Отопление производственных помещений и административных зданий

Площади производственных помещений различных субъектов промышленности могут достигать нескольких тысяч квадратных метров, на отопление которых требуются котельные большой мощности. Как именно организовано отопление производственных помещений такого масштаба, мало кто знает.

В зависимости от типа помещения, которое предполагается отапливать с помощью автономной котельной, при проектировании нужно учесть ряд факторов:

• Система отопления должна быть экономически выгодна предприятию;
• Высота потолков будет сильно влиять на распределение тепла по помещению;
• Мощности котельной должно хватать с запасом для поддержания комфортной температуры даже в самые холодные периоды;
• От того, насколько правильно будут учтены все моменты при выборе вида отопительной системы, будет зависеть комфорт сотрудников, а соответственно и их производительность;

Виды котельных для отопления производственных помещений

Для отапливания больших площадей производственных помещений могут использоваться различные виды систем отопления. Все они отличаются методом нагрева, теплоносителем, имеют свои плюсы и минусы. Мощность предполагаемой котельной и ее вид подбирается исходя из характеристик помещения, таких как площадь, высота потолков, теплопотери.

Паровое отопление помещений

Теплоносителем в этом случае является водяной пар, образованный в результате нагрева котлом воды до температуры кипения. Пар передается системой насосов по подающей линии в радиаторы отопления после чего возвращается в котел для повторного нагрева. Возможно использование естественной циркуляции, в таком случае надобность циркуляционных насосов отпадает, но такая система подходит не для всех типов построек, большие помещения могут прогреваться неравномерно.

Центральной частью паровой системы отопления является водогрейный котел, который может работать на различных видах топлива:

• На твердом топливе — дрова и уголь;
• На жидком топливе — дизель, мазут или отработанное масло;
• На природном газе;

Преимуществами паровой системы отопления помещений большой площади являются быстрое достижение максимальной температуры, независимость от этажности здания, высокая теплоотдача. Среди недостатков можно отметить тот факт, что контроль температуры пара невозможен, поэтому отопительные приборы всегда очень горячие.

Как следствие этого недостатка тут же появляется и следующий — высокая температура вызывает преждевременный износ приборов, что ведет к их замене. При нарушении целостности горячий пар из системы отопления вырывается под большим давлением, а контакт с ним приводит к серьезным травмам, поэтому важно своевременно обслуживать элементы котельной установки.

Водяное отопление помещений

Один из самых распространенных способов отопление производственных помещений и предприятий — с помощью водяного отопления. Это объясняется хорошей эффективностью, гибкостью управления и большим выбором топлива для нагрева и доступностью теплоносителя.

Принцип работы водяной системы отопления идентичен паровой, с той лишь разницей, что вода нагревается не до состояния пара, а до нужной температуры, которую можно регулировать вручную или автоматически в зависимости от температуры в помещении. Распространяться вода по приборам может как за счет естественной циркуляции, так и с помощью системы насосов, принудительно образующих ее движение.

Как и в случае с паровым отоплением нагревание воды происходит в водогрейном котле. Топливом для систем водяного теплоснабжения могут служить газ, дизель, мазут, уголь, дрова, отработка и нефть.

Преимущества водяного отопления заключаются в простоте монтажа системы, повсеместной доступности воды, долгий срок эксплуатации и возможность контроля температуры для поддержания комфорта в помещении.

Также у системы имеются и недостатки:

• Долгий нагрев теплоносителя;
• При нарушении целостности труб и отопительных приборов, возможна утечка воды;
• Из-за постоянного контакта труб с водой и ее нагрева, к ней предъявляются ряд требований по химическому составу, который может оставлять налет в трубах под воздействием высоких температур. Вместо воды рекомендуется использовать специальный, более эффективный теплоноситель, который не вызывает химических реакций внутри труб и приборов.
• Возможно замерзание воды в системе, что может привести к повреждению труб и отопительных приборов из-за расширения воды. Чтобы этого не произошло запуск котельной должен быть своевременным, нельзя допускать понижения температуры в системе ниже 0.

Более редкими видами отопления являются воздушное и электрическое.

Воздушное отопление помещений

Принцип действия системы воздушного отопления основан на принудительной циркуляции воздуха в помещении. Холодным воздухом обдувается нагретый теплообменник после чего разогретый воздух подается в систему вентиляции, по которой распространяется по помещению.

К преимуществам такой системы отопления можно отнести:

• Возможность ручного или автоматического контроля температуры для поддержания внутреннего климата как всего помещения, так и его отдельных зон;
• Полностью исключены недостатки водяной и паровой системы. Исключена возможность протечек, разморозки, коррозии;
• Высокая экономическая выгода при использовании газового оборудования для нагрева теплообменника;
• Простота обслуживания, требуется только периодическая чистка вентиляции и обслуживание котла;
• Воздух в помещении самоочищается за счет постоянной циркуляции;

К основным недостаткам относится:

• Сложность проектирования и монтажа системы вентиляции;

Низкая эффективность электрического отопления и его дороговизна итоге сказалась на их популярности и для отопления больших производственных помещений такая система практически не используется, только если другие виды отопления невозможно реализовать по техническим причинам или из-за особенностей проекта.

Монтаж систем отопления помещений большой площади

Перед проектированием системы отопления производственных помещений учитываются и анализируются множество различных факторов и характеристик помещения.

В зависимости от назначения здания, его площади, требованиям к влажности и многих других факторов устанавливается возможность установки тех или иных систем в здании. Составляется подробный проект, в котором размещены все узлы, котлы, печи, трубы и другие составляющие системы отопления больших площадей производственных помещений. На основе составленных данных выстраивается план действий, и происходят монтажные работы. После завершения проводятся первые пуско-наладочные мероприятия. Компания «Паллада» занимается монтажом и проектированием систем отопления производственных помещений уже на протяжении нескольких лет. За плечами компании лежит множество успешно настроенных и смонтированных систем отопления, которые и по сей день дарят сотрудникам производств тепло и горячую воду. Компания имеет все необходимые сертификаты и допуски к проведению монтажных работ. А стоимость услуги по монтажу котельной для производственных помещений будет приятным удивлением для всех клиентов.

Как отопить предприятие

Устройство системы теплоснабжения в производственных помещениях промышленных предприятий считается весьма непростой задачей, требующей подчас неординарных решений. Причин здесь можно назвать несколько.

Во-первых, производственные здания всегда очень специфичны с точки зрения конструктивных особенностей, так как создаются под определенные технологические процессы и оборудование. То есть в стандартные схемы и решения всегда приходится вносить существенные коррективы. Во-вторых, площадь цехов нередко составляет тысячи и даже десятки тысяч квадратных метров, а их высота достигает 14-18 метров и больше. Также нередко технологические условия требуют создания в пределах одного цеха нескольких зон с разным температурным режимом. И, что немаловажно, в производственных помещениях должны неукоснительно соблюдаться жёсткие нормативы по промышленной санитарии, взрыво- и пожаробезопасности.

Стоит отметить, что в последние годы, в связи с постоянным ростом цен на энергоносители, расходы на отопление стали все серьезнее влиять на себестоимость продукции, а значит, и на конкурентоспособность предприятий. Отсюда вытекает задача не просто обеспечить комфортный температурный режим, но сделать это неразорительно для бюджета предприятия. Более того, использование энергоэффективных технологий отопления становится одним из важнейших способов сокращения издержек.

Все обозначенные выше факторы предъявляют серьезные и подчас противоречивые требования к используемым техническим решениям для организации систем теплоснабжения предприятий. Мы рассмотрим основные существующие подходы к отоплению промышленных помещений, проведем анализ их эффективности, сравним плюсы и минусы и рамки применимости.

Разнообразие подходов

В ходе проектирования системы отопления промышленных помещений следует ответить на ряд вопросов, от которых будут зависеть возможные технические решения. Прежде всего, сколько требуется теплоэнергии для поддержания приемлемой температуры в конкретном здании? Ответом на этот вопрос является теплотехнический расчет.

Методика расчета мощности отопительной системы учитывает размеры отапливаемых помещений, термосопротивление ограждающих конструкций, конкретные климатические условия местности (минимальные температуры самой холодной пятидневки отопительного периода), а также размещение здания относительно розы ветров. Поскольку промышленные цеха занимают площади в сотни и тысячи квадратных метров, то и расчетная мощность системы отопления может составлять сотни киловатт и больше. Например, в климатических условиях средней полосы России для производственного комплекса с общим отапливаемым объемом помещений 165 тыс. куб. м (высота помещений — от 12 до 17 м) расчетная тепловая мощность системы составляет около 2 МВт.

Очевидно, что такое количество теплоэнергии может обеспечить централизованный источник (крупная ТЭЦ), либо собственная мини-котельная. Важнейшим преимуществом автономных источников тепла является возможность оперативно реагировать на изменение внешней температуры, что практически нереально в условиях централизованного отопления. Так что в современных условиях децентрализация теплоснабжения и использование автономных котельных становятся одним из действенных способов сокращения расходов предприятия.

Другой не менее важный вопрос, который предстоит решить, – какой тип отопления наиболее эффективен в данном конкретном случае. Таких типов, можно выделить три: воздушное, водяное и лучистое (инфракрасное). Каковы их особенности?

Воздушное отопление

Этот тип отопления является одним из наиболее распространенных способов поддержания приемлемой температуры для производственных помещений. Принцип его действия прост. Воздух нагревается на теплогенераторе или водяном калорифере (например, таких производителей, как Apen или Kroll) и по воздуховодам направляется в отопляемую зону. Распространение воздуха по помещению осуществляется с помощью распределительных головок или в виде направленных струй от вентиляторов. В качестве портативного варианта применяются разного рода тепловые пушки, которые можно перемещать по цеху по мере необходимости.

Такой тип отопления легко совмещается с приточными системами вентиляции и кондиционирования и позволяет обогреть помещения очень больших объемов. Достаточно сказать, что системы воздушного отопления применяются не только для промышленных цехов, но и для складских комплексов, крытых спортивных сооружений. К тому же по соображениям пожарной безопасности на ряде производств (например, химических и т.п.) это единственно разрешенный тип отопления.

Однако есть у него и ряд серьезных недостатков. Так, из-за низкой теплоемкости воздуха (в четыре раза меньшей, чем у воды), для поддержания приемлемой температуры в больших помещениях требуются мощные вентиляторы с производительностью до нескольких тысяч кубометров в час. А их применение многократно повышает затраты на электроэнергию.

Важно и то, что при такой системе много энергии тратится непродуктивно, так как теплый воздух поднимается вверх. Перепад температур в помещениях, оборудованных воздушными системами отопления, составляет 2,5°С на метр высоты. Это означает, что в здании высотой 12 м при средней температуре в рабочей зоне 15°С воздух под крышей оказывается нагретым до 40° С. Это приводит к резкому возрастанию тепловых потерь через наружные ограждения, верхние перекрытия, стены, световые проёмы.

Водяное отопление

В общем виде водяное отопление состоит из теплогенератора-котла, системы трубопроводов и отопительных приборов (конвекторов или радиаторов). Вода, нагреваемая в котле, с помощью циркуляционного насоса прогоняется через систему труб и отдает тепло в отопительных приборах. При применении двухтрубной схемы разводки и терморегуляторов есть возможность регулировать теплоотдачу на каждом конкретном радиаторе. То есть тепло доставляется адресно именно в те зоны промышленного здания или помещения, где оно необходимо.

Важнейшим компонентом таких водяных систем является отопительный котел. В зависимости от вида используемого топлива он может быть жидкотопливным, твердотопливным, газовым или электрическим. Наиболее экономичными и эффективными считаются газовые котлы, однако теплогенераторы на дизельном топливе также все еще пользуются в нашей стране популярностью – в тех местностях, где по каким-либо причинам нет магистрального газа.

Развитие современных отопительных котлов продолжается в направлении наиболее эффективного использования топлива. В настоящее время самой совершенной является конденсационная технология, разработанная для газовых котлов. Она позволяет утилизировать теплоту водяных паров, содержащихся в отходящих газах, и тем самым существенно повысить КПД теплогенератора (до 109% по стандартной методике расчетов по низшей теплоте сгорания топлива). Для этого в конструкции конденсационного котла предусмотрен специальный теплообменник, в котором происходит охлаждение дымовых газов, и частности, водяного пара, образующегося при сгорании газа, до температуры «точки росы». При этом фазовом переходе и происходит дополнительное выделение энергии. В целом, по мнению специалистов компании ARISTON (MTS Group), мирового лидера в области производства отопительного и водонагревательного оборудования, использование конденсационной технологии позволяет на треть снизить потребление газа.

Еще больше оптимизировать расход топлива помогают автоматизированные системы управления и контроля работы котельного оборудования. Например, в промышленных конденсационных котлах RENDAMAX (MTS Group) мощностью до 1200 кВт встроенная газовая горелка имеет плавное электронное регулирование. Благодаря этому тепловую мощность котла можно точно подстроить под требуемое теплопотребление, что позволяет снизить непроизводственные затраты. А приготовлением газовоздушной смеси и контролем горения в этих котлах управляет электронная система сжигания, автоматически выбирающая оптимальный рабочий режим котла. Это позволяет оптимизировать расход газа и добиться значительного снижения уровня выбросов оксидов азота и угарного газа. Кроме повышения экономичности оборудования и безопасности эксплуатации, автоматика уменьшает влияние так называемого «человеческого фактора» — неквалифицированного вмешательства, способного привести к нештатным ситуациям.

При необходимости увеличения тепловой мощности современные котлы могут работать в каскадном подключении. То есть несколько теплогенераторов установлены в одной системе и включаются один за другим по мере роста потребности в тепле. Например, уже упомянутые конденсационные котлы RENDAMAX снабжаются узлом автоматического управления каскадом (до 8 котлов) и системой контроля для погодо-зависимого регулирования. Зачастую это оказывается более экономичным решением, чем устанавливать один котел большой мощности.

Лучистое отопление

В качестве альтернативы традиционным конвективным схемам отопления, описанным выше, в последнее время предлагаются разного рода технологии лучистого отопления. Обогрев помещений здесь достигается с помощью потока лучистой энергии инфракрасного (теплового) спектра от излучателей, расположенных непосредственно над обогреваемой зоной. При использовании такого типа отопления прирост температуры по высоте составляет около 0,3o С на метр и при этом отсутствует эффект перегрева верхней части помещений. Это, в свою очередь, ведет к снижению затрат на отопление (до 30-40%). В числе других несомненных плюсов лучистого отопления – большие возможности для регуляции и малая инерционность.

Один из вариантов лучистого отопления — с использованием электрических инфракрасных нагревателей. Основным их элементом является тэн, который нагревается до 250oС (поэтому этот тип излучателей называется «светлым»). При такой температуре 90% энергии преобразуется в поток тепловых лучей, а 10% уходит на прямой нагрев воздуха. Однако, при всей экономичности этого метода, затраты на электричество для такого рода приборов оказываются подчас чересчур велики.

Другим вариантом лучистого отопления являются так называемые «темные» инфракрасные излучатели. Они получили это название благодаря тому, что их поверхность не нагревается до столь высоких температур, как у электрических приборов. Такие излучатели представляют собой систему полых труб, по которым движутся горячие газы, пар или вода. В целом, данные приборы позволяют достигать высокой степени теплового комфорта в рабочих зонах и могут использоваться комбинированно с традиционными системами отопления.

При существующем разнообразии технических возможностей для отопления промышленных зданий важно подобрать наиболее эффективный и экономически выгодный вариант. Ясно, что единственно верного решения здесь не существует – в каждом случае приходится учитывать множество факторов и ограничений. Однако очевидно, что использование современных энергоэффективных технологий и средств автоматизации отопительного оборудования позволяет достичь существенной экономии энергоресурсов.