Модернизация системы отопления производственного здания
Оптимизация системы отопления в производственном цехе
Правильно подобранные климатические системы в промышленных зданиях позволяют не только максимально использовать производственную площадь, но и улучшать микроклимат помещений, влияющий на самочувствие персонала. Это подтверждает опыт российской компании «Флайг+ Хоммель», заменившей комбинированную систему отопления (водяного с радиаторами и воздушного с воздушно-отопительными агрегатами) на систему лучистого потолочного отопления из алюминиевого сплава.
Особенности отопления новых производственных площадей
В России компания ООО «Флайг+ Хоммель» (см. справку) начала свою деятельность в 2009 году и расположилась в г. Заволжье (Нижегородская область).
Первоначальным местом нахождения был арендованный цех площадью 2 500 м2, теплоснабжение которого осуществлялось посредством системы воздушного отопления (рис. 1).
В связи с ежегодным ростом объемов собственного производства уже в 2012 году возникла необходимость расширения и увеличения производственных мощностей.
Справка:
Группа компаний «Флайг + Хоммель» – это глобальный производитель, действующий на рынке с 1946 года, металлических изделий и соединительных элементов широкого профиля: продукция применяется в автомобильной промышленности, на железнодорожном транспорте, сельскохозяйственной технике и в других отраслях.
Предприятием запатентована цельнометаллическая стопорящаяся гайка, разработанная для применения в экстремальных условиях: большие динамические нагрузки, повышенная вибрация и температуры.
Новым местом размещения предприятия стала собственная территория площадью 25 000 м 2 .
Работы начались в цехе, расположенном в промышленном кирпичном здании 1965 года постройки, с площадью цеха 3 740 м 2 и высотой 10,5 м до несущих конструкций.
Действующая система отопления была традиционной для сооружений советского периода – водяная с радиаторами и воздушная с помощью воздушно-отопительных агрегатов. Радиаторы, установленные по периметру производственного цеха, не позволяли в полном объеме использовать площади помещения для размещения оборудования, поэтому они были демонтированы.
Опыт эксплуатации системы с воздушным отоплением, установленной для теплоснабжения цеха с большой высотой потолка, выявил следующие недостатки таких систем:
— с целью достижения комфортной температуры для сотрудников и отдельных производственных процессов, а также выравнивания градиента температур по высоте в рабочей зоне, необходимо перегревать воздух в верхней зоне помещения, что приводит к повышенному нерасчетному теплопотреблению здания на отопление.
— непрерывная работа вентиляторов и движение воздушных потоков создавали излишнюю шумовую нагрузку на персонал и способствовали образованию пылевых завихрений, что вызывало дискомфорт и отрицательное воздействие на здоровье людей.
Специалистами нашей компании был определен следующий перечень требований к отопительному оборудованию производственного цеха:
— снижение эксплуатационных затрат и общего энергопотребления объекта;
— круглосуточное поддержание комфортных санитарно-гигиенических условий работы для сотрудников в течении всего отопительного периода;
— возможность температурного зонирования помещений;
— снижение шумовой акустической нагрузки;
— общее снижение запылённости помещения.
Замена системы отопления
Инженерный центр головной компании рекомендовал, вместо старой системы отопления установить лучистую систему низкотемпературного отопления, которую они успешно эксплуатировали на предприятии. Основные теплоотдающие элементы системы выполнены в виде компактных профилей из алюминиевого сплава, которые располагаются в подпотолочном пространстве производственного здания (рис. 2,4)
Основной физической особенностью передачи теплоты от теплоносителя (которым является перегретая вода из городской или местной котельной) в помещение является преобладание лучистой составляющей над конвекционной.
Лучистая энергия поглощается оптически непрозрачными преградами или поверхностями (живыми существами, предметами, ограждающими конструкциями и т.д.), что приводит к их нагреву, которые в свою очередь «делятся» теплом с окружающим воздухом прямой теплопередачей, создавая комфортные параметры микроклимата в рабочей зоне помещений.
Воздух не является значимой преградой и не подвергается нагреву, это дает существенный экономический эффект по сравнению с конвекционным обогревом, где тепло существенно расходуется на обогрев воздуха и как следствие неиспользуемого подпотолочного пространства.
Главными и неоспоримыми преимуществами систем такого типа являются:
-поддержание оптимальной подвижности воздуха в помещении, что приводит к полному отсутствию негативного явления пылевых завихрений;
— потолочное размещение греющих профилей не занимает полезное пространство пола и стен, что позволяет более эффективно его использовать;
— легкие алюминиевые профили не создают избыточной нагрузки на строительные конструкции, что позволяет их размещать в зданиях старой постройки без дополнительных дорогостоящих мероприятий по усилению несущих строительных конструкций;
— распространение теплоты происходит на 360 градусов, т.е. нет ограниченной зоны обогрева.
Однако, при внедрении данной системы отопления на нашем производстве мы столкнулись с отсутствием опыта проектирования лучистых низкотемпературных систем у проектных организаций, которые, в свою очередь, настаивали на применении других традиционных типов систем отопления. Ввиду многолетнего, позитивного, собственного опыта применения подобных инновационных систем было принято окончательное положительное решение о внедрении.
Отметим, что преимуществам систем такого типа можно также отнести удобство монтажа основных конструктивных элементов – греющих профилей (рисунок 4), например, возможность их крепления к существующим фермам, балкам при помощи подвесов, цепей и других сравнительно недорогих элементов такелажной оснастки.
Алюминиевые профили соединяются между собой на специальных пресс-соединениях, предварительно закрученных в профиль.
Профили изготавливают разной длины, но с экономической точки зрения наиболее эффективно и целесообразно было использование профилей 12-ти метровой длины, что позволило уменьшить трудоемкость и как следствие, общую сметную стоимость строительно-монтажных работ.
Монтаж профилей осуществляется путем подвешивания на высоте от 2,3 м до 20 м от пола. В нашем случае они расположены на отметке +7.5 м в межферменном пространстве.
Заводом-изготовителем допускается проводить монтаж светильников освещения непосредственно к греющему профилю, что существенно снижает стоимость монтажа инженерных коммуникаций производственного помещения в целом.
Производитель рекомендует следить за уровнем воды в системе, что в принципе делает автоматика и сигнализирует о низком уровне. Поэтому о сновными рекомендациями по обслуживанию данных систем является содержание профилей в чистоте и поддержание необходимого уровня воды, что в принципе делает автоматика: сигнализирует о низком уровне.
Система отопления полностью автоматизирована и регулируется по заданной температуре внутреннего воздуха в цехе на термостате, связанного с системой управления параметров теплоносителя в индивидуально-тепловом пункте.
При использовании системы низкотемпературного лучистого отопления очень быстро достигаются значения заданных температур внутреннего воздуха. При работе системы в режиме нагрева получаемая тепловая энергия аккумулируется в конструкциях и предметах, затем система переходит в режим ожидания и полученная теплота постепенно расходуется, тем самым поддерживая расчетные параметры микроклимата в помещениях.
ОБ АВТОРЕ
Андрей Селифанов, сотрудник компании «Флайг+Хоммель»
Сравнительные варианты модернизации ЦТП на примере конкретного объекта
В. К. Ильин, директор НП «Группа Тепло»
Несомненно, индивидуальные тепловые пункты (ИТП) имеют кое-какие преимущества перед центральными тепловыми пунктами (ЦТП), которыми сейчас оснащена Москва и большинство крупных городов России. Напомним, что на ИТП более тонкая регулировка режима отопления, где осуществляется давление горячей и холодной воды, сокращение потерь с утечкой воды в системе горячего водоснабжения, сокращение разводящих трубопроводов и более простой учет энергоресурсов. В связи с этим часто возникают предложения о ликвидации существующих ЦТП. Вместо них предлагается построить в действующей застройке ИТП. Но ведь практически такие же результаты, которые дают ИТП, можно получить и на ЦТП, не ломая их.
Весной 2007 года в МЭИ были защищены три диплома, которые были посвящены модернизации систем теплоснабжения на реальном объекте ЦТП, расположенном по адресу Чугунный бульвар, д. 3а. Принципиальная схема данного ЦТП приведена на рис. 1а. Одно направление потока – это детский сад и четырехэтажное здание, другое – два пятиэтажных и четыре девятиэтажных здания. Самый обычный московский ЦТП, организованный по зависимой схеме, отопление осуществляется через элеваторный узел, в домах установлены элеваторы.
ЦТП недавно прошел капитальный ремонт: была осуществлена замена всего оборудования на расчетное, которое вполне надежно функционирует. Но сама схема современным условиям не удовлетворяет: имеются осенне-весенние перетопы, завышенное давление, а соответственно, и перерасход воды на горячее и холодное водоснабжение. Системы отопления не защищены от возможного повышения давления в тепловой сети, и разводящие сети горячего и холодного водоснабжения имеют недостаточный ресурс, всего 8–12 лет.
Рассмотрим отдельные варианты реконструкции этого ЦТП. Первый вариант – это модернизация ЦТП, которая включает установку смесительных насосов и организацию систем автоматического регулирования отпуска тепла на отопление. Соответственно, модернизация насосного оборудования на холодное и горячее водоснабжение, устройство защиты от повышенного давления в тепловой сети. Второй вариант – модернизация ЦТП с переводом на независимую систему отопления, организация систем автоматического отпуска тепла, модернизация насосного оборудования. И третий вариант – ликвидация ЦТП с устройством ИТП. Все варианты рассматривались в техническом и экономическом плане.
Было обращено внимание на сокращение расхода электроэнергии, необходимой для работы насосов (рис. 2).
На рис. 2 синяя линия описывает расход электроэнергии существующими на ЦТП насосами: хозяйственными и циркуляционными. Зеленая линия показывает расход электроэнергии при переводе насосов ГВС на циркуляционно-повысительную схему, что дает 15 % экономии энергии. И красная линия описывает расход электроэнергии на работу насосов, в случае, когда в дополнение к циркуляционно-повысительной схеме установлен регулируемый электропривод. Это дает еще 12 % экономии электроэнергии. Что касается экономики, то окупаемость схемы с регулируемым электроприводом составит примерно 12 лет.
Модернизация ЦТП по первой схеме показана на рис. 1б.
Принципиальная схема ЦТП реального объекта
Принципиальная схема после модернизации ЦТП с установкой смесительных насосов
Принципиальная схема после модернизации ЦТП с переводом на независимую систему отопления
В этой схеме насосы хозяйственного снабжения организованы регулированием, и поставлен преобразователь частоты. Мощность насосов ГВС несколько увеличилась, зато мощность насосов холодного водоснабжения снизилась. Общий расход воды снизился. Соответственно, поставлена защита от повышения давления. И для регулирования отпуска тепла установлен смесительный насос с автоматическим регулированием, который поддерживает зависимость температуры на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха, и регулятор управления смесителя насосом через частотный преобразователь. То есть в зимнее время насос не работает, сеть работает по графику 150/70.
В переходный период насос начинает добавлять теплоноситель, т. е. обратный теплоноситель подается в подающий. При этом температура снижается, несколько увеличивается перепад давления в сети. Для этого установлен регулятор перепада давления, который приводит расход к заданному. Общая стоимость работ по модернизации ЦТП по такой схеме – 505 тыс. руб.
Второй вариант – это перевод ЦТП на независимую схему (рис. 1в). Для этого на ЦТП насосы модернизируются, как и в предыдущей схеме, устанавливается подогреватель отопления, отопительные насосы, узел подпитки, межрасширительный бак, регулятор температуры воды на отопление. Те же самые импульсы наружные и отопление, и дополнительно введена функция ограничения расхода сетевой воды, чтобы не нарушить гидравлический режим. Стоимость работ по такой схеме на ЦТП составит 1 385 000 руб.
Одновременно, переходя на независимую схему, нужно применять разводящие сети системы отопления, т. к. до этого расход составлял 12,5 т/Гкал, а при переходе на независимую схему и на отопительный график 125/70 расход стал 45 т. Соответственно, потери напора увеличились в 10 раз. Для перекладки сетей отопления используются сети из сшитого полиэтилена, которые имеют ресурс порядка 40–50 лет службы. Замена сетей отопления обойдется в 9 млн руб. Чтобы получить равно надежную систему, необходимо поменять сети горячего водоснабжения. Эта замена разводящих сетей обойдется в 13 млн руб. Дополнительно элеваторы в домах снимаются, и в ближайших домах устанавливаются регуляторы давления, чтобы приблизить расход холодной и горячей воды, и это будет стоить порядка 14 млн руб.
 |
