Контакты

СУЧАСНІ ОПАЛЮВАЛЬНІ УСТАНОВКИ З ВИСОКОЮ ЕФЕКТИВНІСТЮ ДЛЯ ЕКОЛОГІЧНОГО БУДІВНИЦТВА.

УДК 697.35

СУЧАСНІ  ОПАЛЮВАЛЬНІ УСТАНОВКИ З ВИСОКОЮ ЕФЕКТИВНІСТЮ ДЛЯ ЕКОЛОГІЧНОГО БУДІВНИЦТВА.

Мизников Д.Г., Янченко С.В.

НВО Енергія плюс, Дніпропетровськ

 

  Затишок і комфорт сучасного житла нерозривно пов'язані з підтримкою теплового режиму в приміщенні незалежно від пори року.  Впродовж багатьох століть відбувалася еволюція опалювальних приладів від універсальних вогнищ для обігріву і приготування їжі до спеціалізованих високотехнологічних і енергоефективних установок. Цей процес був пов'язаний з оптимізацією процессу згоряння різних видів палива, а також з поступовою автоматизацією подачі палива і контролю температури.

У останні десятиліття людство серйозно задумалося про вплив техногенних процесів на зміни в довколишньому середовищі. Це стосується як знищення лісів і виснаження природних запасів викопного палива, так і забруднення атмосфери шкідливими продуктами згоряння палива, що у свою чергу приводить до непоправних змін в окремих регіонах і на нашій планеті в цілому. Тому останнім часом все більше уваги приділяється екологічності процесів отримання теплової енергії, а також використанню поновлюваних джерел енергії – сонячної, вітрової, тепла Землі та інших. Проте в цьому напрямі попереду ще багато роботи як по підвищенню ефективності та зниженню вартості існуючих  установок, так і в напрямку пошуку нових резервів.

Метою даної статті є огляд використовуваних на данний момент опалювальних установок як для загального використання, так і для екологічного будівництва з аналізом їх переваг і недоліків, а також перспективних розробок у цьому напрямку.

 

Опалювальні установки для твердого палива

В опалювальних твердопаливних котлах отримання тепла відбувається при безпосередньому згорянні твердого палива в топці установки. В якості палива в них найчастіше використовуються кам'яне або буре вугілля, кокс, дрова і торф'яні брикети. Останнім часом все частіше стали використовувати пелети - гранульоване біологічне паливо, сировиною для виготовлення якого може бути як торф, так і різні сільськогосподарські і деревні відходи. Певною мірою це пов'язано з можливістю автоматизувати процес подачі палива в топку та регулювання інтенсивності процесу виділення тепла. Але висока вартість таких котлів і палива до них обмежує їх застосування .

Прогресивною сучасною розробкою в області теплотехніки є твердопаливний котел тривалого горіння. Як правило, цей пристрій вертикального колонного типу з верхнім люком для завантаження палива. Таке незвичайне конструктивно-технологічне рішення призводить до максимального ефекту. Паливо горить довше і більше виділяє тепла. Однак високі вимоги до якості палива і циклічність роботи такого котла не завжди можуть задовольнити  споживача .

Існує різновид твердопаливного котла, який називається піролізним (газогенераторним) котлом. Згідно його конструкції паливо в ньому не горить, а повільно тліє, тим самим збільшується час горіння, а згоряння летючих речовин, які з нього виділяються в процесі горіння, дає змогу отримати додаткове тепло. Найбільше виділення таких речовин забезпечують опалювальні котли, що працюють на дровах.

Найважливіша перевага, яку мають твердопаливні котли - це повна автономність їх функціонування. Вони не вимагають прив'язки до інженерних мереж і комунікацій, до водопроводу, або до газопроводу, не є обов'язковою навіть наявність електрики в приміщенні. Вони прості за будовою, невибагливі в роботі, а використання декількох видів палива, його доступність і невисока ціна забезпечує універсальність і велику економію протягом усього часто тривалого періоду їх експлуатації.

До недоліків таких котлів слід віднести інерцію процесу згоряння, як правило, ручний режим доставки, підготовки і завантаження палива, потреба в площах для його зберігання, а також необхідність регулярного чищення установки від продуктів згоряння та їх утилізації.

 

Газові котли

Опалювальні котли, що використовують в якості палива природний газ, є одними з найпопулярніших видів подібного обладнання в Україні та інших країнах світу, оскільки газ є вельми зручним, вигідним і досить економічним видом палива.

схема

Малюнок 1. Схема газового котла

 

За місцем монтажу газові котли бувають настінні й підлогові.

Всі види підлогових котлів можна класифікувати за двома групами - з атмосферними та з надувними пальниками. Атмосферні котли найбільш прості за своєю будовою і коштують дешевше, ніж надувні. Їхньою перевагою є безшумність роботи. Надувні котли мають дуже хороший коефіцієнт корисної дії, але і за ціною значно дорожче.

Не так давно на ринку з'явився новий вид газових котлів - це так звані конденсаційні котли. Називаються вони так завдяки своїй здатності забирати з продуктів згоряння «приховану» теплоту,  що виділяється внаслідок конденсації водяної пари, яка є в продуктах згоряння. Їхнє застосування дозволяє істотно збільшити ККД.

Пристрої автоматики газових котлів забезпечують зручність і високу ефективність їхнього використання, дозволяють підтримувати задану температуру в приміщенні і гарантувати безпеку роботи. Однак надійна робота сучасних систем управління часто залежить від безперебійної подачі електрики.

Основними недоліками газових котлів слід вважати високу вартість їх обладнання та оформлення, а також неможливість їх встановлення далеко від газопроводів. Слід відзначити також постійне підвищення вартості та погіршення якості природного газу, що подається по магістралях кінцевим споживачам.

 

Опалювальні котли на рідкому паливі

Принцип роботи котлів на рідкому паливі  аналогічний і схожий з газовими надувними котлами, що передбачає такий же перелік переваг і недоліків, окрім одного - більш висока вартість палива, в якості якого використовується дизельне паливо, мазут та відпрацьоване мастило. Тому їх застосування виправдане лише далеко від газових магістралей. Як показує практика моделі з пальниками для солярки, мазуту та відпрацьованого мастила економічно вигідніше традиційних електричних котлів.

 

Пристрої для электроопалювання

Електричне опалення з встановленням електричного котла і системою водяного опалення використовується найчастіше. На його прикладі розглянемо переваги і недоліки електроопалення в цілому.

Істотною його перевагою можна вважати низьку вартість обладнання і монтажних робіт, а витрати на електроенергію можна зменшити, встановивши трьохзонний лічильник. На підключення електричного котла, на відміну від газового, не потрібно ніяких дозвільних документів, до того ж його експлуатація не вимагає профілактичного обслуговування. Електричний котел не утворює продуктів згоряння, чадного газу та інших небезпечних відходів, що робить його нешкідливим і для людини, і для навколишнього середовища .

Однак застосування традиційних електричних котлів стримується відносно високими витратами на електрику. До того ж застарілі електричні мережі часто не можуть забезпечити підведення необхідної потужності.

Незважаючи на це електрика залишається одним з найперспективніших видів енергії для опалення, що надихає багатьох ентузіастів на пошук і реалізацію нових ідей у ​​цьому напрямку.

 

При використанні ТЕНу (трубчастого електронагрівача) передача теплової енергії від нагрітого дроту з високим питомим опором до теплоносія відбувається через керамічний (!) ізолятор і металеву трубку. Кількість встановлюваних нагрівачів обумовлює загальну потужність пристрою, яка залишається постійною і залежить тільки від напруги в електромережі. Герметичність та добра ізоляція забезпечують його електробезпеку, але обмежують ККД не вище 70 %. Великий перепад температур між розпеченим дротом всередині і інтенсивно охолоджуваною зовнішньою поверхнею ТЕНу обмежують термін його використання, а утворення накипу істотно знижує ефективність нагріву і прискорює його руйнування. Тому теплоносій не рекомендується нагрівати вище +80 °С.

У нагрівачі електродного типу відбувається безпосередній омічний нагрів рідкого теплоносія між електродами. Такі нагрівачі дешеві за вартістю і досить компактні за розмірами. За відсутності теплоносія електричний ланцюг просто переривається без шкоди для агрегату, а накип на електродах не приводить до їх руйнування, а тільки знижує потужність котла.

Проте для роботи такого котла потрібна ретельна підготовка робочої рідини, електричні параметри сильно залежать від температури в системі, а блукаючі струми швидко руйнують металеві елементи системи опалення.

Електроконвектори та тепловентилятори відрізняються простотою конструкції, безпекою, ефективністю і навіть дозволяють заощадити єлектрику. У такому обігрівачі повітря, яке проходить через його корпус, нагрівається спеціально встановленим у ньому нагрівальним елементом. Він вважається швидше приладом локального нагріву, і використовувати його в якості основного виду опалення вельми проблематично.

Застосування променевого опалення (інфрачервоних обігрівачів) засновано на передачі тепла більшою мірою випромінюванням, а не конвекцією. При цьому повітря не нагрівається, а енергія випромінюваної хвилі перетворюється на теплову безпосередньо на поверхні предметів, на які вона потрапляє, або на тілі людини  зігріваючи його. У цьому випадку немає посередників  в ланцюгу передачі тепла, а, значить, його втрати мінімальні. Тому променисті системи називають системами прямого нагріву на відміну від рідинних і конвекційних, які вважаються системами непрямого нагріву . Це дає можливість використовувати для обігріву меншу потужність. Окрім того, такий обігрівач відрізняється високою швидкістю нагріву, повною безпекою, простотою і заощадливістю, при цьому не пересушує повітря і зберігає в ньому вміст кисню.

Із недоліків слід зазначити спрямованість та локальність дії, істотне падіння інтенсивності нагріву від відстані, тому інфрачервоні обігрівачі часто використовують на виробництві для обігріву робочих місць.

 

 

Установки з використанням поновлюваних джерел енергії

Не так давно в системах опалення почали використовувати сонячні колектори - батареї зі спеціальних теплових панелей, що як правило розташовуються на дахах будівель для перетворення сонячної енергії в теплову і передачі її в систему опалення.

Розрізняють два основних види сонячних колекторів: з плоскими панелями і з вакуумними трубками. Плоский теплогенеруючий елемент колектора являє собою абсорбер, що поглинає сонячну радіацію і перетворює її в тепло нагрітої рідини, яка надходить у систему опалення. Із зовнішнього боку елемент покритий шаром спеціального загартованого скла, а зворотна сторона для зменшення втрат тепла закрита теплоізолятором. У вакуумних колекторів головна частина - це спеціальна вакуумна трубка, що вкрита чорною плівкою для кращого нагрівання, в якій знаходиться вода або антифриз. Навколо неї для зменшення втрат тепла створюється своєрідна вакуумна камера.

Оскільки сонячний колектор може нагріватися тільки в світлий час доби, то він може забезпечити потреби в тепловій енергії приблизно на 40 - 60 відсотків, тому застосовується в комбінації з газовим або електричним опалювальним котлом.

Використання безкоштовної сонячної енергії для опалення видається дуже привабливим, але висока вартість необхідного обладнання та його встановлення стримують застосування таких систем. Ефективність нагріву теплоносія в сонячних колекторах дуже залежить від правильної їх орієнтації щодо положення сонця, а також від чистоти їхніх зовнішніх поверхонь.

 

Останнім часом для опалення все частіше застосовуються теплові насоси - пристрої, що дозволяють передавати низькопотенційне тепло (з низькою температурою) до споживача (теплоносія) з більш високою температурою. Найбільше поширені моделі, що використовують в якості джерела тепла геотермальну енергію або енергію повітря.

Принцип роботи теплового насоса такий же, як у кондиціонера або холодильника, тільки з протилежним напрямом. Якщо компресор холодильника перекачує тепло з холодильної камери на зовнішній радіатор, то в тепловому насосі навпаки  тепло перекачується  з зовнішнього джерела (грунту, повітря, озера) у внутрішній контур (систему опалення) з підвищенням його робочої температури.

Влітку вони можуть працювати у зворотному напрямку - тобто охолоджувати приміщення за рахунок накопиченого за зиму безкоштовного холоду в грунті, потрібна тільки робота циркуляційного насоса з дуже низьким енергоспоживанням на перекачування теплоносія.

До недоліків геотермальних теплових насосів, які використовуються для опалення, слід віднести велику вартість встановленого обладнання, складність та висока вартість монтажу зовнішніх підземних або підводних теплообмінних контурів. Недоліком повітряних теплових насосів є низький коефіцієнт перетворення тепла, пов'язаний з низькою температурою кипіння холодоагенту в зовнішньому «повітряному» випарнику. Загальним недоліком теплових насосів є порівняно низька температура нагрітої води, як правило не більше +50 °С ÷ +60 °С, причому чим вище температура нагрітої води, тим менша ефективність та менша надійність теплового насоса. Слід також враховувати, що для застосування теплового насоса необхідна наявність природних умов: певний склад грунту, наявність водойми або вільних площ для розміщення контурів .

 

Останнім часом все більше уваги приділяється розробці та вдосконаленню електричних опалювальних установок індукційного типу.

 

схема

Малюнок 2.  Схема индукційного нагрівача.

1- індуктор, 2- котушка, 3- теплообмінний пристрій, 4- блок керування, 5-  клемна колодка, 6- вхідной патрубок, 7- вихідной патрубок.

Принцип індукційного нагріву полягає в наступному. Навколо будь-якої котушки, по обмотках якої протікає змінний електричний струм, утворюється змінне магнітне поле. Якщо в це поле помістити електропровідний матеріал,то в ньому виникають індукційні струми (струми Фуко), під дією яких відбувається його нагрівання. Інтенсивність такого нагріву залежить від сили струму і властивостей матеріалу.

 

Індукційний резонансний опалювальний модуль і його особливості

Фахівцями НВО Енергія плюс (Дніпропетровськ) на основі ідей Ніколи Тесла розроблений індукційний резонансний опалювальний модуль (ІРОМ) «ДЕГЕР». Він призначається для використання в автономних системах опалення, гарячого водопостачання, а також у виробничих процесах для нагріву технологічних рідин.

Конструктивно нагрівач складається з індуктора, котушки і теплообмінного пристрою, клемної колодки і електронного блоку керування. Вхідний і вихідний патрубки розташовуються у верхній частині нагрівача і слугують для подачі і відведення рідини, що нагрівається .

Конструкція та розміри індуктора, а також параметри резонансного контуру і режим роботи електронного блоку розраховані для використання явища електромагнітного резонансу і забезпечують найбільш ефективне перетворення електричної енергії в тепло нагрітої рідини.

З метою підвищення ефективності нагріву дуже перспективним вважається використання в конструкції нагрівача ферромагнетиків з точкою Кюрі вище 100 °С.

У порівнянні з традиційними індукційними нагрівачами ІРОМ «ДЕГЕР» має більш високий ККД (до 98%) і велику питому потужність за рахунок спеціально розробленого блоку живлення і оригінального способу намотування індукційної котушки.

Завдяки своїм технічним характеристикам і споживчим якостям ІРОМ «ДЕГЕР» задовольняє сучасним вимогам пожежної та електробезпеки, санітарно-гігієнічним та екологічним нормам. На відміну від обладнання на твердому паливі установка не вимагає простору для зберігання палива та утилізації відходів. Повна відсутність процесів горіння виключає забруднення навколишнього середовища.

ІРОМ «ДЕГЕР» не вимагає додаткових засобів автоматики та засобів захисту, а також спеціальних систем вентиляції. За рахунок невеликих габаритів він дозволяє більш ефективно використовувати простір приміщень. Устаткування відрізняється простотою монтажу, запуску та обслуговування, компактністю і винятковою надійністю. Повна відсутність накипу забезпечує чудову ефективність на весь період експлуатації установки.

 

Перспективні розробки

В даний час в лабораторіях НВО Енергія плюс проходять ресурсні випробування дослідні зразки теплогенераторів нового покоління.

Генератор тепла гідродинамічного (вихорового) типу перетворює енергію обертання ротора в тепло нагрітої рідини використовуючи її в'язкость. Завдяки унікальним властивостям води і особливій ​​конструкції статора і ротора на деяких режимах роботи вдається досягти аномально високого виділення тепла за рахунок використання явища сонолюминесценции .

У електрохімічному (плазмовому) теплогенераторі за допомогою електричного розряду в рідині виділення аномальної кількості тепла відбувається за рахунок розкладання молекул води та їх рекомбінації на певному режимі горіння плазмоїда .

Після відпрацювання конструкції цих пристроїв і налагодження їх виробництва вони зможуть зайняти гідне місце серед сучасних енергоефективних та екологічних пристроїв для опалення.

 

Використана література.

  1. Теплотехника: учебник для студентов вузов / А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ. Ред. В.И. Крутова.- М.: Машиностроение. 1986.
  2. Электротехника / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат. 1985.
  3. Отопление и вентиляция / П.Н. Каменев, А.Н. Сканави, В.Н. Богословский и др. Учебник для вузов.-М.: Стройиздат. 1975.
  4. А.К. Зыков. Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие.-Энергоатомиздат. 2007.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

УДК 697.35

СОВРЕМЕННЫЕ ОТОПИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ С ВЫСОКОЙ ЭКОНОМИЧНОСТЬЮ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬЮ / Мызников Д.Г., Янченко С.В. // Строительство, материаловедение, машиностроение:  Сб. науч. Трудов. Вып.№75. – Дн-вск, ПГАСА. 2014.-С.8 - рис.2.- библиогр.:4 назв.

В статье рассмотрены основные виды отопительных установок, применяемых в современном экологическом строительстве, их преимущества и недостатки. Подробно анализируется конструкция и работа индукционных нагревателей резонансного типа.

 

СУЧАСНІ ОПАЛЮВАЛЬНІ УСТАНОВКИ З ВИСОКОЮ ЕФЕКТИВНІСТЮ ДЛЯ ЕКОЛОГІЧНОГО БУДІВНИЦТВА / Мизніков Д.Г. , Янченко С.В. / / Будівництво , матеріалознавство , машинобудування : Зб. науч . Праць . Вип. № 75. - Дн -вськ , ПГАСА . 2014.-С. 8 – мал.2 . - Бібліогр .: 4 назв.

У статті розглянуті основні види опалювальних установок, що застосовуються в сучасному екологічному будівництві, їх переваги та недоліки. Детально аналізується конструкція і робота індукційних нагрівачів резонансного типу.

 

 

 

MODERN HEATING PLANTS WITH HIGH EFFICIENCY AND ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS / Myznikov D.G., Janchenko S.V. // Construction, materials science, mechanical engineering: Sat scientific. Works. MY. № 75. - Dn-sk, PGASA. 2014.-S.8 -  Fig.2. - Refs. 4 Refs.

The article describes the main types of heating systems used in modern ecological construction, their advantages and disadvantages. Detailed analysis of the structure and operation of induction heaters resonance type.

31.05.2014
наверх