IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Высокая стоимость энергоносителей заставляет задуматься о постановке закономерного вопроса – вопроса о экономической эффективности различных источников тепла для отопления и горячего водоснабжения жилья, индивидуальной коттеджа, административного помещения.  

Огромное количество рекламных роликов рассказывает о «уникальных» и «сверхэкономичных» способах отопления, называются данные о экономии до 69% ресурса. Разобраться с этим вопросом можно только детально изучив все факторы.

Фундаментальный показатель эффективности – коэффициент полезного действия (КПД). Чем ниже КПД котлоагрегата, тем больше нужно потратить топлива для подогрева одной единицы полезного объема (площади). При этом КПД никогда не сможет быть более 100 %, так как однозначно имеют место потери тепла: с отходящими газами, от химической и механической недоработки топлива, потери в окружающую среду. Благодаря применению различных технологий, материалов, в оборудовании производители котлов научились снижать теплопотери, добившись впечатляющих результатов увеличения КПД, то есть увеличения базового показателя энергоэффективности установок. Например, своеобразный «стандарт» современных газовых котлов – КПД, равный 92 %. В некоторых моделях и сериях оборудования этого типа коэффициент полезного действия (заявленный производителем) достигает 94 % и даже 96 %.

Информация по КПД котлоагрегатов предоставлена сайтом http://www.energyland.info

Как известно, в уходящих газах котлов, сжигающих природный газ, со-

держится около 15 % водяных паров. Их скрытая теплота парообразования

(СТП) составляет до 15 % теплоты сгорания газа. На эту величину низшая

теплота сгорания газа меньше ее истинной высшей теплоты сгорания. Со-

ответственно при рассчитанном по КПД котла = 94 %, фактически

его КПД = 80 %[1].

По полноте использования энергии топлива газовые котельные установки делятся на конвекционные и конденсационные.

Почему у конденсационного котла такой высокий коэффициент полезного действия, если его сравнить с другими отопительными установками? Не только из-за того, что теплота конденсирующих жидкостей используется, но и за счет кардинально расширенных общих площадей поверхностей теплообменника. Например, внутри конструкторы могут разместить свернутые спиральные трубы любых сечений, возможно даже прямоугольное, что однозначно приведет к увеличению поверхности нагрева. Между витками достаточно просто оставлять самые допустимо малые зазоры, или даже исполнить еще наиболее геометрически сложное сечение, где могут присутствовать дополнительные ребра. При каждом последующем витке теплообменника с относительно низкой температурой внутри продукты сгорания остывают, создавая конденсат ниже точки росы. Результатом этих нехитрых процессов являются дополнительные высвобождения энергии, которые в дальнейшем и используются системой, чтобы увеличить температуру обратного теплоносителя.

Для того, чтобы оценить эффективность конденсационных котельных установок, сравним технико-экономические характеристики водогрейного котла и аналога с конденсационной установкой. Для этого рассмотрим установку крышной котельной на одно и то же жилое здание с разным типом котлов. Мною был выполнен теплотехнический расчет и получено потребление для многоэтажного дома.

-Общая установленная мощность котлов на котельную(конденсационные) - 0,920 МВт

-

Тепловая нагрузка на котельную - 0,837 МВт

из них: на отопление жилого дома - 0,409 МВт

на отопление ЛК и ЛХ - 0,111 МВт

на вентиляцию - 0,060 МВт

на ГВС - 0,233 МВт

Потери на собственные нужды - 0,024 МВт

Для сравнения возьмем водогрейные чугунные котлы с мощностью мощностью 560 кВт каждый, работающие на природном газе.

Установленная мощность котлов на каждую из котельных - 1,120 МВт

Тепловая нагрузка на котельную - 0,850 МВт

из них: на отопление жилого дома - 0,510 МВт

на отопление ЛК и ЛХ - 0,047 МВт

на вентиляцию - 0,060 МВт

на ГВС - 0,233 МВт

Потери на собственные нужды - 0,047 МВт

№№ п.п.	Наименование	Един. измерения	Величина
1.	Полезная тепловая мощность	МВт	0,560
2.	Максимальное давление воды	МПа (кгс/см2)	0,6 (6,0)
3.	Коэффициент полезного действия при максимальной мощности	%	94
4.	Максимальная температура воды в котле	0С	95
5.	Масса котла	т	2,43
6.	Водяной объём котла	м3	0,359

Основные технические данные чугунного водогрейного котла.

Таблица 1

№№ п.п.	Наименование	Един. измерения	Величина
1.	Полезная тепловая мощность	МВт	0,460
2.	Максимальное давление воды	МПа (кгс/см2)	0,6 (6,0)
3.	Коэффициент полезного действия при максимальной мощности (гр. 90-700С)	%	97,7
4.	Коэффициент полезного действия при конденсационном режиме (гр. 50-300С)	%	109
5.	Максимальная температура воды в котле	0С	90
6.	Масса котла	т	0,45
7.	Водяной объём котла	м3	0,132
8.	Расход газа ( мин./ макс. )	м3/час.	2,43 / 48,7

Основные технические данные конденсационного водогрейного котла.

Таблица 2

Конденсационные котлы состоят из 4 –х конденсационных котельных модулей (котел с горелкой) мощностью по 115кВт.

Рис.1 План газоснабжения крышной котельной

Рис.2 Принципиальная схема с размещением конденсационных котлов

Из расчета внутреннего газоснабжения получаем данные для сравнения:

Водогрейный чугунный котел

Проект внутреннего газоснабжения выполнен для крышных котельных домов.

Общий расход газа на котельную - 106 м³/час.

Годовой расход газа на каждую котельную – не более 0,137 тыс. т.у.т.

Данным проектом предусмотрена прокладка подводящего газового коллектора Дy150 к двум водогрейным котлам, а также их газовая обвязка.

Давление газа на вводе в котельную Р_г=0,003 МПа. Общий расход газа на каждую котельную составляет Вг ном.=106 м³/ч при ст. усл.

При работе контура ГВС в зимний период в максимальный период водоразбора ( в течение не более 30 мин.) возможно увеличение расхода газа на одной котельной до В1_гмакс=106 м³/ч при ст. усл., Таким образом, общий максимальный расход газа не превысит 106 м³/ч при ст. усл.

Конденсационный водогрейный котел

Проект внутреннего газоснабжения выполнен для двух 14-этажных жилых домов с нежилыми помещениями и крышными газовыми.

Общий разрешенный расход газа на котельную - не более 101 м³/час.

Максимальный расход газа ( на установленной мощности ) на котельную с учетом К.П.Д. применяемого оборудования – не более 97,4 м³/час.

Максимальный общий расход газа на котельную на установленной мощности - не более 97,4 м³/час.

Максимальный общий расход газа на обе котельные на имеющуюся нагрузку –

- не более 97 м³/час.

Предусмотрена прокладка подводящего газового коллектора Дy100 к двум водогрейным котлам, а также их газовая обвязка.

Давление газа на вводе в котельную Р_г=0,003 МПа. Общий расход газа на котельную составляет не более Вг ном.=96 м³/ч при ст. усл.

Как мы видим, при стандартных условиях конденсационный котел имеет меньший расход газа, чем чугунный.

-Сравним экономические показатели и сделаем определенные выводы:

-Конденсационный котел экономичнее традиционного водогрейного котла

-При монтаже в крышную котельную не требует работы башенного крана за счет модульности

-Имеет более высокие экологические показатели за счет уменьшения выбросов оксида углерода.

Давайте рассмотрим технические характеристики и возможности таких моделей котла как Riello CONDEXA PRO 3. Данные котельные установки были выбраны не случайно. Они имеют ряд преимуществ. К примеру, модульность. Котельный модуль состоит из 2-3-4 котлоагрегатов Установки, могут каскадироваться между собой (до 60 котлоагрегатов в одной системе). Явным преимуществом являются небольшой вес и малые габаритные размеры модели. Выносной пульт управления обеспечивает погодозависимый режим работы котла. Удобство технического обслуживания за счет легкого доступа ко всем компонентам и узлам. Выпускаются 3 типоразмера номинальной тепловой мощностью от 230 до 460 кВт. КПД в конденсационном режиме составляет 109%. Устройство рассмотренного мною котла приведено на рисунке.

Технические характеристики котлоагрегата предоставлены сайтом http://www.riello.su

Рис.3 Схема устройства конденсационного котла Riello

В заключение хотелось бы отметить важность инновационных технологий и оригинальных технических решений при конструировании котельных установок, так как это способствует увеличению энергетической эффективности, а также повышению качества теплоснабжения в целом.

Литература:

1. Л и п е ц, А. У. Об использовании скрытой теплоты парообразования водяных поров уходящих газов в мощных энергетических котлах /

А. У. Липец, Л. В. Дирина, И. И. Надыров // Энергетик. – 2002. – № 2. – С. 19–20.

Код для цитирования: Скопировать