Рывкина Н.В.

Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева

Краткий обзор совершенствования

отопительных систем по пути энергосбережения

Приоритеты современного мира меняются и становятся все более актуальными современные энергосберегающие технологии, позволяющие экономить постоянно дорожающие энергоносители.

Устройство системы отопления сегодня представляет собой задачу достаточно сложную, целью которой является достижение необходимых комфортных условий при минимальной эксплуатационной стоимости. Гарантию тепла и комфорта в доме в течение всего отопительного сезона, надежность и безопасность функционирования системы отопления могут обеспечить только правильный выбор, грамотное проектирование и качественный монтаж.

В этой статье будет приведен краткий обзор эволюции отопительных систем, проанализированы их достоинства и недостатки.

Функционирующие на данный момент отопительные системы можно разграничить на две группы.

К первой необходимо отнести традиционные системы, где основными конструктивными элементами являются теплоисточник, теплопроводы и отопительные приборы. Перенос тепла в этом случае осуществляется с помощью теплоносителя - газообразной или жидкой рабочей среды по теплопроводам в помещения здания. Основным и главным недостатком таких отопительных систем является потребление постоянно дорожающего и невозобновляемого органического топлива. Дальнейшее развитие традиционных систем предусматривает качественное улучшение нагревательного оборудования путем увеличения его теплопередачи, а также внедрение новейших средств автоматики и автоматизации для проектирования и строительства энергоэффективных систем и, соответственно, экономии энергоресурсов.

Инновационные решения в этой группе коснулись каждого конструктивного элемента. Значительно расширился функциональный и конструктивный ряд одного из элементов системы отопления – теплоисточника. Наиболее эффектный пример этого элемента отопительной системы – конденсационный котел. В нем установлены модернизированные теплообменные аппараты, принцип работы которых построен на использовании конденсации паров, образовавшихся в пламени горелочного устройства из воды, полученной при сгорании топлива, и отдаче полученной энергии. Это инновационное решение позволило повысить КПД теплоисточника до 96%.

Новейшие отопительные приборы создаются из совершенных материалов – алюминиевого сплава и стали, имеющих высокие теплофизические характеристики. Плинтусные конвекторы, изготовленные из медных пластин - одно из новшеств в области техники водяного отопления. Нашедшие широкое применение напольные системы отопления используют в своей конструкции современные полимерные и металлопластиковые трубы, позволяющие значительно повысить надежность «теплого пола».

Ко второй группе можно отнести все системы, использующие инновационные технологии отопления с энергоэффективным оборудованием, в которых для получения тепловой энергии не предусматривается использование органического топлива. Это теплонасосные установки, солнечные коллекторы, ветроустановки. Именно эти системы и представляют основной скачок эволюции техники отопления.

Рассматривая системы отопления зданий, условно отнесенные ко второй группе, имеет смысл начать с достаточно эффективных теплонасосных установок (ТНУ), использующих низкотемпературную энергию грунта, подземных и наземных вод, воздуха. Конструкция теплового насоса включает такие компоненты, как испаритель, компрессор и конденсатор, то есть работает по принципу холодильной установки. Но, если холодильник генерирует холод, забирая тепло у продуктов, то тепловой насос, получая тепловую энергию от грунта или подземных вод, отдает ее для отопления зданий. За счет изменения настроек и появляются существенные различия в работе таких устройств.

Тепловой насос работает следующим образом. Фреон или другой хладагент, циркулирующий по замкнутому контуру, попадая в испаритель через капиллярное отверстие, испаряется в результате резкого падения давления и его расширения, которое сопровождается увеличением объема. В ходе этого процесса фреону передается тепловая энергия от стенок испарителя, соединенных с теплообменным аппаратом. Компрессор, всасывая и сжимая хладагент, способствует его нагреву до 80-120˚С. Далее хладагент выталкивается в конденсатор, отдавая тепло через него в отопительный контур и, остывая при этом, превращается в жидкость. Цикл повторяется до тех пор, пока в помещении не будет достигнута заданная температура. При ее достижении терморегулятор останавливает работу теплового насоса, при дальнейшем понижении до минимальной отметки, насос снова включается.

Продуктивность применения систем с тепловыми насосами можно значительно повысить путем использования остаточной теплоты какого-либо процесса, к примеру, сбросной теплоты промышленных предприятий, также применением в схеме работы ТНУ аккумуляторов теплоты. При достаточно большой эффективности таких систем отопления существенным недостатком является высокая стоимость самого теплового насоса. Да и строительство самих систем отличается большими первоначальными затратами в связи с размерами конструкции, которую необходимо разместить под землей для создания контура работы теплового насоса.

Солнечные водонагревательные установки (гелиоколлекторы) представляют собой системы прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию для передачи ее теплоносителям в системах отопления, в качестве которых могут применяться вода, антифриз, воздух или масло. Для надежности работы таких установок в конструкции должны быть предусмотрены дополнительные нагреватели, работающие, как правило, от электричества.

К преимуществам установок можно отнести небольшую массу, простоту монтажа, высокую эффективность. Основные проблемы, ограничивающие широкое практическое применение солнечной энергии для отопления, связаны с зависимостью непостоянного во времени потока поступающего тепла от региона и погоды, что требует создания аккумуляторов энергии. И, хотя солнечное излучение само по себе потребляется бесплатно, строительство систем с использование солнечной энергии приводит к необходимости солидных первоначальных вложений и, тем самым, снижает их конкурентоспособность по отношению к традиционным системам, использующим дешевое органическое топливо.

Ветроустановки (ВЭУ) для систем отопления используются по двум различным схемам. Первая схема предполагает превращение механической энергии ротора установки в электрическую энергию, с помощью которой можно ввести в действие системы электрического отопления. Взаимозаменяемость - основное важное достоинство этой схемы использования энергии ветра: в штиль, когда наблюдается недостаток электричества от ВЭУ, систему отопления можно подключить к общей электросети. Недостатки: низкий КПД, высокая стоимость аккумуляторных батарей и возникающие сложности в эксплуатации оборудования.

Вторая схема наиболее эффективна: механическая энергия ротора установки непосредственно преобразуется в тепловую энергию. Этот принцип осуществлен в работе вихревого теплогенератора ВТГ. КПД процесса значительно выше, так как отсутствует промежуточная стадия получения электроэнергии. Основной недостаток - отсутствие стабильности в работе теплогенератора, что приводит к необходимости использования дополнительных источников теплоты.

В заключении необходимо отметить, что совершенствование традиционных или разработка новейших отопительных систем со всеми их плюсами и минусами придерживаются одной, наиболее актуальной на сегодняшний день цели – энергосбережение и повышение эффективности в энергетическом секторе экономики страны.

Литература.

1. Богословский В.Н. Отопление: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция" / В. Н. Богословский, А. Н. Сканави. - М. : Стройиздат, 2007. - 736 с

2. Закиров Д.Г. Состояние и перспективы использования низкопотенциальной теплоты с помощью тепловых насосов.// Промышленная энергетика. 2004. № 6.