Основа проекта любой системы отопления и горячего водоснабжения – это тепловая схема, по которой осуществляется сборка разводки, подключение тепловых генераторов, бойлеров и радиаторов. Поэтому темой данной статья является тепловая схема водогрейной котельной. Изучив эту информацию, вы сможете построить водогрейную систему отопления, функционирующую на генераторах тепла (котлах) любого типа.

Система теплоснабжения работает круглые сутки в течение почти 7-8 месяцев, «сжигая» в топках котлов десятки тысяч рублей. Поэтому все домовладельцы стремятся оптимизировать работу системы. Причем усилить надежность конструкции и уменьшить энергоемкость отопительных приборов поможет точный расчет тепловых схем водогрейных котельных, выполняемый на этапе проектирования.

То есть нужно составить проект котельной, состоящий из следующих документов:

• Схемы размещения всех компонентов системы в самом доме. Этот документ пригодится на стадии монтажа трубопровода.
• Схемы размещения отопительных приборов, насосов, расширительных баков и прочего оборудования. Этот документ во время сборки водонагревательной и отопительной ветвей водогрейной котельной.
• Спецификации на все компоненты системы. Этот документ используют в процессе закупки материалов и оборудования.

Причем все три документа можно уместить на одной принципиальной схеме котельной, составленной в упрощенном виде (когда значки заменяются рисунками оборудования и запорно-регулирующей арматуры). И далее по тексту мы рассмотрим несколько разновидностей таких схем.

Схема котельной частного дома: обзор возможных вариантов

Типовые схемы котельных основываются на следующих вариантах тепловых сетей:

• Открытой разновидности, когда теплую жидкость черпают из «местных» установок.
• Закрытой разновидности, когда теплоноситель отопительной системы используют еще для нагрева воды.

Причем открытая схема предполагает дополнительный расход энергии на питание «местной» водонагревательной установки, но обходится дешевле на этапе монтажа. Закрытая схема котельной частного дома монтируется сложнее, но «питается» от центрального котла. Причем за счет тепловых насосов и промежуточных испарителей и конденсаторов в систему горячего водоснабжения сбрасывают жидкость практически питьевого качества, разогретую до 70-100 градусов Цельсия.

Поэтому в качестве схемы водонагревательной котельной, в большинстве случаев, используется именно закрытый вариант, состоящий из следующих узлов:

• Основного котла, который нагревает воду для системы отопления и водонагревательного контура.
• Самого водонагревательного контура, циркулирующего внутри накопительного бака.
• Контура системы горячего водоснабжения, замкнутого на накопительный бак.

В итоге, накопительный бак работает, как обычная батарея, отапливающая не комнату, а систему горячего водоснабжения. То есть перед нами немного необычный накопительный бойлер.

Система открытого проточного горячего водоснабжения функционирует на основе двухконтурного котла, который пропускает по разогреваемому змеевику либо порцию воды из системы отопления, либо воду из системы горячего водоснабжения. То есть, открытая схема превращает котел системы отопления в обычную колонку. Причем оптимальный вариант открытой водонагревательной установки – это котел с двумя спиралями, расположенными в отдельных камерах сгорания.

Схема автоматизации котельной: и тепло, и дешево!

Автоматизированные котлы обходятся в эксплуатации дешевле обычных отопительных приборов. Ведь стандартный прибор функционирует в одном режиме круглые сутки, а «умный» котел, оснащенный особым устройством, синхронизирующим режим работы котла с потребностями хозяев дома.

Проще говоря: автоматизированный котел работает на полную мощность «когда нужно» (вечером, в выходные дни), а «когда не нужно» (по ночам или в рабочее время) – практически не работает. В итоге, можно сэкономить от 30 до 50 процентов энергии (и денег, расходуемых на отопление).

Поэтому каждая принципиальная схема водогрейной котельной помимо прочих элементов содержит в себе еще и блок автоматического управления, с помощью которого решают следующие задачи:

• Оптимизирует температуру нагрева в зависимости от времени года. Ведь летом приятнее пользоваться теплой водой, а зимой в СГВ должна циркулировать по-настоящему горячая жидкость.
• Управляют работой «контурами» отопительно-водонагревательного котла. Ведь большинство моделей оборудованы лишь одной «камерой сгорания». То есть, в рабочем состоянии находится либо отопительная, либо водонагревательная ветвь.
• Управляют температурными режимами не только водонагревателя, но и отопительного блока. Ведь дневные и ночные режимы стоит применять и на отопительной, и на водонагревательной ветви.
• Корректируют работу насосов и систем циркуляции и/или рециркуляции в закрытой схеме. Причем без этой функции работа закрытой системы нагрева воды не возможна в принципе. То есть, определенный набор микросхем или механических управляющих элементов есть в любой закрытой схеме водонагревательного котла.

Причем блок автоматического управления может работать в трех режимах, а именно:

• В формате приоритета системы горячего водоснабжения. То есть, когда вся мощность идет на водонагревательный контур. Обычно этот режим задействован в теплое время года.
• В формате смешанной работы, когда функционирует либо отопительная ветвь, либо водонагреватель. Такой режим поддерживается при проточном нагреве воды, осуществляемом по открытой схеме.
• В формате работы без приоритетов, когда большая часть энергии уходит на отопительный контур, а некоторая часть расходуется на обогрев воды. Этот вариант управления рекомендован для закрытых систем подогрева воды.

Разумеется, все вышеупомянутые режимы можно реализовать даже в формате одного устройства. Поэтому систему нагрева воды с помощью котла удается реализовать и в проточном формате (прямой нагрев открытого типа в двухконтурном котле) или в накопительном формате (косвенный нагрев закрытого типа в расширительном баке).

Эта особенность водонагревательных котельных дает возможность экономить энергию и зимой, и летом. Ведь в холодное время года можно воспользоваться косвенным нагревом от размещенного в баке паропровода. А в теплое время года можно черпать горячую воду прямо из нагревательного контура котла.

Защита водогрейных котлов от коррозии

В заключении необходимо отметить, что водогрейный контур котла системы отопления подвержен большим коррозийным нагрузкам, чем сама система обогрева жилища. Дымовые газы могут повредить теплообменник, по которому циркулирует разогретая вода.

Поэтому, в целях нивелирования влияния катализаторов коррозийных процессов, теплоноситель на входе в теплообменник котла нужно разогревать до 60-70 градусов Цельсия.

Правда, эта мера предосторожности оправдана только в случае использования стальных теплообменников, изготовленных из конструкционной стали. Медные или нержавеющие теплообменники от коррозии не страдают.

Если загородный дом используют не просто для летнего отдыха, а для круглогодичного постоянного проживания, стоит задуматься об устройстве частной котельной. Правильно сконструированная и смонтированная котельная установка сможет обслуживать все необходимые коммуникации: системы отопления, снабжение горячей и холодной водой, вентиляцию. Чтобы не допустить ошибок в монтаже оборудования и грамотно рассчитать технические нюансы, предварительно должна быть составлена тепловая схема котельной с указанием основных аппаратов и материалов.

Общие положения по проектированию

Каждый шаг монтажа котельной установки должен быть продуман, поэтому не стоит самостоятельно пытаться проектировать коммуникации и заниматься установкой оборудования, лучше обратиться к специалистам, которые имеют огромный опыт в монтаже инженерных систем для частных коттеджей. Они дадут ряд ценных подсказок, например, помогут выбрать наиболее оптимальную модель котла и определить место его установки.

Предположим, для небольшого дачного дома достаточно настенного аппарата, который без труда расположится на кухне. Двухэтажный коттедж, соответственно, нуждается в специально выделенном помещении, которое обязательно оборудуется вентиляцией, отдельным выходом и окном. Места должно быть достаточно для размещения остальных составляющих: насосов, соединительных элементов, труб и др.

Процесс проектирования котельной для частного дома включает в себя несколько пунктов:

• подготовка схемы котельной относительно расположения внутри дома;
• схема распределения оборудования с указанием основных технических характеристик;
• спецификация на используемые материалы и оборудование.

Кроме приобретения компонентов системы и их монтажа, а также графических работ, среди которых должна присутствовать принципиальная схема, профессионалы помогут с оформлением необходимых документов.

Пример принципиальной схемы водогрейной котельной: I – котел; II – испаритель воды; III – подогреватель исходной воды; IV – тепловой двигатель; V – конденсатор; VI – подогреватель (дополнительный); VII – аккумуляторный бак

Подробнее о принципиальной схеме котельной

Грамотно составленный графический чертеж должен отражать в первую очередь все механизмы, приборы, аппараты и соединяющие их трубы. Стандартные схемы котельных частных домов включают совокупность котлов, рециркуляционных, подпиточных и сетевых насосов, аккумуляторных и конденсационных баков, устройств подачи топлива и его сжигания, аппаратов для деаэрации воды, теплообменников, вентиляторов, пультов управления, тепловых щитов. На выбор и расположение оборудования оказывают влияние вид теплоносителя и тепловые коммуникации, а также качество используемой воды.

В процессе составления схемы водогрейной котельной необходимо следить за соответствием технических характеристик оборудования, которые должны отвечать требованиям выбранного температурного режима

Тепловые сети, работающие на воде, можно разделить на две группы:

• открытые, в которых жидкость отбирается в местных установках;
• закрытые, в которых вода, отдав теплоту, возвращается в котел.

Образцом принципиальной схемы может служить пример водогрейной котельной открытого типа. На обратной линии установлен циркуляционный насос, который обеспечивает доставку воды в котел и дальше по системе. Расчетный температурный режим данной схемы – 155-70°С. Два типа перемычек (рециркуляционая и перепускная) соединяют две основные линии – подающую и обратную.

Принципиальная схема котельной: 1 – насос сетевой; 2 – насос подпиточный; 3 – бак подпиточной воды; 4 – насос исходной воды; 5 – насос подачи; 6 – расходный бак; 7 – эжектор; 8 – охладитель; 9 – деаэратор вакуумный; 10 – подогреватель очищенной воды; 11 – очистительный фильтр; 12 – подогреватель исходной воды; 13 – котел водогрейный; 14 – насос рециркулярный; 15 – перепуск

В связи с возникновением дымовых газов может появиться коррозия металлических покрытий сернокислого или низкотемпературного происхождения. Чтобы избежать ее появления, следует контролировать температуру воды. Оптимальное значение на входе в котел - 60-70˚С. Чтобы повысить температуру до требуемых параметров, необходимо установить рециркулярный насос.

Чтобы водогрейные котлы служили долго, исправно и экономично, следует следить за постоянством расхода воды. Минимальное значение расхода устанавливает компания-изготовитель оборудования.

Для лучшей работы котельных установок используют вакуумные деаэраторы. Водоструйный эжектор создает вакуум, а выделяемый пар используется для деаэрации.

Автоматизация работы котельного оборудования

Глупо было бы не воспользоваться возможностями, которые облегчают эксплуатацию отопительных систем. Автоматика позволяет использовать набор программ, которые управляют тепловыми потоками в зависимости от режима дня, погодных условий, а также помогают дополнительно обогревать отдельные помещения, например, бассейн или детскую.

Пример принципиальной автоматизированной схемы: автоматический режим работы котельной контролирует эксплуатацию контуров рециркуляции воды, вентиляции, нагревания воды, теплообменником, 2 контурами теплого пола, 4 контурами отопления здания

Существует перечень пользовательских функций, адаптирующих работу оборудования в зависимости от образа жизни обитателей дома. Например, кроме стандартной программы обеспечения горячей водой, существует комплекс индивидуальных решений, которые являются более удобными и даже экономными для жильцов. По этой причине может быть разработана схема автоматизации котельной с выбором одного из популярных режимов.

Программа «Спокойной ночи»

Доказано, что оптимальная ночная температура воздуха в помещении должна быть на несколько градусов ниже дневной, то есть идеальный вариант – на время сна понизить температуру в спальне примерно на 4°С. В то же время человек испытывает дискомфорт, пробуждаясь в непривычно прохладном помещении, следовательно, рано утром температурный режим необходимо восстановить. Неудобства легко решаются с помощью автоматического переключения системы обогрева на ночной режим и обратно. Контроллерами, регулирующими ночные часы, занимаются компании DE DIETRICH и BUDERUS.

Система приоритетов горячего водоснабжения

Автоматическое регулирование потоками горячей воды также является одной из функций общей автоматизации оборудования. Оно делится на три вида:

• приоритетное, при котором во время пользования горячей водой полностью отключается система отопления;
• смешанное, когда мощности котла разграничиваются на обслуживание нагрева воды и обогрева дома;

неприоритетное, при котором обе системы действуют сообща, но на первом месте – обогрев здания.

Автоматизированная схема: 1 – котел водогрейный; 2 – насос сетевой; 3 – насос исходной воды; 4 – подогреватель; 5 – блок ХВО; 6 – насос подпиточный; 7 – блок деаэрации; 8 – охладитель; 9 – подогреватель; 10 – деаэратор; 11 – охладитель конденсата; 12 – насос рециркуляционный

Низкотемпературные режимы работы

Переход на низкотемпературные программы становится основным направлением последних разработок производителей котельных. Преимуществом данного подхода является экономический нюанс – уменьшение расхода потребляемого топлива. Как раз автоматика позволяет регулировать температуру, выбирать верный режим и тем самым снижать уровень нагрева. Все перечисленные пункты необходимо учитывать на этапе составления тепловой схемы водогрейной котельной.

По своему назначению котельные малой и средней мощности делятся на следующие группы: отопительные, предназначенные для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых, общественных и других зданий; производственные, обеспечивающие паром и горячей водой технологические процессы промышленных предприятий; производственно-отопительные, обеспечивающие паром и горячей водой различных потребителей. В зависимости от вида вырабатываемого теплоносителя котельные делятся на водогрейные, паровые и пароводогрейные.

В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства. Подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные – для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные – для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие) ; баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Тепловая схема котельной зависит от вида вырабатываемого теплоносителя и от схемы тепловых сетей, связывающих котельную с потребителями пара или горячей воды, от качества исходной воды. Водяные тепловые сети бывают двух типов: закрытые и открытые. При закрытой системе вода (или пар) отдает свою теплоту в местных системах и полностью возвращается в котельную. При открытой системе вода (или пар) частично, а в редких случаях полностью отбирается в местных установках. Схема тепловой сети определяет производительность оборудования водоподготовки, а также вместимость баков-аккумуляторов.

В качестве примера приведена принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для открытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 150- 70°С. Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.

В коллектор сетевого насоса из бака поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.

Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.

Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы.

Показана принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с паровыми котлами, снабжающими паром и горячей водой закрытые двухтрубные водяные и паровые системы теплоснабжения. Для приготовления питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети предусмотрен один деаэратор. Схема предусматривает нагрев исходной и химически очищенной воды в пароводяных подогревателях. Продувочная вода от всех котлов поступает в сепаратор пара непрерывной продувки, в котором поддерживается такое же давление, как и в деаэраторе. Пар из сепаратора отводится в паровое пространство деаэратора, а горячая вода поступает в водоводяной подогреватель для предварительного нагрева исходной воды. Далее продувочная вода сбрасывается в канализацию или поступает в бак подпиточной воды.

Конденсат паровой сети, возвращенный от потребителей, подается насосом из конденсатного бака в деаэратор. В деаэратор поступает химически очищенная вода и конденсат пароводяного подогревателя химически очищенной воды. Сетевая вода подогревается последовательно в охладителе конденсата пароводяного подогревателя и в пароводяном подогревателе.

Во многих случаях в паровых котельных для приготовления горячей воды устанавливают и водогрейные котлы, которые полностью обеспечивают потребность в горячей воде или являются пиковыми. Котлы устанавливают за пароводяным подогревателем по ходу воды в качестве второй ступени подогрева. Если пароводогрейная котельная обслуживает открытые водяные сети, тепловой схемой предусматривается установка двух деаэраторов – для питательной и подпиточной воды. Для выравнивания режима приготовления горячей воды, а также для ограничения и выравнивания давления в системах горячего и холодного водоснабжения в отопительных котельных предусматривают установку баков-аккумуляторов.

Тягодутьевые установки по схеме применения бывают: общие – для всех котлов котельной; групповые – для отдельных групп котлов; индивидуальные – для отдельных котлов. Общие и групповые установки должны иметь два дымососа и два дутьевых вентилятора. Индивидуальные установки по условиям регулирования их работы при изменении производительности котла являются наиболее желательными.

Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Руководствуясь заданием на проектирование и исходными данными, полученными от заказчика, приступают к составлению, а затем и расчету тепловой схемы котельной, оборудованной стальными водогрейными котлами (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной

1 – сетевой насос; 2 – водогрейный котел; 3 – сетевой насос; 4 – подогреватель химочищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос

Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб «хвостовых» поверхностей нагрева стальных водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы уходящих из котлов дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая: при работе на природном газе – не ниже 60°С; при работе на малосернистом мазуте – не ниже 70°С; при работе на высокосернистом мазуте – не ниже 110°С. В связи с тем, что температура воды в обратных магистралях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, в обвязке водогрейных котлов предусматривают рециркуляционные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных карт котлоагрегатов.

При выполнении рабочих (монтажных) схем котельных применяют общестанционную или агрегатную схему компоновки оборудования. Выбор общестанционного или агрегатного способа в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них при компоновке по агрегатной схеме являются облегчение учета и регулирования расхода и параметров теплоносителя от каждого агрегата, уменьшения протяженности в пределах котельной сетевых трубопроводов большого диаметра и упрощения ввода в эксплуатацию каждого агрегата.

Тепловая схема котельной для открытой системы теплоснабжения отличается от таковой для закрытой в основном производительностью водоподготовки для подпитки тепловых сетей. Так как расходы воды при открытой системе неравномерны по времени, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности котлоагрегатов и оборудования водоподготовки предусматривают установку баков-аккумуляторов деаэрированной горячей воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается во всасывающую магистраль сетевых насосов. Суммарная емкость баков-аккумуляторов принимается в 10 раз большей среднечасового за сутки расхода воды на бытовое горячее водоснабжение.

Количество, единичная производительность и развиваемые напоры насосов котельной должны соответствовать требованиям регулирования работы тепловых сетей при экономном расходовании электроэнергии на их привод. Такие условия иногда диктуют необходимость использования в тепловых схемах котельных увеличенного количества насосов – сетевых (зимних и летних), перекачивающих, рециркуляционных и подпиточных (также зимних и летних).

При выборе системы теплоснабжения (закрытой или открытой) нужно учитывать, по меньшей мере, три особенности исходной воды, используемой для подпитки: склонность к низкотемпературному накипеобразованию; коррозионную активность; склонность к сульфидному загрязнению.

Страница 17 из 18

Котельная с водогрейными котлами

Рис. 28. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

Т5 – трубопровод горячей воды, подающий воду для технологических процессов (собственных нужд),

Т6 - трубопровод горячей воды, обратный для технологических процессов.

1. блок водогрейных котлов,

2. сетевой насос,

3. насос сырой воды,

4. подогреватель сырой воды,

5. блок ХВО,

6. подпиточный насос,

7. блок деаэрированной воды,

8. охладитель деаэрированной воды,

9. подогреватель химически очищенной воды,

10. вакуумный деаэратор,

11. охладитель выпара,

12. рециркуляционный насос.

1. Надежность и экономичность водогрейных котлов (ВК) зависит от постоянства расхода пропускаемой через них воды, который не должен снижаться относительно расхода, установленного заводом – изготовителем;
2. Во избежании низкотемпературной и сернокислой коррозии металла со стороны дымовых газов температура воды на входе в котел должна быть не ниже 60-70˚С, а для пиковых водогрейных котлов на ТЭЦ не ниже 110˚С. Для повышения температуры воды на входе в котел устанавливается рециркуляционный насос;
3. В водогрейных котельных установках (ВКУ) устанавливаются вакуумные деаэраторы, который работают при абсолютном давлении 0,03 МПа. Вакуум создается водоструйным эжектором. Выделяющийся пар выполняет работу по деаэрации и напрвляется в охладитель выпара. Температура воды после деаэратора составляет 70˚С. В ВКУ готовят перегретую воду по наиболее распространенным температурным графикам (130-70 или 150-70).