, при
чтении и письме) в рабочих помещениях обычно предусматривается общее
освещение, а при сложных работах, когда более сильное освещение нужно на
относительно малой рабочей поверхности, дополнительно к общему освещению
применяют и местное освещение.
Электрические источники света характеризуются многими показателями, среди
которых наиболее существенными являются
 номинальное напряжение Un ,
 номинальная мощность Pn ,
 номинальный световой поток n ,
67

номинальная световая отдача n = n / Pn (отношение номинального светового
потока к номинальной мощности).
Характерные показатели источника света упрощенно представлены на рис. 7.6.1.
U
I
P=UI

Рис. 7.6.1. Преобразование энергии в электрическом источнике света.
U напряжение, I ток, P мощность,  световой поток
Единицей светового потока является, как известно, люмен (lm), а единицей световой
отдачи, следовательно, – люмен на ватт (lm/W). Теоретический предел световой
отдачи равен 683 lm/W; такая световая отдача была бы возможна, если бы вся
мощность, потребляемая лампой, превращалась бы без каких-либо потерь в
монохроматическое излучение с длиной волны 555 nm (при такой длине волны
спектральная чувствительность человеческого глаза имеет наивысшее значение).
Наивысшая возможная световая отдача в случае белого света с равномерным
спектром равна приблизительно 250 lm/W. Фактическая световая отдача
электрических источников света, в зависимости от типа и мощности ламп, находится в
пределах от 10 lm/W до 100 lm/W. Световая отдача некоторых типов ламп показана на
рис. 7.6.2.
Световой отдачей характеризуются не только электрические, но и другие источники света. Так,
например, световая отдача свеч находится в пределах от 0,1 lm/W до 0,2 lm/W, световая
отдача Солнца составляет 110 lm/W, а световая отдача светлячка – около 500 lm/W.
68
400
lm Световая отдача
W
Теоретический предел световой отдачи ламп белого света
200
Натриевые лвмпы ВД
Натриевые лампы НД
ЛЛ  26 mm (T8)
Металлогалогенные лампы
ЛЛ  16 mm (T5)
100
80
Компактные ЛЛ с внешним ПРА
60
Компактные ЛЛ со встроенным ПРА
40
Галогенные ЛН сетевого напряжения
С резьбовым
цоколем
Галогенные ЛН
малого напряжения
Трубчатые
20
10
Световые
8 диоды
ЛН с криптоновым заполнением
6
ЛН с аргоновым заполнением
4
Номинальная мощность лампы
2
2
4
6 8 10
20
40 60
100
200
400 600 1000
2000 W
Рис. 7.6.2. Световая отдача некоторых типов ламп в зависимости от их
номинальной мощности.
ЛН лампы накаливания, ЛЛ люминесцентные лампы,
НД низкое давление, ВД высокое давление
Нити накала ламп накаливания в настоящее время изготавливают почти
исключительно из вольфрама, температура плавления которого равна 3380 oC и
который, в зависимости от номинальных мощности и напряжения лампы, работает
при температуре от 2300 oC до 3100 oC. Чем выше рабочая температура нити накала,
69
тем выше световая отдача лампы. Для достижения как можно большей рабочей
температуры используют, в первую очередь,
 выполнение нити накала в виде спирали или биспирали (для уменьшения площади
испарения нити),
 заполнение лампы как можно более тяжелым инертным газом (чаще всего аргоном
или криптоном),
 введение в колбу лампы, кроме инертного газа, некоторого галогена (обычно иода
или брома).
Световая отдача увеличивается и в случае меньшего номинального напряжения, так
как при той же мощности номинальный ток и сечение нити увеличиваются, что
позволяет увеличить и рабочую температуру нити.
Галогенные лампы накаливания основаны на том, что вольфрам, испарившийся с
нити накала, соединяется с добавленным в колбу галогеном (обычно иодом или
бромом), образуя галогенид вольфрама, температура испарения которого намного
меньше, чем вольфрама. Если температура колбы лампы достаточно высока, то это
соединение не может отлагаться на колбе, благодаря чему в лампе возникает
насыщение парами галогенида и вольфрама, и испарение нити накала прекращается.
Чтобы добиться этого эффекта, температура колбы должна составлять
приблизительно 500 oC. Поэтому колбы таких ламп изготовляются из жаропрочного
кварцевого стекла, а их размеры намного меньше, чем обычных ламп накаливания.
Принцип устройства и работы галогенной лампы накаливания представлен на рис.
7.6.3.
3000 oC
1500 oC
500 oC
 10 mm
<1500 oC
W + I2
WI2
>1500 oC
атом вольфрама
молекула иода
молекула иодида вольфрама
Рис. 7.6.3. Принцип устройства и работы галогенной (иодной) лампы
накаливания
Первые (угольные) лампы накаливания, подходящие для промышленного производства и
массового применения, в 1879 году изготовили американский изобретатель и
предприниматель Томас Алва Эдисон (Thomas Alva Edison, 1847–1931) и английский
изобретатель и предприниматель Джозеф Уильсон Сван (Joseph Wilson Swan, 1828–1914).
Технологию изготовления вольфрамовых нитей разработал в 1906 году американский физик
Уильям Дэвид Кулидж (William David Coolidge, 1873–1975), заполнение ламп инертным газом
предложил в 1913 году американский химик и физик Ирвинг Лэнгмюр (Irving Langmuir, 1881–
1957). Производство галогенных ламп накаливания наладил в 1958 году американский
концерн Дженерал Электрик (General Electric).
70
Лампы накаливания отличаются простотой конструкции, малыми размерами,
дешевизной и легкостью использования, но их недостатками являются низкая
световая отдача (обычно от 10 lm/W до 30 lm/W) и относительно короткий срок
службы (чаще всего 1000 … 2000 часов). Поэтому в целях экономии электроэнергии
предпочитают использовать разрядные лампы, основанные, чаще всего на дуговом
разряде в парах металлов с низкой температурой кипения (обычно ртути или натрия).
Световая отдача таких ламп, в зависимости от типа и мощности, находится обычно в
пределах от 40 lm/W до 150 lm/W, а срок службы – от 5 000 до 15 000 часов. Кроме
того, спектральный состав света некоторых типов разрядных ламп практически не
отличается от дневного, что особенно важно при работах, требующих правильного
различения цветов. Разрядные лампы по давлению в колбе делятся



на лампы низкого давления (НД, приблизительно до 100 Pa),
на лампы высокого давления (ВД, приблизительно от 10 kPa до 0,2 MPa),
на лампы сверхвысокого давления (СВД, приблизительно более 0,2 MPa).
Лампы СВД в осветительных установках применяются чрезвычайно редко.
Наиболее широко используются дуговые ртутные лампы низкого давления, колба
которых изнутри покрыта люминофором – люминесцентные лампы низкого
давления (называемые в разговорной речи люминесцентными лампами). Принцип
устройства таких ламп, дающих в настоящее время более 80 % всего светового
потока всех электрических источников света в мире, представлен на рис. 7.6.4.
9
2
1
3
4
5 7
8
6
Рис. 7.6.4. Принцип устройства и работы трубчатой люминесцентной лампы
низкого давления. 1 цоколь, 2 колба, 3 слой люминофора на внутренней
поверхности колбы, 4 электрод, 5 поток электронов, 6 атом ртути,
7 процесс возбуждения атома ртути и возврат в исходное стабильное
энергетическое состояние, 8 квант ультрафиолетового излучения,
9 испускаемое люминофором видимое излучение
Применение люминофора в ртутной лампе НД обязательно, так как излучение
ртутной дуги НД почти полностью ультрафиолетовое, непригодное для освещения.
Другая возможность получения приемлемого спектра излучения –применение
высокого давления (обычно от 10 kPa до 200 kPa) при одновременном введении в
ртуть добавок других металлов (натрия, индия, таллия, диспрозия и др.). Чтобы эти
добавки не могли отлагаться на стенках колбы, они вводятся в лампу в виде
галогенидов, вследствие чего такие лампы называются металлогалогенными.
71
Выбирая нужные добавки в надлежащем соотношении, можно добиваться высокой
световой отдачи (обычно от 90 lm/W до 100 lm/W) и спектра, практически
совпадающего с дневным светом.
При дуговом разряде в пару натрия ультрафиолетовое излучение не возникает.
Спектр натриевых ламп НД является, однако, монохроматическим (желтым, с
длиной волны 589 nm), поэтому в таком свете невозможно различать цвета. Большим
преимуществом таких ламп является особо высокая световая отдача (до 200 lm/W), и
они хорошо подходят для освещения дорог и улиц. Натриевые лампы ВД обладают
более широким спектром, но также с оранжево-желтым оттенком, из-за чего и эти
лампы используются, главным образом, для наружного освещения.
Зависимость напряжения дугового разряда от тока имеет, как известно, падающий
характер (рис. 7.6.5), вследствие чего лампы дугового разряда не могут прямо
подключаться к сетевому напряжению (в таком случае возникло бы лавинообразное
увеличение тока и лампа перегорела бы). Кроме того, для зажигания дуги необходим
импульс напряжения, существенно превышающий уровень напряжения сети. Поэтому
все разрядные лампы снабжаются пускорегулирующим аппаратом (ПРА),
обеспечивающим зажигание лампы и ее стабильную работу.
U
Us
Рабочая точка
Uv
Un
In
I
Рис. 7.6.5. Зависимость напряжения разрядной лампы от тока (при постоянном
токе). In номинальный ток лампы, Un номинальное напряжение лампы, Uv
напряжение сети, Us минимально необходимое напряжение для зажигания
лампы
Простейший ПРА переменного тока состоит из индуктивного сопротивления
(дросселя), соединяемого последовательно с лампой, и источника импульсного
напряжения (стартера). Однако в настоящее время в качестве ПРА используются
предпочтительно преобразователи частоты с выходной частотой от 20 kHz до
50 kHz, обеспечивающие
 беспульсационную работу лампы (пульсацией называется периодическое
изменение светового потока лампы в зависимости от мгновенного значения тока
лампы, свойственное разрядным лампам переменного тока; такая пульсация
может иногда вредно влиять на работу глаз и мозга человека),
 зажигание лампы без применения специальных стартеров,
 быстрое и плавное зажигание,
72
 меньшие потери энергии (почти вдвое более низкие, чем в случае дроссельных
ПРА),
 больший срок службы лампы,
 более высокую световую отдачу лампы,
 меньшую массу ПРА.
ПРА может выполняться как отдельное устройство, но может и встраиваться в лампу.
Лампы, содержащие ПРА, называются компактными лампами и снабжаются часто
такими же резьбовыми цоколями, как и лампы накаливания. Они легко могут
использоваться вместо ламп накаливания и давать при этом существенную экономию
энергии, благодаря чему их называют энергоэкономичными лампами.
Первую разрядную лампу (с электрической дугой постоянного тока, горящей в воздухе между
угольными электродами) изготовил в 1844 году для освещения своего лабораторного стола
французский физик Жан Бернар Леон Фуко (Jean Bernard Léon Foucault, 1819–1868). Простую
дуговую лампу переменного тока, подходящую для наружного освещения, в 1876 году изобрел
русский инженер-электрик Павел Яблочков (1847–1894), работавший в Париже. Опытные
ртутные люминесцентные лампы НД впервые продемонстрировала немецкая фирма Осрам
(Osram) в 1935 году на Парижской всемирной выставке, но первые серийно выпускаемые
лампы такого типа представили американские фирмы Дженерал Электрик (General Electric) и
Вестингауз (Westinghouse) в 1938 году на Всемирной выставке в Нью-Йорке (New York) и СанФранциско (San Francisco). Фирма Дженерал Электрик разработала в 1963 году и первые
натриевые лампы ВД, которые в настоящее время предпочтительно используют для уличного
освещения. Металлогалогенные лампы начала выпускать в 1969 году немецкая фирма Осрам;
весьма эффектно они применялись для освещения спортивных сооружений на Мюнхенских
олимпийских играх в 1972 году. Первые компактные люминесцентные лампы разработала в
1981 году нидерландская фирма Филипс (Philips).
Кондиционирование воздуха
http://www.air-conditioner.ru/calc.htm
http://www.air-conditioner.ru/characteristics.htm
http://www.air-conditioner.ru/structure.htm
Автоматизация систем вентиляции
Системы чиллер-франкойл
Для создания комфортного микроклимата в больших офисах и помещениях необходим
монтаж кондиционеров или
установка
специальных холодильных машин, которые
называются системы чиллер-франкойл.
Нагрев или охлаждение происходит
внутри чиллера, затем воздух нагнетается в
систему трасс, на концах которых находятся
внутренние блоки или франкойлы.
Через франкойлы тепло или холод попадает
внутрь помещения. Система хороша тем,
73
что ее можно применять в помещениях с любой площадью и высотой. Чиллеры
разделяют на 4 типа:
1. Наружная установка чиллеров воздушного охлаждения. Такой тип чиллеров
устанавливают на открытых площадках или даже крышах.
2. Внутренняя установка чиллеров воздушного охлаждения. Воздух в таком аппарате
передается по специальной системе воздуховодов, сейчас выпускаются чиллеры с
пониженными шумовыми показателями и оснащенные схемами автоподстройки
систем потребления электроэнергии.
3. С водяным охлаждением. Такое оборудование устанавливается во вспомогательных
помещениях и подключается к системам водоснабжения. Такая система более
компактна и менее затратна, но предполагает использование градирен или подводку
холодной воды.
4. Чиллеры с выносным конденсатором. Такой тип состоит из конденсатора, который
устанавливается вне помещения, и части оборудования во вспомогательных
помещениях. Обе части соединяются между собой фреоновыми трассами.
Франкойлы служат для охлаждения или нагрева воздуха, а также для его очищения.
Такие аппараты могут легко заменить систему центрального отопления. Они
выпускаются самых различных видов - могут быть настенные, напольные,
потолочные, канальные или бескорпусные, которые легко спрятать под подвесным
потолком или гипсокартонной конструкцией.
Автоматизация систем вентиляции
Назначение систем автоматизации:
- контроль за температурой воздуха в помещении,
- обеспечение безотказной работы вент. оборудования ( обеспечение контроля за
угрозой размораживания водяных калориферов, контроль за температурой нагрева
двигателя вентилятора, контроль перепада давления на фильтре).
http://www.a-clima.ru/automation/
http://electricalschool.info/maschiny/248-kontrol-za-temperaturojj-nagreva.html
http://vensnab.ru/e_mag/363
Cолнечные панели
В вентильных фотоэлементах чаще всего используется кремний – полупроводник,
атом которого состоит из ядра и трех слоев электронов, причем, внешний слой состоит
из четырех электронов (рис. 3.11.1). Если ввести в кристаллическую решетку кремния
атомы фосфора, у которого внешний электронный слой состоит из пяти электронов,
то
в
таком
полупроводнике
74
(n-полупроводнике) могут в определенных условиях возникать свободные электроны; в
полупроводниковых приборах такой полупроводник служит поэтому эмиттером. При
добавке к кремнию атомов бора, имеющих во внешнем электронном слое три
электрона, получается p-полупроводник, который в полупроводниковых приборах
может служить коллектором. Между двумя тонкими слоями p- и n-полупроводников
(толщиной в несколько микрометров) образуется pn-переход или зона объемного
заряда. Если в эту зону через прозрачный, обращенный к источнику излучения
электрод попадают фотоны, обладающие достаточно большой энергией, то они
вызывают разделение отрицательных и положительных зарядов и движение носителей
заряда (электронов и дырок) к противоположным электродам. В результате этого
возникает электродвижущая сила, составляющая в бестоковом состоянии
приблизительно 0,6 V; если внешняя электрическая цепь замкнута, то в ней возникает
электрический ток. При нормальной токовой нагрузке напряжение фотоэлемента
равно приблизительно 0,5 V.
B
Si
P
1
2
3
Рис. 3.11.1. Принципиальное устройство атомов бора, кремния и фосфора.
ядро, 2 внутренние электронные слои, 3 внешний электронный слой
1
На рис. 3.11.2 изображен принцип устройства наиболее распространенного
кремниевого фотоэлемента. Чтобы предотвращать нежелательное отражение
излучения с поверхности фотоэлемента, ее покрывают антиотражающим слоем, в
качестве которого обычно используют двуокись титана TiO2 . Суммарная толщина
фотоэлемента находится в настоящее время обычно в пределах от 0,2 mm до 0,3 mm, а
его
площадь
может
достигать
15 cm  15 cm. Для получения подходящего напряжения и тока, фотоэлементы
объединяют путем комбинирования последовательного и параллельного соединений в
модули, а те, в свою очередь, в батареи или их секции.
75
7
1
–
2
3
4
5
6
+
Рис.
3.11.2.
Принцип
устройства
кремниевого
фотоэлемента.
1 антиотражающий слой, 2 нихромовый (NiCr-) электрод, состоящий из узких
полос, 3 n-полупроводник (например, кремний с добавкой фосфора) толщиной
приблизительно
2
m,
4
pn-переход,
5
p-полупроводник
(например,
кремний
с
добавкой
бора),
6 металлический электрод, 7 фотон и возникающая под его действием пара
носителей заряда
Так как коэффициент преобразования кремниевого фотоэлемента зависит от длины
волны принимаемого излучения, а максимум спектрального коэффициента
преобразования не совпадает с максимумом спектрального распределения солнечного
излучения (рис. 3.11.3), то часть фотонов поглощается в фотоэлементе без генерации
носителей зарядов (превращаясь в тепло). Так как возникают и другие потери энергии,
то теоретическое предельное значение электрического кпд монокристаллического
кремниевого фотоэлемента равно приблизительно 28 %. На лабораторных опытных
образцах фактически получен кпд до 24 %, а на фотоэлементах промышленного
производства – 14…17 %. В соответствии с этим плотность тока на электродах при
облученности в 1 kW/m2 составляет приблизительно 300…400 A/m2.
1
1
2

0
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8 m
76
Рис. 3.11.3. Сравнение относительного спектрального распределения излучения
Солнца на поверхности Земли (1, упрощенно; см. также рис. 2.2.1) и
относительного спектрального коэффициента преобразования типичного
кремниевого фотоэлемента (2).  длина волны
Если
вместо
монокристаллического
использовать
более
дешевый
поликристаллический кремний, то возникают дополнительные потери на дефектах
кристаллической решетки, и кпд промышленных фотоэлементов в таком случае
находится обычно в пределах от 13 % до 15 %. Еще меньше кпд в случае
использования аморфного кремния (5…7 %), но тогда фотоэлемент может создаваться
путем осаждения кремния тонким слоем (менее 1 m) на стекло, что существенно
снижает расход материалов и стоимость фотоэлемента. В качестве электродов в этом
случае могут использоваться пленки из окислов металлов, в которые для увеличения
электрической проводимости добавлены подходящие химические элементы
(например, SnO2:F или ZnO:Al). Так как электроды и полупроводниковые слои
предельно тонки, то они относительно мало уменьшают прозрачность стекла, что
позволяет эффективно использовать такое стекло, например, в световых фонарях
зданий.
Условные обозначения фотоэлемента и вентильного полупроводникового фотодиода
представлены на рис. 3.11.4 [3.1], а фотоэлектрического модуля – на рис. 3.11.5 [3.23].
+
–
Рис. 3.11.4.
Условные обозначения фотоэлемента (слева) и вентильного
фотодиода (справа)
77
Рис. 3.11.5. Условные обозначения фотоэлектрического модуля
Кроме кремния в фотоэлементах используются и другие полупроводниковые
материалы – наиболее часто арсенид галлия (GaAs), теллурид кадмия (CdTe) и
диселенид меди и индия (CuInSe2 ). Каждый из них имеет различный спектральный
коэффициент преобразования и, если создать комплексный элемент, в котором
последовательно соединены два или три фотоэлемента, чувствительных к различным
спектральным полосам солнечного излучения, то суммарная полоса чувствительности
расширяется и кпд соответственно повышается. Такие фотоэлектрические
преобразователи называются тандемными фотоэлементами, и их кпд может
достигать 40 %.
Количество дорогого полупроводникового материала в фотоэлементах можно
уменьшить путем применения концентраторов излучения (например, линз), которые
могут увеличить облученность на поверхности фотоэлемента до нескольких десятков
раз. Кпд батарей тандемных фотоэлементов, снабженных концентраторами излучения,
в настоящее время доходит приблизительно до 35 %. Однако при использовании
концентраторов модуль или батарею фотоэлементов необходимо снабжать
автоматическим приводом, поворачивающим их всегда перпендикулярно лучам
солнца.
Модули фотоэлементов могут изготовляться мощностью от нескольких милливатт до
нескольких сотен ватт. Модули малой мощности находят применение для
электропитания мелких электроприемников (часов, карманных калькуляторов и т. п.),
а более крупные – для питания осветительных устройств, световых дорожных знаков и
светосигнальных систем. Чтобы обеспечить непрерывность электропитания, к
фотоэлементным модулям подключают аккумуляторы. Модули могут соединяться и в
батареи мощностью до нескольких десятков (иногда и до нескольких сотен) киловатт,
используемые в качестве местных источников электропитания, обычно соединенных с
электрической сетью. Такие батареи устанавливаются обычно на крышах или на
южных наружных стенах зданий. Солнечными батареями снабжаются и все
искусственные спутники Земли и космические станции. На фотоэлектрических
электростанциях суммарная мощность солнечных батарей может достигать 10 MW и
более (см. раздел 6.7). В опытном порядке солнечные батареи используются и как
источники питания электромобилей и электрических лодок.
Преимущества фотоэлементов как источников электропитания заключаются в
отсутствии подвижных частей, в отсутствии вредного действия на окружающую
среду, в простоте обслуживания и в высокой надежности. Их срок службы находится
обычно в пределах от 30 до 40 лет. Их недостатками считают высокую удельную
стоимость (1500…4000 €/kW), низкий коэффициент использования максимальной
мощности (даже в регионах с большим числом солнечных дней солнечная батарея
мощностью 1 kW может генерировать только 1000…2400 kWh электроэнергии в год)
и, следовательно, высокую себестоимость электроэнергии (обычно 10…50 евроцентов
на 1 kWh).
78
Так как облученность от солнечного излучения составляет на уровне земли
приблизительно 1 kW/m2, то площадь фотоэлектрических модулей, при их кпд от 5 %
до 15 %, должна быть приблизительно 6…20 m2/kW. Солнечные батареи требуют,
следовательно, для своего размещения относительно больших земельных участков.
Если солнечные батареи должны присоединяться к электрическим сетям или если они
должны питать электроприемники переменного тока, то их следует снабжать
инверторами. Автономные солнечные батареи, чтобы обеспечить при их прерывистой
работе беспрерывное питание электроприемников, должны, кроме того, снабжаться
аккумуляторными батареями (рис. 3.11.6).
1
2
3
Рис. 3.11.6. Принципиальная схема установки, состоящей из солнечной батареи
(1), инвертора (2) и аккумулятора (3). Коммутационные и другие
вспомогательные аппараты не показаны
монокристаллический элемент
КПД 15-22 %
поликристаллический
(или
мульти-) элемент КПД12-17 %
http://www.taastuvenergia.ee/mon
okristall-paikesepaneel.html
У монокристаллических элементов углы скругленные и поверхность однородная.
Скругленные углы связаны с тем, что при производстве монокристаллического
кремния получают цилиндрические заготовки. Однородность цвета и структуры
монокристаллических элементов связана с тем, что это один выращенный кристалл
кремния, а кристаллическая структура является однородной.
В свою очередь, поликристаллические элементы имеют квадратную форму из-за того,
что при производстве получают прямоугольные заготовки. Неоднородность цвета и
структуры поликристаллических элементов связана с тем, что они состоят из
большого количества разнородных кристаллов кремния, а также включают в себя
незначительное количество примесей.
79
Монокристаллические элементы и соответственно панели на их основе имеют на
сегодняшний день наивысшую эффективность — до 22% среди серийно выпускаемых
и до 38% у используемых в космической отрасли. Монокристаллический кремний
производится из сырья высокой степени очистки (99,999%).
Серийно выпускаемые поликристаллические элементы имеют эффективность до 18%.
Более низкая эффективность связана с тем, что при производстве
поликристаллического кремния используют не только первичный кремний высокой
степени очистки, но и вторичное сырье (например, переработанные солнечные панели
или кремниевые отходы металлургической промышленности). Это приводит к
появлению различных дефектов в поликристаллических элементах, таких как границы
кристаллов, микродефекты, примеси углерода и кислорода.
Эффективность элементов в конечном счете отвечает за физический размер солнечных
панелей. Чем выше эффективность, тем меньше будет площадь панели при
одинаковой мощности.
Производительность солнечной панели на 1 kW мощности:
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
Рекомендуемое расположение панелей в Эстонии
( для ходатайствующего о поддержке проекта для частных домов в связи с
постановлением
министерства
окружающей
среды
Majandusja
kommunikatsiooniministri määruse „Rohelise investeerimisskeemi “Väikeelamute
rekonstrueerimise toetus” kasutamise tingimused ja kord“)
PV – панели – фотоэлектрические солнечные панели для производства электроэнергии
с к.п.д. 5 – 20% . С целью максимальной производительности рекомендуется
устанавливать в направлении на юг под углом 40-500 относительно поверхности
земли. Если нет возможности следовать именно этим рекомендациям, то разрешается
изменять угол и направление установки таким образом, чтобы производительность
панелей не уменьшилась более чем на 20%.
При установке панели на юг и под углом 400 расчетная производительность на 1 kW
мощности составляет около 890 kWh электроэнергии в год.
80
При установке солнечных коллекторов для производства горячей воды для частного
дома и семьи из 4-х человек устанавливать 4 m2 коллектора, что обеспечит
производство около 10 литров горячей воды на 1 m2 коллектора. Производительность
солнечного коллектора зависит от климатического расположения и расположения и
угла наклона коллектора. Годовой солнечный ресурс – 950-1000 kWh/m2, что
обеспечивает около 10% от общего теплопотребления здания или 30% потребления в
горячей воде. Стоимость солнечного коллектора – 500-700 евро/ m2. Годовая
производительность коллектора – около 300-500 kWh/m2.
Микропроизводитель электроэнергии
Микропроизводитель электроэнергии – это малый производитель электроэнергии,
который для производства на собственные нужды использует установки,
производящие электроэнергию из востанавливающихся источников энергии, но при
избыточном производстве желают излишки электроэнергии продать в
распределительную сеть.
В соответствии со стандартом EVS-EN 50438:2008 микропроизводящая установка – та,
у которой номинальный ток фазы не превышает 16А как для одно- или трехфазного
напряжения 230/400V в сети низкого напряжения.
81
В случае нескольких установок в пункте присоединения с сетью суммарный ток фазы
не должен превышать 16 А. При этом микропроизводителем квалифицируется
производящая установка или группа установок, мощность которых менее 11 kW в
одном пункте присоединения или однофазная установка мощностью 3,67 kW.
Cхемы присоединения микропроизводящих установок
Требования Elektrilevi к присоединению
https://www.elektrilevi.ee/et/elektritootja-liitumine
On-grid – присоединение
Off-grid – присоединение
ШИМ-контроллер или PVM ( широтно-импульсная модуляция) для понижения
напряжения до заданного значения.
На более мощных установках используется MPPT (Maximum power point tracker) –
контроллер
http://www.taastuvenergia.ee/mppt-kontroller.html
Примеры готовых решений
http://www.xn--pikesepaneelid-5hb.ee/epood/9-paikesekomplektid
82
Интенсивность солнечного излучения в Эстонии
соответствует интенсивности солнечного излучения в
центральной Германии.
На 1 kW PV-панели можно произвести 880 kWh/год
электроэнергии.
Солнечные панели Вирумааского колледжа он-лайн:
http://192.168.4.98 ja http://192.168.4.99
Энергоэффективный дом – здание, основной особенностью которого является малое
энергопотребление и почти полная энергонезависимость.
Нулевой дом, или пассивный дом (англ. passive house) – энергоэффективное здание,
соответствующее наивысшему стандарту энергосбережения в мировой практике
индивидуального и многоэтажного строительства. Для пассивного дома
энергопотребление составляет около 10% от удельной энергии на единицу объема,
потребляемой большинством современных зданий.
Незначительное отопление требуется лишь в период отрицательных температур.
В идеале пассивный дом является независимой энергосистемой, вообще не требующей
расходов на поддержание комфортной температуры воздуха и воды. Основным
принципом проектирования энергоэффективного дома является использование всех
возможностей сохранения тепла. В таком доме нет необходимости в применении
традиционных систем отопления, вентиляции, кондиционирования, водоснабжения.
Отопление нулевого дома осуществляться благодаря теплу, выделяемому живущими в
нем людьми, бытовыми приборами и альтернативными источниками энергии, горячее
водоснабжение – за счет установок возобновляемой энергии, например, тепловых
насосов, солнечных батарей и термовихревых установок.
Термовихревая установка
Вихревой термогенератор представляет собой цельнометаллическую конструкцию,
сваренную из стандартных стальных труб и жестко закрепленную на электронасосе.
Термогенератор имеет тангенциальный сопловой вход, через него жидкость, под
напором попадая в трубу, естественным образом закручивается в вихревой поток,
кавитация, возникающая в нем, происходит внутри объема жидкости, не
взаимодействуя с поверхностью трубы. Таким образом, не происходит разрушения
поверхностей трубы.
83
В ЕС существует следующая классификация зданий в зависимости от их уровня
энергопотребления:
- «Старое здание» (здания построенные до 1970-х годов) — они требуют для своего
отопления около 300 кВт·ч/м²год.
- «Новое здание» (которые строились с 1970-х до 2000 года) — не более 150
кВт·ч/м²год.
- «Дом низкого потребления энергии» (с 2002 года в Европе не разрешено
строительство ниже этого стандарта) — не более 60 кВт·ч/м²год.
- «Пассивный дом» — не более 15 кВт·ч/м²год.
- «Дом нулевой энергии» (архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный
дом, но инженерно оснащенное таким образом, чтобы потреблять исключительно
только ту энергию, которую само и вырабатывает) — 0 кВт·ч/м²год.
- «Дом плюс энергии» или «активный дом» (здание, которое с помощью
установленного на нём инженерного оборудования: солнечных батарей, коллекторов,
тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников и т. п. вырабатывало
бы больше энергии, чем само потребляло).
Elamute aasta keskmine energiatarbimine on 200-400 kWh/m2, mis on oluliselt suurem kui
analoogse kliimaga arenenud tööstusriikides, kus keskmine energiatarbimine on 150-230
kWh/m2.
84
В России энергопотребление в домах составляет 400—600 кВт·ч/год на квадратный
метр. Этот показатель предполагают снизить к 2020 году на 45 %.
Умный дом
http://www.youtube.com/watch?v=QpmrLkTGcnc
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=T0NPS00BiQA&feature=endscreen
http://www.youtube.com/watch?v=FilFCngGaR8
85