Аккумулирование тепловой энергии в баках ГВС как способ снижения мощности автономной котельной
Желание оборудовать объект недвижимости автономной котельной на протяжении многих лет не уменьшается, а лишь растет. Это относится как к жилым зданиям, так и к гостиницам, торгово-развлекательным комплексам, офисным центрам и прочим объектам. Автономная котельная существенно повышает устойчивость теплоснабжения объектов, строящихся в исторической городской застройке с ограниченной пропускной способностью инженерной инфраструктуры.
Однако при устройстве автономной котельной заказчик сталкивается с рядом проблем. Основные из них можно объединить в две группы.
Первая из них – перегруженность газовых сетей. Большинство газопроводов в жилых кварталах городов рассчитывались в основном на бытовое газоснабжение: приготовление пищи, а также для приготовления горячей воды (в отдельных зданиях, оборудованных газовыми колонками). Предусматривалось централизованное отопление от тепловых сетей. Подключение к газопроводам новых объектов, где газ помимо бытовой функции используется также для нужд отопления, зачастую проблематично – нет возможности увеличить подачу газа через старые магистрали без колоссальных затрат.
Реконструкция сетей газоснабжения очень дорога, особенно в центральных частях крупных городов, в т. ч. в Киеве. Это связано также с насыщенностью городского подземного пространства различными коммуникациями – тепло, вода, связь, канализация, электрокабели… Чтобы избежать перекладки других инженерных сетей часто требуется сложная глубокая прокладка дополнительного газопровода. С этой проблемой, например, столкнулась компания «Унитех Бау™» при газификации котельной Института транспорта нефти в г. Киеве. Чтобы обойти уже существующие коммуникации, проложенные под улицей Сечевых Стрельцов, новый газопровод был проложен на глубине около 5 м ниже уровня проезжей части.
Проблема прокладки новых линий подачи энергоносителя в свою очередь делится на две возможные ситуации: когда газовые сети в районе строящегося объекта загружены полностью, и когда имеется определенный резерв. Вторая проблема обусловлена ограничением мощности крышных котельных. В настоящее время на крышах зданий разрешается устанавливать котлы единичной мощностью 1,25 МВт, в количестве не более четырех. То есть, мощность крышной котельной ограничивается 5 МВт. Для крупных объектов этого явно недостаточно.
В поисках решения
Чтобы не пострадали потребители тепла системы отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и пр. от ограничения установленной тепловой мощности, имеется ряд подходов. Нельзя подать в систему отопления недостаточное количество тепла – это неизменно приведет к тепловому дискомфорту. Таким же образом обстоят дела с вентиляцией и мощностью прочих систем HVAC: нужно обеспечить энергией все компоненты инженерной инфраструктуры согласно расчетным нагрузкам. Выход из ситуации имеется в более тщательном рассмотрении профиля нагрузки. Если нагрузки на отопление и вентиляцию в течение суток относительно стабильны (отапливать помещения нужно в любое время суток), то нагрузка на горячее водоснабжение может в течение суток сильно изменяться, иногда даже в несколько раз. Для зданий различного назначения соотношение минимальной и максимальной нагрузки системы горячего водоснабжения (ГВС) различно. «Средний» и «максимальный» часовые расходы ГВС для таких объектов с явно выраженными пиками потребления, как жилые здания, гостиницы, офисные центры, объекты развлекательного характера – эта разница может быть достаточно существенной.
Чтобы «вписать» общую мощность котельной в ограничения, вызванные недостаточной подводящей способностью газопровода, или если установленная мощность котельной выходит за разрешенные пределы, нужно пересмотреть и уменьшить устанавливаемую мощность за счет аккумулирования энергии и «сглаживания» пиковой мощности.
Одним из самых эффективных способов снижения запаса мощности для компенсации перегрузок в потреблении является установка накопительных емкостей в сочетании с греющими теплообменниками. Таким образом, при расчете общей мощности котельной можно ориентироваться на среднечасовую нагрузку ГВС, а не на максимальное потребление.
Для определения объема накопительных емкостей, необходимых для покрытия пиковых нагрузок, нужно исходить из следующих рекомендаций. Аккумулирующую способность воды характеризует теплоемкость, которая равна 4,187 кДж кг/°С (или 1 ккал кг/°С), это означает, что для нагрева одного килограмма воды на 1 градус необходимо подвести количество тепла эквивалентное 4,187 кДж или, что тоже самое, 1 ккал или 1163 Вт•ч. Например, если имеется бак-аккумулятор тепла объемом в 1000 литров (далее условно принята масса 1 л воды равной 1 кг) с температурой воды 50°С, то в нем будет аккумулировано тепловой энергии 1000•50 = 50000 ккал = 0,05 Гкал = 58 кВт•ч. Естественно, каждый раз необходимо делать расчет согласно законодательно утвержденной методике, но для предварительных расчетов можно задаться таким соотношением: 1 м3 емкости «съедает» разницу в максимальном и среднем часовых расходах на 50 кВт. К примеру, если данная разница составляет 1 МВт необходимо установить аккумулирующие емкости общим объемом ориентировочно 20 м3.
Подобный объем кажется значительным. Для данных емкостей необходимо предусматривать место для размещения, усиливать конструкции здания, если данные емкости устанавливаются на высоте. Но в любом случае эти затраты средств и времени будут несравнимо меньше тех, которые потребуются для реконструкции системы газоснабжения.
Рассмотрим несколько подобных решений, реализованных компанией «Унитех Бау»™ на реальных объектах.
Гостиница Radisson Blu
Гостиница построена в историческом центе Киева на улице Ярославов Вал, 22. Ситуация характеризуется тем, что все имеющиеся инженерные сети, в т. ч. и газовые, эксплуатируются на пределе своих возможностей. Однако газопровод имел резерв для подключения котельной мощностью 3,5 МВт. Если понадобится большая мощность, то это потребует очень сложной и дорогостоящей перекладки газопровода и других имеющихся инженерных сетей.
Согласно проектной документации нагрузки на отопление, вентиляцию и среднечасовую мощность на горячее водоснабжение здесь составляют как раз 3,5 МВт. А если общую сумму нагрузок рассчитывать по максимальной часовой мощности, то 4,5 МВт. На данном объекте установлены пять емкостей производства фирмы Fiorini объемом 6000 литров каждая. Баки выполнены из оцинкованной стали с внутренним полимерным покрытием, которое сохраняет санитарно-гигиенические свойства воды. Соотношение «сглаживаемая пиковая мощность»/«объем» составляет 33,3 кВт/м3.
Рис. 1. Принципиальная схема узла приготовления горячей воды в котельной с пластинчатыми теплообменниками и накопительными емкостями для Radisson Blu
Бизнес–центр «Парус»
Здание также располагается в центральной исторической части Киева рядом с Дворцом Спорта. На данном объекте каких-то серьезных ограничений по потреблению газа не было, хотя требовалось максимально сократить потребление ресурсов от городских сетей. На данном объекте, скорее всего, сыграла свою роль достаточно большая максимальная мощность котельной, которая с учетом баков-аккумуляторов составила 7 МВт (имелось специальное разрешение как для объекта экспериментального строительства, установлены четыре котла по 1,75 МВт). До решения по установке баков-аккумуляторов расчетная мощность котельного оборудования предусматривалась намного больше.
Рис. 2. Баки-накопители, установленные в котельной БЦ «Парус» компанией «Унитех Бау»
Нагрузки на горячее водоснабжение следующие: среднечасовая – 462 кВт, максимальная часовая – 1522 кВт. На объекте компанией «Унитех Бау» установлены четыре емкости производства фирмы Buderus объемом по 3000 литров каждая (общий объем 12000 литров). Соотношение мощность/объем составляет 88 кВт/м3, т. е. больше, чем указывалось выше. Однако ввиду того, что нормы потребления горячей воды, как и многие другие, являются немного завышенными, недостатка в горячей воде в здании не наблюдается.
ТРЦ с офисными помещениями Gulliver
Данный комплекс находится в непосредственной близости от предыдущего объекта «Парус». Поэтому ситуация с городскими коммуникациями здесь очень схожая. В этом комплексе в силу того, что помимо офисной части он имеет солидную торгово-развлекательную часть, нагрузки на горячее водоснабжение составляют: среднечасовая – 1555 кВт, максимальная часовая – 2631 кВт.
Общая мощность котельной составляет 15,9 МВт. Разница межу максимально часовой и среднечасовой нагрузками – 1076 кВт. На объекте компанией «Унитех Бау» установлено семь емкостей производства фирмы Buderus объемом по 3000 л. каждая (общий объем 21000 литров). Соотношение мощность/объем составляет 51 кВт/м3, что практически соответствует заявленному выше эмпирическому соотношению.
Рис. 3. Баки-накопители, установленные в котельной комплекса Gulliver компанией «Унитех Бау»
Итак, применение баковнакопителей, аккумулирующих тепло для ГВС, помимо решения утилитарной задачи создания автономной котельной установки для зданий в исторической застройке, помогает решать задачу долгосрочного энергосбережения, уменьшить величину установленной мощности и способствовать работе котельной установки на стационарных режимах с оптимальным КПД.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 5 299
