Теплоснабжение бывает местным и централизованным. Система централизованного теплоснабжения обслуживает жилые или промышленные районы, а местного — одно или несколько зданий. В России наибольшее значение приобрело централизованное теплоснабжение.
В зависимости от способа присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения, последнее делится на открытое и закрытое.
Открытые системы теплоснабжения
В открытой системе вода подается постоянно из теплоцентрали и это компенсирует ее расход даже при условии полного разбора. В советское время по такому принципу функционировало примерно 50% теплосетей, что объяснялось экономичностью и минимизацией затрат на обогрев и ГВС.
Но открытая система теплоснабжения имеет ряд недостатков. Чистота воды в трубопроводах не соответствует требованиям санитарно-гигиенических норм. Поскольку жидкость перемещается по трубам значительной протяженности, она становится другого цвета и приобретает неприятные запахи. Часто при взятии проб воды работниками санэпидемстанций из таких трубопроводов в ней обнаруживают вредоносные бактерии.
Желание очистить поступающую по открытой системе жидкость приводит к снижению экономичности теплоснабжения. Даже самые современные способы устранения загрязнений воды не способны преодолеть этот значительный недостаток. Поскольку протяженность сетей немалая, возрастают расходы, а эффективность очистки остается прежней.
Открытая схема теплоснабжения функционирует на основе законов термодинамики: горячая вода поднимается вверх, благодаря чему на выходе котла создается высокое давление, а на входе в теплогенератор — небольшое разряжение. Далее жидкость направляется из зоны повышенного давления в зону более низкого и в результате осуществляется естественная циркуляция теплоносителя.
Будучи в нагретом состоянии, вода имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому для данного типа отопительной системы требуется наличие открытого расширительного бака, такого как на фото – это устройство абсолютно негерметично и напрямую соединяется с атмосферой. Поэтому такое обеспечение теплом получило соответствующее название — открытая водяная система теплоснабжения.
В открытом типе вода нагревается до 65 градусов и потом подается к кранам водоразбора, откуда поступает к потребителям. Подобный вариант теплоснабжения позволяет пользоваться дешевыми смесителями вместо дорого теплообменного оборудования. Так как разбор подогретой воды неравномерен, по этой причине линии подачи конечному потребителю рассчитывают с учетом максимального потребления.
Какие виды систем отопления существуют
Классификация систем отопления подразделяет их на автономные и центральные. По теплоносителю подразделяются на паровые, водяные и воздушные. По источнику энергии — газовые, электрические, жидкотопливные или твердотопливные.
По движению теплоносителя группируются на системы с естественной и принудительной циркуляцией. Виды систем отопления многоквартирного дома по схеме разводки систем отопления группируются на систему «Ленинградка», двухтрубные системы отопления, однотрубные системы отопления и лучевые системы.
Виды теплоносителей:
- вода;
- пар;
- воздух.
Водяное
В этих системах тепловую энергию переносит горячий водяной теплоноситель. Он нагревается в источнике отопления и поступает через трубную систему в приборы отопления, имеющих развитую поверхность нагрева.
Подающий теплоноситель через поверхность стен радиаторов передает тепло в окружающее пространство, остывает и возвращается по обратному трубопроводу в отопительный котел.
Классификация систем водяного отопления выполняется по расчетной температуре подающего теплоносителя:
- низкой температурный теплоноситель до 70 С;
- средний от 75 до 100 С ;
- высокий свыше 100 С.
Виды разводки:
- верхняя, когда подача находится выше радиатора, а обратка ниже;
- нижняя, если обе трубы находятся ниже батареи;
- с опрокинутой циркуляцией, если подача – ниже батареи, а обратка – выше.
В самом простом варианте, отопление производственных помещений может проходить без радиаторов через трубы большого диаметра, собранные в секции. Однако такая система считается менее эффективной, более металлоемкой и трудозатратной, поэтому в жилом домостроении не применяется.
Газовое
Этот вариант отопления дома предполагает использовать энергию от сгорания газового топлива. На данный момент времени это самый дешевый и автоматизированный тип отопления. Он применяется в газифицированных районах.
Источником отопления служит газовый котел настенного или напольного исполнения. Одноконтурный только для отопления. Подогрев воды в таких котлах можно организовать через устройство внешнего бойлера косвенного нагрева.
Для совместного отопления и подготовки горячей воды устанавливают газовые двухконтурные котлы. Газовые котлы имеют возможность работать при 100% режиме автоматизации, в том числе и с дистанционным управлением через современные сети передачи информации: вай-фай, смс и интернет.
Погодозависимая автоматика настраивает температуру внутри помещения в соответствии с температурой наружного воздуха.
К такому типу отопления также можно отнести конвекторное газовое отопление. Устройства внешне напоминают водяные или электрические конвекторы. Различие состоит только в том, что радиаторы отопления запитаны от газового или твердотопливного котла, а газовые конвекторы имеют прямое подключение по газу, система трубопроводов отсутствует.
Тепло передается конвекцией от сгоревшего газа через стенки устройства. С точки зрения КПД это самое эффективное отопительное устройство, в нем отсутствуют потери по длине трубопроводов и снижаются затраты на монтаж. Единственным недостатком является необходимость обустройства дымоотводной системы к каждому конвектору.
Воздушное
Самый древний традиционный вид нагрева. Он исходит от традиционной русской печи. Для развитой системы воздушного отопления необходима установка большого количества воздуховодов и нагреваемых стен, которые будут передавать тепло от дымовых газов окружающему воздуху.
Преимущество — большая аккумуляционная способность такой системы, стены нагретые до температуры 60-100 С, остывают очень медленно, практически такой источник нагрева топится один раз в сутки.
Классификация систем воздушного отопления:
- центрального отопления с применением системы воздуховодов;
- местные, действующие в зоне установки.
Поскольку, воздушный теплоноситель считается отличной контролируемой средой, воздушные системы сегодня приобрели новую жизнь.
Подобное инженерное решение способно быть представлено, например, как сплит-система кондиционера с внутренним и наружным блоками, работающая в режиме отопления.
Электрическое
При огромной эффективности такого вида отопления, КПД которого стремится к предельным 98-99 % этот вид нагрева домов остается самым дорогим из-за стоимости электрической энергии. Современные источники электрического отопления весьма разнообразны от стационарных установок в виде отопительных котлов до мобильных калориферов.
Наиболее популярной является схема водяного отопления с электрокотлом и циркуляционным насосом. В силу особенностей электронагрева такая система может быть только закрытого типа и должна оборудоваться расширительным баком мембранного типа.
Электроотопление имеет 100 % автоматизацию тепловых процессов, в том числе и с удаленным режимом управления и оборудуется погодозависимой автоматической системой.
Инфракрасный пол
Инфракрасный пол относится к электрическому обогреву, может включаться от розетки или блока управления, который настраивает позонный температурный режим в доме.
Система изготавливается в форме ламинированных панелей, с внутренним расположением нагревательных элементов в виде полосы. В них впаяны углеродистые пластины, излучающие инфракрасный спектр при прохождении электроэнергии.
В отличие от водяного теплого пола этот вид обогрева менее трудоемкий при установке не поднимает уровень, при этом он обеспечивает наиболее быстрый и качественный нагрев. Кроме того по мере необходимости такую систему нагрева легко демонтировать и перенести в нужное помещение.
Тепловые насосы и геотермальные установки
Грамотное использование температуры земной поверхности для нагрева домов несправедливо недооценивается в России, хотя западноевропейские пользователи с успехом применяют такую практику.
Геотермальное теплоснабжение – это безграничный и почти бесплатный ресурс, позволяющий обеспечить дом всеми видами теплоснабжения: отопление, вентиляция и горячего водоснабжения. При этом не имеет значение объем услуг, время года, температура наружного воздуха и место проживания.
Современные инновационные технологии способны аккумулировать неиссякаемое тепло земли. При высоких затратах на монтаж такого оборудования и низкой себестоимости единицы выработанной тепловой энергии, срок окупаемости геотермального отопления составляют 5-6 лет, что вполне соответствуют мировым показателям в энергетике.
Солнечные коллекторы
Еще один современный вид отопления, набирающий объемы в установке автономных систем теплоснабжения. И если такой вариант подготовки ГВС применялся с незапамятных времен, например при установке летнего душа.
То для систем отопления энергия солнца используется сравнительно недавно. Этому поспособствовал выход на промышленный уровень производства недорогих солнечных батарей, устанавливаемых на крышах домов. При солнечном свете в них производится электричество, поступающее в систему отопления.
Устройства устанавливаются под углом максимального поглощения солнечных лучей. В системе устанавливаются аккумуляторные батареи которые накапливают электрический заряд и передают его системе отопления в ночное время.
Срок окупаемости таких систем примерно равен системам с тепловыми насосами, но затраты все же выше, а межремонтный период, когда потребуется полная замена аккумуляторов остается небольшим всего лишь 2 года. Эти обстоятельства сдерживают широкое распространение солнечных систем в бытовой теплоэнергетике.
Комбинированное отопление
К комбинированному отоплению относятся системы, которые одновременно включают в себя два и более различных источников: газ-электро, газ-твердое топливо, газ-тепловые насосы, тепловые насосы-солнечные коллекторы и так далее.
Подобное сочетание разнообразных источников тепловой энергии дает возможность осуществить автономное отопление индивидуального коттеджа с высоким уровнем защиты, не зависящим от одного источника энергии.
Комбинированная схема способна выбрать тепловой режим, который обеспечит самую низкую стоимость единицы тепла, а также позволит использовать сбросное тепло для дополнительного нагрева воды в системе ГВС.
Промышленные отопительные системы
Выполнение производственных процессов предполагает поддержание необходимого температурного режима внутри помещений особенно в осенне-зимний период. Чаще всего на производстве устанавливается паровое отопление.
Классификация систем парового отопления выполняется по давлению пара:
- низкого давления 0,7 атм.;
- высокого давления выше 0,7 атм.
Проектные разработки при возведении инженерных систем промзданий находятся в зависимости от специфики такого производства, в связи с чем существенную роль в данном процессе выполняет анализ тепловых выбросов в процессе производства, для последующего его использования в системе отопления в качестве вторичных источников энергии.
Затраты на обогрев промпомещений относятся к себестоимости выпускаемой продукции. Рынок требует низких цен, в связи, с чем в промышленном обогреве помещений остро стоит проблема энергосбережения.
Закрытые системы теплоснабжения
Представляет собой закрытая система теплоснабжения конструкцию, в которой теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе, используется только для обогрева и вода из тепловой сети не отбирается на горячее водоснабжение.
В данном случае все элементы отопительной сети закрыты от окружающей среды. Закрытая схема теплоснабжения также имеет незначительную утечку теплоносителя, но его потери восполняются при помощи автоматического регулятора подпитки (подробнее: «Автоматическая подпитка системы отопления — схема узла и клапана подпитки»).
В закрытом варианте обеспечения обогрева помещений подача тепла регулируется централизованно, а количество жидкости в системе остается неизменной. Расход тепловой энергии зависит от температуры циркулирующего по трубам и радиаторам теплоносителя.
В системах теплоснабжения закрытого типа, как правило, используются тепловые пункты, в которые горячая вода поступает от поставщика теплоэнергии, например ТЭЦ. Далее температура теплоносителя доводится до нужных параметров для теплообеспечения и горячего водоснабжения и направляется потребителям.
Когда функционирует закрытая система теплоснабжения – схема поставки тепла обеспечивает высокое качество ГВС и энергосберегающий эффект. Ее главный недостаток — сложность водоподготовки по причине удаленности одного теплового пункта от другого.
Функциональная схема зависимой системы ТС. Разводка по помещениям — классическая, двухтрубная
- Наиболее распространенной в стране до сих пор остается зависимая система теплоснабжения. Ее основной особенностью является применение элеваторного узла (ЭУ) для организации смешивания подающегося сетевого теплоносителя с циркулирующим внутридомовым. Сопло элеватора устанавливается на входе трубопроводов в дом, обеспечивает не только смешивание перегретой воды с низкотемпературной, но и дает эффект подсасывания теплоносителя, поступающего из обратной трубы внутренней домовой сети. Узел учета тепла устанавливается перед элеваторным узлом. Сетевой теплоноситель поступает во внутреннюю домовую сеть непосредственно, что обуславливает прямую зависимость качества отопления в каждом помещении от работы котельной и функционирования системы ТС соседних домов.
Циркуляция теплоносителя во внешней и внутренней сети обеспечивается насосным оборудованием локальной котельной. Регулировка подачи энергии в соседние здания обеспечивается шайбированием трубопроводов. В ближайших к котельной зданиях диаметр входного трубопровода снижается посредством смонтированной в нем шайбы расчетного диаметра. В трубопроводах отдаленных зданий шайбирование выполняется в минимальных размерах или отсутствует совсем.
Кроме предельной дешевизны монтажа у зависимой системы ТС достоинств никаких нет. К недостаткам системы относится в первую очередь именно зависимость. При аварии в любом из домов, подключенных к локальной котельной, теплоснабжение может прерваться во всем квартале на длительный срок, вплоть до локализации аварии. Кроме того, такие системы не позволяют ни корректировать температурный график, ни переходить на иной режим ТС. Настройка и ремонт элеваторного узла относится к работам капитального характера, проводится в межсезонье посредством полного демонтажа определенного участка трубопроводов. Повреждения сети, их естественный износ могут привести к дисбалансу режимов отопления зданий квартала, что вынуждает менять параметры шайбирования (диаметры шайб) во всем квартале, питающихся от одной котельной. Комфорт пользователей и даже нормативы температуры воздуха помещений обеспечить удается далеко не всегда. В современном градостроительстве зависимая система ТС не применяется. Собственникам при проведении капитального ремонта в доме следует перейти на независимую схему ТС.
- Современным способом теплообеспечения зданий по праву считается независимая система ТС. В независимой системе ТС теплоноситель от котельной доходит по сетевому трубопроводу только до индивидуального теплового пункта (ИТП) здания. Основой ИТП являются теплообменники, функцией которых является передавать энергию потребителям, без непосредственного поступления сетевого теплоносителя во внутреннюю систему ТС дома. Теплообменники обеспечивают эффективный термический контакт между внешней и внутренней сетями ТС и полную независимость их друг от друга. Подробнее об устройстве ИТП расскажем далее.
Режим отопления здания поддерживается обслуживающим ИТП устройством автоматики. На узел автоматики поступают данные от электронных термометров, один из которых установлен на обратном внутреннем трубопроводе (Т4), а другой измеряет температуру атмосферного воздуха. Сравнивая полученную информацию с заданными значениями температурного графика, автоматика варьирует подачу тепла посредством специально установленного регулирующего клапана К1.
Зависимая и независимая системы теплоснабжения
И открытая и закрытая система теплоснабжения могут подсоединяться двумя способами – зависимым и независимым.
Зависимый способ подключения открытой системы означает подсоединение через элеваторы и насосы. В независимом типе горячая вода поступает через теплообменник.
В отличие от зависимого варианта подключения, независимое считается более дорогим, но зато качество воды в трубопроводе более высокое (подробнее: «Зависимая и независимая система отопления — различия схем, плюсы и минусы»).
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
Основными узлами ТЭЦ являются:
- 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
Принцип работы теплоэлектростанции
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.
ТЭЦ и ГРЭС, работающие на угле, обязательно оборудуют системами дымоочистки.
Экономия ресурсов
Зависимый тип закрытой системы предусматривает, что вода поступает к потребителю, минуя тепловые пункты. В данном случае нет необходимости устанавливать циркуляционные насосы, приборы для регулировки теплообмена и автоматического контроля. Но есть и минус – невозможность регулировать температурный режим в системе.
Независимые закрытые системы теплоснабжения экономят энергоресурсы в размере 10-40 % в год. Они позволяют регулировать количество поставляемого тепла, температуру теплоносителя и улучшать его качественные характеристики, что приводит к надежной работе нагревательного оборудования.
Пример открытой системы теплоснабжения на видео:
Внутридомовое тепловое оборудование
Схемы разводки труб при центральном отоплении
Разводка тепла по помещениям многоквартирного дома осуществляется по одной из схем:
- однотрубная с верхним розливом;
- однотрубная с нижним розливом;
- двухтрубная с нижним розливом;
- двухтрубная с верхним розливом.
В первом случае теплоноситель под давлением поднимается по центральному стояку на верхний этаж. Далее самотёком вода, отдав часть тепла батареям, возвращается в теплоузел и далее транспортируется в сторону ТЭЦ (котельной).
Стояки проходят внутри квартир и отключить своё жильё от общей системы технически сложно, а иногда невозможно. Температуру радиаторов можно регулировать специальными термостатами, для установки которых требуются сварочные работы. В высотных зданиях для подачи теплоносителя на последний этаж в узлах теплоснабжения устанавливают дополнительные насосы, что увеличивает затраты и стоимость оказанных услуг.
Вмешательство в работу второй схемы также технически невозможно — трубы здесь также проходят внутри квартир.
Возможна замена радиаторов центральном отоплении с чугунных на биметаллические
С недавнего времени в новых домах и при реконструкции старых построек выполняют двухтрубные схемы с расположением общих коммуникаций в подъездах или технологических шахтах. В таких случаях появляется возможность отключения отдельно взятой квартиры от теплоснабжения.
Самовольно отключать отопление по любой причине российское законодательство категорически запрещает.
На установку радиаторов в многоквартирных домах есть ограничение. Давление в 5-ти этажном доме составляет от 2 до 4 Атм, а в 9-ти этажном до 7 Атм.
В летний период после проведения ремонтных работ на коммуникациях проводят опрессовку — давление поднимают до 10–12 Атм, чтобы обнаружить течи. При заполнении системы теплоносителем возможны гидроудары.
Исходя из возможных нагрузок, при замене радиаторов отказываются от полностью алюминиевых изделий, выбирая биметаллические радиаторы. Обращают внимание на гарантированные показатели давления, которое способна выдержать батарея.
Как отапливают дома в других странах
Один из способов экономии — энергоэффективные дома
Центральное отопление нашей стране досталось как наследие социалистической экономики. В условиях планового хозяйства и при больших ресурсах энергоносителей централизованное отопление строило и по большей части оплачивало государство.
Трубы с остывшим в домах теплоносителем по пути на ТЭЦ являлись источником тепла для тепличных хозяйств, промышленных предприятий, скотоводческих комплексов.
Массовый выпуск оборудования для индивидуального отопления планомерно начался в середине 90-х годов, до этого был дефицит даже для частных домовладений.
На планете очень мало стран с похожими климатическими условиями и соизмеримой плотностью населения. Для экономии ресурсов в большей части мира отопление децентрализованное.
Тепло в земле можно использовать для обогрева, но установки стоят дорого
В Германии, Франции, Канаде похожие на наши системы строили до 50-х годов прошлого столетия. Последовавший мировой энергетический кризис вызвал развитие систем обогрева, которые обслуживают один или несколько многоэтажных домов. Для этого строят отдельную котельную. Нет длинных коммуникаций для транспортировки горячей воды — потери сведены к минимуму.
Установки легко запустить в работу при внезапном похолодании, а в тёплые дни снизить расход энергоносителя, уменьшив температуру циркулирующей воды.
Отсутствует централизованное отопление во Франции и Великобритании — там в каждой квартире установлен отдельный бойлер с закрытой камерой сгорания, работой которого управляет хозяин квартиры.
Важную роль играет наличие и доступность в регионе энергоносителей.
В Польше и Китае много жилья отапливается углём, в Исландии — водой термальных источников. В Норвегии активно используют дешёвое электричество.
Достоинства и недостатки централизованного отопления
Теплопотери всегда присутствуют, так как длина магистрали может быть несколько десятков километров
Любому оборудованию, техническим системам и коммуникациям присущи преимущества и недостатки. Доводы «за» и «против» рассматривают в совокупности с экономической составляющей и удобством эксплуатации.
К положительным качествам централизованного отопления относят:
- Текущие расходы при центральной системе сопоставимы или ниже, чем плата за энергоносители, приобретаемые в индивидуальном порядке.
- Большинство ТЭЦ, ГРЭС, районных котельных работают на любом виде топлива, что позволяет создавать аварийные запасы для работы.
- Из теплотехнического оборудования в жилых помещениях находятся только радиаторы. Котельные установки удалены от жилых массивов, вокруг них установлены санитарные зоны, что улучшает экологию.
- Собственник не приобретает дорогостоящее оборудование (котлы).
- Отопление квартиры не зависит от подачи в дом энергоносителей и электроэнергии.
- Снижается вероятность несчастных случаев и катастроф, связанных с утечками газа.
- Нет необходимости заключать договоры и платить за обслуживание газового оборудования.
- Аварии устраняет снабжающая организация в кратчайший срок за собственные средства.
Тарифы на тепло устанавливают региональные комиссии
К недостаткам причисляют:
- потери в сетях, доставляющих тепло до дома — длина трубопровода может составлять 10 км;
- возможные расходы снабжающая организация закладывает в тарифы, поэтому оплата существенно выше, чем могла бы быть;
- ограниченную регулировку температуры в квартире, вызванную схемами построения внутридомовых сетей;
- невозможность отключения отдельной квартиры от общедомовой сети без решения суда;
- зависимость от тарифов (устанавливают региональные комиссии), повлиять на которые собственник жилья не в состоянии.
Самым важным недостатком в удобстве пользования считается невозможность обогреть дом в межтопочный период. Весной и осенью нередки резкие перепады температур, на которые ТЭЦ оперативно реагировать не может. Изменение режимов работы влечёт большие финансовые потери.
Способы снижения расходов
Утепление теплотрассы — один из способов экономии энергии
Возможностей снизить эксплуатационные затраты для поставщика и расходы на отопление для владельцев квартир немного:
- качественная теплоизоляция магистральных трубопроводов, особенно расположенных на поверхности;
- установка общедомовых приборов учёта потреблённой энергии, которые сравнивают температуру теплоносителя на входе и выходе — зная объём протекающей жидкости, аппаратура автоматически вычисляет потреблённые калории;
- установка индивидуальных приборов учёта в каждой квартире, что применимо только для 3 и 4 схемы рассмотренных выше.
Других вариантов повлиять на оплату не существует.
