Блог об энергетике

энергетика простыми словами

Путь тепла от источника до потребителя

В этой статье я хочу рассказать про путь, который проделывает тепловая энергия от источника (в данной статье это котельная) до потребителей.

Перед прочтением рекомендую посмотреть статью о системах теплоснабжения. В ней есть наглядные схемы — они помогут вам лучше понять принцип.

Подготовка воды

Фильтрация и умягчение

В качестве теплоносителя используется вода. Перед тем как ее нагреть и отправить потребителям, воду нужно подготовить. Подготовка заключается в очистке от механических примесей, умягчении и удалении газов.

Na-катионитовые фильтры для умягчения воды

Вода из природных источников довольно жесткая и при ее нагреве образуется накипь — это вы знаете сами, т. к. пользуетесь чайниками и стиральными машинами. Накипь, как известно, мешает передаче тепла.

Один из способов умягчения воды — катионирование. В общих чертах — это замещение ионов кальция и магния (ионы жесткости) ионами натрия или водорода.

На фото выше — Na-катионитовый фильтр. В него загружен катионит, проходя через который, вода умягчается.

Деаэрация воды

Это процесс удаления из воды коррозионно опасных газов: кислорода и углекислого газа.

Если в воде присутствует кислород и углекислый газ, особенно в большом количестве, то при нагреве скорость коррозии существенно возрастает. Коррозия в теплоснабжении — самая частая причина возникновения аварий.

Деаэратор — установка для дегазации воды

Вода подается в деаэрационную колонку. В ней поток разбивается на капли и струи (оттого деаэратор и называют струйным). Делается это для увеличения площади поверхности воды. Снизу подается пар, который нагревает воду до температуры выше температуры насыщения (102 — 104 °С для атмосферных деаэраторов). При этом из воды активно выделяется кислород и углекислый газ, которые отводятся из деаэратора в атмосферу.

После прохождения через деаэрационную колонку вода скапливается в аккумуляторном баке деаэратора, откуда подается на подпиточные насосы, которые в свою очередь закачивают ее в тепловую сеть для восполнения потерь или заполнения пустых участков.

Циркуляция и подогрев сетевой воды

Чтобы доставить теплоноситель потребителям на большие расстояния нужны насосы. Чем больше потребителей, тем больше насосов.

Устанавливаются они перед котлами, чтобы «протолкнуть» через них воду — котлы имеют значительное гидравлическое сопротивление, особенно многоходовые.

Сетевая вода, вернувшаяся от потребителей, поступает в насосы и подается в водогрейные котлы. На ТЭЦ подогрев происходит в сетевых подогревателях паром из теплофикационных отборов турбин. В сильные морозы, когда отборов не хватает, станции тоже включают водогрейные котлы.

Есть котлы маленькие, есть большие. На данном фото котлы ПТВМ-100, являющиеся довольно мощными. 100 — это номинальная производительность [Гкал/час].

100 Гкал — это ≈38 462 палки докторской колбасы… в час.

Вода проходит по трубам (экранам) котла и воспринимает тепло от факела через стенки труб (радиационный теплообмен). Для повышения эффективности использования топлива в котлах есть конвективная часть (от термина «конвекция» или «конвективный теплообмен»). В ней тепло передается воде не от факела, а от горячих газов, являющихся продуктами сгорания топлива.

Тепло готово, пора отправлять.

Транспортировка тепла

Магистральные сети

Артерии тепловых сетей — магистрали. Это трубопроводы большого диаметра, по которым транспортируется теплоноситель. Они могут проходить как под землей, так и на эстакадах. В плане удобства эксплуатации и ремонта, конечно же, предпочтительней второй вариант, но это вредит эстетическому облику города.

Канальная прокладка тепловой сети

Помимо труб в тепловых сетях используется множество других элементов: арматура для отключения участков магистрали или вводов на квартала; компенсаторы тепловых расширений; дренажи для слива воды, воздушники для вытеснения воздуха при заполнении; опоры; и т. д.

Насосные станции

При транспортировке теплоносителя на большие расстояния, давление в сети снижается из-за гидравлического сопротивления. Для повышения давления используются насосные станции. Насосные также применяют при значительных перепадах высот рельефа местности.

Распределительные (квартальные) тепловые сети и центральные тепловые пункты (ЦТП)

На магистральных сетях есть ответвления или «врезки». Можно их называть и вводами на квартала. Теплоноситель заходит в квартал и, в зависимости от схемы теплоснабжения, поступает напрямую потребителям (зависимая схема теплоснабжения) или в тепловые пункты (независимая схема).

Кожухотрубчатые водо-водяные теплообменники в ЦТП

В теплообменниках происходит передача тепла для нужд горячего водоснабжения и отопления.

Сейчас стараются старые и громоздкие «бойлера» (на фото выше) заменить на более современные и компактные — пластинчатые.

После подогрева в центральном тепловом пункте вода по распределительным сетям подается в дома. Трубопроводы отопления и горячего водоснабжения проходят по одним каналам (лоткам). В случае, если система ГВС без циркуляции (однотрубная), то в канале «лежат» три трубы.

Состояние квартальных сетей в нашей стране печальное. Их много, а выделяемых на ремонт денег недостаточно. В последнее время, с повышением стоимости тепла ситуация начала меняться в лучшую сторону, но момент упущен — слишком долго не делалось почти ничего (90-е годы).

Царство «ЖЭУ»

Оборудование домовых систем отопления и горячего водоснабжения, в том числе индивидуальные тепловые пункты (ИТП), находится в ведении управляющих организаций. Это различные ЖЭУ, ТСЖ, УК и т. д.

Если в вашем доме установили ИТП, то теплоноситель из магистрали поступает напрямую в него. В нем подогревается вода для нужд ГВС и производится регулирование температуры теплоносителя, поступающего в батареи. Причем, регулирование осуществляется на основе показаний датчика температуры наружного воздуха.

Оборудование индивидуального теплового пункта

Как видите, все очень компактно. На переднем плане два пластинчатых теплообменника. Их может быть больше, они сами могут быть больше — все зависит от нагрузки (размера дома).

Плюс ИТП в его автоматизации — участие человека в регулировании не требуется. Минус — лень и кудрявые руки наладчиков. К сожалению, это не редкость.

А это элеваторный узел системы отопления. От них тоже постепенно отказываются в пользу ИТП.

Элеватор предназначен для снижения температуры, поступающей в батареи до расчетной. Охлаждение происходит за счет подмешивания воды из обратного трубопровода (после батарей) в подачу. Конструкция проста и надежна, но не экономична, особенно при неправильной наладке.

Вот и все. Теперь вы не только знаете путь тепла в теории, но и немного представляете как это выглядит.

Центральное отопление (Часть 1)

Сегодня мы расскажем вам о том, как устроена централизованная система отопления, какие существуют источники тепла, их алгоритмах работы, а также об устройстве ТЭЦ.

Как устроена централизованная система отопления?

Централизованное отопление – это способ подачи тепла от единого источника в жилые и производственные помещения, расположенные на большой территории.

Общая схема выглядит так:

• Теплоноситель нагревается на отдельно расположенных объектах до требуемой температуры.
• По трубам, проложенным в земле или открытым способом, тепло подводится к домам.
• В тепловых узлах организован учёт потраченной энергии и распределение тепла по подъездам дома.
• По стоякам внутридомовой разводки горячий теплоноситель подаётся в каждую квартиру и на лестничные марши.

Для обогрева квартир используют теплообменники, которые в обиходе называют радиаторами или батареями. Тепловой узел, распределяющий теплоноситель, идущий из ТЭС по магистрали из труб Централизованное отопление – это способ подачи тепла от единого источника в жилые и производственные помещения, расположенные на большой территории.

Котельная, расположенная в самом доме — это частный случай центрального отопления.

Каждая из систем может быть устроена различными способами и выполнять дополнительные функции.

Источники тепла

Теплоноситель нагревается в специально построенных для этой цели теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), государственных районных электростанциях (ГРЭС) или котельных, обслуживающих несколько жилых районов.

Исходя из экономической целесообразности ТЭЦ строят в населённых пунктах с численностью населения от 100 тыс. человек и развитой промышленностью. ГРЭС предназначены для малых и средних городов с небольшим потреблением электроэнергии. Котельные обогревают жилые и общественные здания, производственные объекты в радиусе не более 3 км.

ТЭЦ, ГРЭС и котельные различаются:

• основным предназначением и режимом функционирования;
• мощностью;
• радиусом обслуживаемой территории.

Теплоэлектроцентрали спроектированы таким образом, что в холодное время года основным их назначением является нагрев воды для целей отопления. В межтопочный период станция переходит в режим производства электроэнергии.

Государственные электростанции нужны для генерации электричества. Тепло высвобождается в процессе работы турбин и направляется на цели обогрева.

Котельные исключительно греют воду для систем отопления, электричества они не вырабатывают.

Схема получения тепла

Функциональные схемы работы ТЭЦ и ГРЭС очень похожи, разница заключается в мощности и построении оборудования.

Получение электрической и тепловой энергии на ТЭЦ и ГРЭС происходит за счёт сжигания топлива. Для работы нужен уголь, мазут или природный газ.

Устройство ТЭЦ

• топливное хозяйство — совокупность мест хранения и подготовки топлива;
• котельная в составе котла и вспомогательного оборудования;
• турбина и электротехническое оборудование;
• конденсатная установка;
• теплообменники, отбирающие тепло для централизованного отопления;
• система технического водоснабжения.

Дополнительными являются системы дымоудаления и дымоочистки, золошлакоудаления, трубопроводы.

Котельные устроены намного проще — в их составе отсутствуют турбины, конденсатные установки, другое вспомогательное оборудование.

Алгоритм работы источников тепла

ТЭЦ и ГРЭС — чрезвычайно сложные сооружения, но принцип работы по нагреву теплоносителя понять нетрудно:

• Подготовленное топливо подается в котельную. Уголь обязательно размалывают, желательно до состояния пыли. Для сжигания в камеру сгорания насосами подаётся воздух.
• В котельной техническая вода в котлах доводится до состояния пара, который находится под высоким давлением.
• По трубопроводам пар подаётся на лопасти турбины, которая, вращаясь, вырабатывает электрическую энергию.
• После турбины остывший пар поступает в теплообменник, где отдаёт тепловую энергию воде для централизованной системы теплоснабжения.
• Остывший пар переходит в жидкую фазу, которую конденсатная установка очищает от паров и примесей.
• Очищенная вода подаётся в котельную, где начинается новый цикл нагрева.

В режиме летнего использования, когда горячей воды требуется намного меньше, ТЭЦ переводят в режим получения электроэнергии. В этом случае пар охлаждается в градирнях до состояния воды, насосами подаётся на высоту до 12 метров и распыляется специальными установками. Излишки пара отводятся в атмосферу.

Вода попадает в бассейн, где охлаждается. Далее конденсационными установками подаётся в котельную. Процесс повторяется. Для компенсации потерь вода добавляется из внешних источников — рек или озёр.

На следующей неделе Вы узнаете еще больше о центральном отоплении . Следите за публикациями! Подписывайтесь на страницу Московской Энергетической Дирекции в социальных сетях!

Как устроено теплоснабжение многоквартирного дома

На территории России обычно используется система центрального отопления многоквартирного дома, теплоноситель в которую поступает от городской котельной или ТЭЦ. При этом водяные контуры обустраивают по разным схемам, поскольку они бывают однотрубными и двухтрубными. Обычно потребителей тепла мало интересуют подобные нюансы, но при необходимости произвести ремонт квартиры и поменять старые батареи на новые современные отопительные радиаторы в подобных тонкостях владельцам жилой недвижимости желательно разбираться.

Индивидуальное отопление в жилых домах

Стоимость автономного отопления в многоквартирном доме немаленькая, поэтому предпочтительнее вводить в строй одну мощную котельную, способную обеспечить теплом и горячей водой жилой микрорайон.

Центральное отопление многоквартирных домов

По магистральным трубопроводам теплоноситель из центральной котельной подается на тепловой узел многоквартирного дома и дальше распределяется по квартирам. Дополнительную регулировку степени подачи горячей воды в таком случае производят непосредственно на тепловом пункте, для чего используют циркулярные насосы. Данный способ подачи теплоносителя конечному потребителю называют независимым (подробнее: «Централизованное отопление это одновременно плюсы и минусы»).

Кроме этого в многоквартирных домах используют зависимые отопительные системы. В таком случае теплоноситель транспортируют в квартирные батареи без дополнительного распределения прямо с ТЭЦ. При этом температура воды находится вне зависимости от того, подается она через распределительный пункт или непосредственно потребителям.

Виды систем отопления многоквартирного дома бывают открытыми или закрытыми (детальнее: «Открытая и закрытая система теплоснабжения — преимущества и недостатки в сравнении»).

В последнем варианте теплоноситель с ТЭЦ или центральной котельной после попадания в распределительный пункт подается раздельно на отопительные радиаторы и на горячее водоснабжение. В открытых системах подобное разделение конструкцией не предусмотрено и подогретая вода для нужд жильцов поставляется с магистральной трубы, поэтому потребители вне отопительного сезона остаются без горячего водоснабжения, что вызывает немало нареканий в адрес коммунальных служб. Читайте также: «Счетчик тепла на батарею».

Виды подключений к системам отопления

Схему централизованного контура передвижения теплоносителя невозможно изменить. По этой причине регулировка отопления в многоквартирном доме доступна только в поквартирном варианте. Довольно редко, но иногда встречаются ситуации, когда собственными силами жильцы дома переделывают в нем отопительную систему, однако неизменными остаются принципы циркуляции теплоносителя, при которых задействуют одну или две трубы. Читайте также: «Независимая система отопления».

Однотрубная отопительная система

Однотрубное теплоснабжение многоквартирного дома имеет массу недостатков, главным среди которых являются значительные потери тепла в процессе транспортировки горячей воды. В данном контуре теплоноситель подают снизу вверх, после чего он попадает в батареи, отдает тепло и возвращается назад в ту же самую трубу. К конечным потребителям, проживающим на верхних этажах, прежде горячая вода доходит в еле теплом состоянии.

Бывают случаи, когда однотрубную систему еще дополнительно упрощают, стараясь увеличить температуру теплоносителя в радиаторах. Для этого батарею врезают напрямую в трубу. В итоге, кажется, что радиатор является ее продолжением. Но от подобного подключения больше тепла получают только первые пользователи системы, а к последним потребителям вода доходит практически холодной (прочитайте также: «Система поквартирного отопления — характеристика»). Кроме этого однотрубное теплоснабжение многоквартирного дома делает невозможной регулировку радиаторов – после уменьшения подачи теплоносителя в отдельной батарее также снижается водоток по всей длине трубы.

Еще одним недостатком такого теплоснабжения является невозможность замены радиатора в отопительный сезон без слива воды со всей системы. В подобных случаях необходима установка перемычек, благодаря чему появляется возможность отключить батарею, а теплоноситель направить по ним.

Таким образом, с одной стороны в результате установки контура однотрубной отопительной системы получается экономия, а с другой – возникают серьезные проблемы относительно распределения тепла по квартирам. В них жильцы зимой мерзнут.

Двухтрубная отопительная система

Открытая и закрытая система отопления многоквартирного дома может быть двухтрубной (см. фото), позволяющей сохранять температуру теплоносителя в радиаторах, расположенных в квартирах на всех этажах. Устройство двухтрубного контура подразумевает, что остывшая в радиаторе горячая вода не попадает назад в ту же трубу. Она поступает в так называемую «обратку» или в возвратный канал. Читайте также: «Элеваторный узел системы отопления: что это такое».

Не имеет значения, каким образом подключена батарея – к трубе стояка или лежака, теплоноситель имеет постоянную температуру на всем пути его транспортировки по трубам подачи.

Одним из важных преимуществ двухтрубных водяных контуров считается регулировка системы отопления многоквартирного дома на уровне каждой отдельной батареи путем установки на ней кранов с термостатом (прочитайте также: «Регулировка системы отопления — подробности из практики»). В результате в квартире обеспечивается автоматическое поддержание нужного температурного режима. В двухтрубном контуре доступно использование радиаторов отопления как с подключением нижним, так и с боковым. Также можно применять разное движение теплоносителя — тупиковое и попутное.

Горячее водоснабжение в системах отопления

ГВС в многоэтажных домах обычно является централизованным, при этом вода нагревается в котельных. Подключают горячее водоснабжение от контуров отопления, причем и от однотрубных, и от двухтрубных. Температура в кране с горячей водой по утрам бывает теплой или холодной, что зависит от количества магистральных труб. Если имеется однотрубное теплоснабжение многоквартирного дома высотой в 5 этажей, то при открытии горячего крана сначала в течение полминуты из него пойдет холодная вода.

Причина кроется в том, что ночью редко кто из жильцов включает кран с горячим водоснабжением, и теплоноситель в трубах остывает. В результате наблюдается перерасход ненужной остывшей воды, поскольку она сливается напрямую в канализацию.

В отличие от однотрубной системы в двухтрубном варианте циркуляция горячей воды происходит непрерывно, поэтому вышеописанной проблемы с ГВС там не возникает. Правда, в некоторых домах через систему горячего водоснабжения закольцовывают стояк с трубами – полотенцесушителями, которые даже в летнюю жару горячие.

Многих потребители интересует проблема с ГВС после того, как завершился отопительный сезон. Иногда горячая вода пропадает на длительное время. Дело в том, что коммунальные службы обязаны соблюдать правила отопления многоквартирных домов, согласно которым необходимо производить постотопительные испытания систем теплоснабжения (прочитайте также: «Акт гидравлического испытания системы отопления и трубопроводов»). Такая работа не выполняется быстро, особенно если обнаружатся повреждения, которые нужно устранить.

В летний период испытаниям подвергается вся система, обеспечивающая центральное отопление в многоквартирном доме. Коммунальные службы проводят текущие и капитальные ремонтные работы на теплотрассе, отключая при этом на ней отдельные участки. Накануне предстоящего отопительного сезона отремонтированная тепловая магистраль повторно подвергается испытаниям (подробнее: «Правила подготовки к отопительному сезону жилого дома»).

Особенности подачи тепла в многоквартирном доме, детали на видео:

Радиаторы для систем отопления многоэтажек

Привычными для многих жильцов многоэтажных домов являются чугунные радиаторы, которые ранее использовались не один десяток лет. При необходимости заменить такую отопительную батарею ее демонтируют и устанавливают аналогичную, которую требует система отопления в многоквартирном доме. Такие радиаторы для централизованных отопительных систем считаются лучшим решением, поскольку они без проблем выдерживают достаточно высокое давление. В паспорте к чугунной батарее указываются две цифры: первая из них говорит о рабочем давлении, а вторая обозначает испытательную (опрессовочную) нагрузку. Обычно это значения — 6/15 или 8/15.

Чем выше жилой дом, тем больше величина рабочего давления. В девятиэтажных зданиях оно достигает 6-ти атмосфер, таким образом, чугунные радиаторы для них подходят. Но когда это 22-этажный дом, то для рабочего функционирования централизованных систем отопления потребуется 15 атмосфер. В таком случае нужны стальные или биметаллические отопительные приборы.

Специалисты не рекомендуют использовать при централизованном отоплении алюминиевые радиаторы — они не способны выдержать рабочего состояния водяного контура. Также профессионалы советуют владельцам недвижимости при проведении капитального ремонта в квартирах в случае замены батарей менять трубы развода теплоносителей на ½ или ¾ дюйма. Обычно они находятся в плохом состоянии и вместо них желательно ставить изделия экопласт.