Традиционные отопительные системы в сравнении с инновационными разработками

 

ТЕОРИЯ

 

Современная промышленность предлагает большое разнообразие отопительных систем для жилых и промышленных помещений. Несмотря на широкие возможности и множество принципов получения тепла в системах, они продолжают совершенствоваться, чтобы наиболее полно удовлетворить нуждам потребителей. Для покупателя среди всего многообразия производителей и моделей отопительных систем нетрудно потеряться, поэтому чтобы выбрать ту или иную систему отопления важно оценить ряд факторов:

 

• доступность источника энергии,
• аспекты экологии и архитектурных решений,
• объём объекта, который нужно отопить

Известны четыре основных вида источников получения тепла для решения этой задачи:

• физико-химический, при котором происходит сжигание органического топлива: нефтепродуктов, газа, угля, дров и использование других экзотермических химических реакций для выделения тепла;
• электроэнергетический, когда включенные в электрическую цепь элементы, обладающих достаточно большим омическим сопротивлением выделяют достаточное для обогрева тепло;
• термоядерный, который основан на использовании тепла, выделяющегося при распаде радиоактивных материалов, также как и при синтезе тяжелых ядер водорода (включая процессы, происходящие на солнце и в глубине земной коры);
• механический, который подразумевает получение тепла за счет поверхностного или внутреннего трения различных материалов, включая жидкие и газообразные.

Задача экономически эффективного нагрева воды, которую используют системы отопления и горячего водоснабжения, была и остается актуальной независимо от способа осуществления этих процессов, конструкции системы отопления и источников получения тепла. Большая часть систем отопления вполне соответствует вышеназванным требованиям и находит своего покупателя. Среди наиболее популярных отопительных систем можно выделить следующие:

 

• промышленные котлы на природном газе, мазуте, дизельном топливе,
• электрокотлы,
• блочные котельные,
• твердотопливные котлы

Наша компания предлагает абсолютно новую, инновационную систему отопления, имеющую в основе уникальный метод производства тепла с высокой эффективностью и минимальными затратами на электроэнергию – Вихревой тепловой генератора (насос-теплогенератор, тепловой гидродинамический насос). Его конструктивные особенности позволяют говорить о прорыве в сфере производства тепла для обогрева помещений. По одной из гипотез принцип действия вихревого теплогенератора (насоса-теплогенератора, теплового гидродинамического насоса) основывается на эффекте кавитации при достижении достаточно высоких скоростей завихрения жидкости. При определенной температуре и скорости завихрения возникают пузырьки пара, которые разрушаются с выделением тепла.

 

Другая гипотеза получения тепловой энергии в вихревых теплогенераторах (насосах-теплогенераторах, тепловых гидродинамических насосах) изложена в главе «Теория», разделе «Принципы получения тепловой энергии в вихревых теплогенераторах». Таким экологически чистым, пожаробезопасным образом без выделения вредных веществ в окружающую среду и постоянных электрических токов получается тепло, которое идет на обогрев помещений, в системы горячего водоснабжения и приточной вентиляции.

 

Чем так уникален вихревой теплогенератор (насос-теплогенератор, тепловой гидродинамический насос)? Для ответа на данный вопрос попытаемся сравнить существующие системы отопления с вихревыми теплогенераторами (насосами-теплогенераторами, тепловыми гидродинамическими насосами) по основным параметрам.

 

Вихревой тепловой генератор (насос-теплогенератор, тепловой гидродинамический насос) обладает рядом преимуществ перед вышеперечисленными видами котлов. Он может использоваться для отопления помещений любого размера, использование насоса абсолютно безопасно, экологично и эффективноо.  Вихревой теплогенератор (насос-теплогенератор, тепловой гидротермический насос) не выбрасывает в атмосферный воздух загрязняющих веществ, существенно снижает затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными отопительными системами, прост в монтаже, компактен и имеет большие возможности для управления. Насосы-теплогенераторы оснащаются современными цифровыми терморегуляторами, которые упрощают контроль работы агрегатов и позволяют экономно расходовать энергию. Экономичность и надежность нашего оборудования – вихревых теплогенераторов (насосов-теплогенераторов, тепловых гидродинамических насосов) – проверена годами эксплуатации и подтверждена отзывами наших клиентов.

 

Традиционные отопительные системы

 

Жидкотопливные котлы: газовые котлы, котлы на мазуте и т.д.

 

Промышленные котлы в эксплуатации потребляют различные виды топлива: газ, мазут, твердое топливо и пр. Промышленные газовые котлы достаточно надёжны и не требуют помещения для склада топлива. Однако существенным их недостатком является наличие газопровода, обязательное согласование и регулярное техническое обслуживание сертифицированной организацией из-за повышенной взрывоопасности топлива. Подобные недостатки исключены конструкцией вихревого теплового генератора (насоса-теплогенератора,  теплового гидродинамического насоса).

 

К жидкотопливными промышленным котлам относят и котлы на мазуте. Мазут весьма эффективен, выделяет большое количество тепла. Тем не менее, на сегодняшний день от такого вида топлива все чаще отказываются из-за значительного урона окружающей среде, наносимой выбросами от котлов. Все большее количество котельных переходит на другие виды топлива. Тепловой гидродинамический насос использует электроэнергию и не производит выбросов вредных веществ.

 

Электрокотлы

 

Электрокотлы в отличие от жидко- и твердотопливных, являются более экологичными. Однако при отоплении объёмных пространств, они проявляют свои недостатки, основным из которых является большой расход энергии. Поэтому такие котлы целесообразно использовать для отопления относительно небольших помещений. Стоит также отметить, что установка промышленных котлов такого типа достаточно сложная задача, так как требуется не только разместить электрокотел, но и произвести монтаж проводки. Компактность и экономичность вихревого теплового генератора (насоса-теплогенератора, теплового гидродинамического насоса)  позволяют использовать его без ограничений по площади и сложности установки.

 

Блочные котельные

 

Блочные котельные позволяют сократить время на строительство и проведение пуско-наладочных работ, поскольку они представляют собой модуль, способный к транспортировке. Блочные котельные могут быть использованы для отопления и подачи горячей воды на различные объекты и использовать различные виды топлива. Существуют:

 

• газовая блочная котельная
• дизельная блочная котельная и т.д.

Но блочные котельные имеют и недостатки. Так блочные котельные требуют высокого профессионализма при их монтаже и последующем использовании. Вихревой теплогенератор (насос-теплогенератор, тепловой гидродинамический насос), напротив, удобный и простой в управлении, благодаря цифровой системе автоматического контроля, поставляемой в комплекте с ним.

 

Тепловые насосы

Термодинамический тепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину и, по аналогии, содержит испаритель, конденсатор и контур, осуществляющий термодинамический цикл.

 

Основными типами термодинамических циклов являются абсорбционный и парокомпрессионный. Если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то тепловой насос — это вышеописанный процесс с точностью до наоборот. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель – теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту.

 

Как и холодильная машина, тепловой насос потребляет энергию на реализацию термодинамического цикла (привод компрессора). Температурный уровень теплоснабжения от тепловых насосов 35 – 55 °С.

 

Тепловой насос имеет следующую схему: низкопотенциальный источник тепла, используемый тепловым насосом, может быть скалистой породой, водой, землей, окружающим воздухом. Охлажденный теплоноситель, помещаемый в трубопровод, проходит по нему. Благодаря собственному теплу земли, воды или воздуха теплоноситель нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходящий через теплообменник, который называется испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло непосредственно во внутренний контур теплового насоса.

 

1 – контур подачи низкотемпературного тепла;
2 – испаритель;
3 – компрессор;
4 – конденсатор;
5 – контур подачи высокотемпературного тепла;
6 – дроссельный клапан

 

 

 

 

 

Тепловой насос использует хладагент, который может закипать даже при минусовой температуре. Именно поэтому, даже когда совсем холодную воду прогоняют насосом через каналы испарителя, жидкий хладоагент все равно испаряется. Далее пары хладоагента втягиваются в компрессор, где сжимается.

 

Температура паров увеличивается до 90-100°С и горячий и сжатый хладоагент направляется в теплообменник конденсатора, который охлаждается водой или воздухом. На холодных поверхностях пар конденсируется, превращается в жидкость, а его тепло передается охлаждающей среде. Нагретую воду используют в системе отопления или горячего водоснабжения, а хладоагент, принявший жидкое состояние, направляется на дросселирующий вентиль, проходя через который он теряет давление и температуру, а затем опять возвращается в испаритель. Таким образом, цикл повторяется, пока работает компрессор.

 

Весьма распространенный источником тепла для теплового насоса является почва земельного участка, куда укладывать контур, на глубину приблизительно на 1 м ниже глубины промерзания. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами обычно должно составлять 0,8-1 м. Специальной подготовки почвы установка теплового насоса не требует, но эффективность его возрастает при прокладке на участке с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами. Ориентировочная тепловая мощность на 1 метр трубопровода составляет 20-30 Вт. Таким образом, тепловой насос производительностью 10 кВт потребует земляной контур длиной 350-450 метров, то есть участок земли площадью около 400 кв. метров.

 

Тепловой насос целесообразно использовать в основном на небольших отдельно стоящих объектах с земельными участками. Проектирование подобной системы отопления лучше всего производить вместе с проектированием объекта. Применение же вихревого теплового генератора (насоса-теплогенератора, теплового гидродинамического насоса) значительных капитальных затрат и большой площади не требует.

 

Газовые котлы

Газовые котлы по типу горелки делят на:

• котлы с атмосферной (инжекционной) горелкой,
• дутьевой (вентиляционной, турбо) горелкой

Соответственно подразделяют атмосферные или наддувные котлы (турбокотлы).

 

Газовые котлы с атмосферной горелкой работают по принципу газовой плиты, и поэтому практически бесшумны. Газ на горелку подается посредством избыточного давления в магистрали, что является одновременно и достоинством и недостатком: с одной стороны, это отсутствие дополнительного оборудования (вентиляторов, системы управления ими), что делает газовые котлы проще в эксплуатации и дешевле своих конкурентов. С другой стороны в таких котлах предъявляются повышенные требования к качеству поступающего газа.

 

Интервал давления магистрального газа в отечественных трубопроводах колеблется в пределах 6 – 13 Мбар, а для европейских этот показатель равен 15-20 Мбар. Это означает, что не все газовые котлы, удовлетворяющие требованиям западных стандартов, смогут эффективно работать в России.

 

Газовые турбокотлы отличаются наличием системы стабилизации давления газа. Благодаря этому работа котлов не так зависит от давления газа, а их КПД чуть выше, чем у атмосферных. Газовые котлы с дутьевой горелкой практически ничем не отличаются от жидкотопливных котлов, и достаточно просто при замене горелки могут быть переведены на другие виды топлива. Турбокотлы имеют один существенный недостаток – они имеют достаточно высокую стоимость и значительно шумят при эксплуатации. Это накладывает ограничение на их использование за счет необходимости оборудования звукоизоляции помещения.

 

Газовые котлы требует существенных стартовых затрат на: проект, разрешительную документацию, подводку газа от магистрали до дома, специальное помещение под котел, вентиляция, дымовую трубу, сервисное обслуживание. В отличие от них вихревой теплогенератор  (насос-теплогенератор, тепловой гидродинамический  насос) экономичен в обслуживании и эксплуатации.

 

Инфракрасные газовые потолочные обогреватели

Инфракрасные обогреватели имеют высокую поверхностную температуру, и используя физические свойства электромагнитных волн, отдают тепловую энергию всем находящимся в области работы прибора предметам. Нагретые таким образом тела, излучают накопленное тепло в окружающее пространство, нагревая его конвекционным методом. В смесительной трубе точно дозированное количество газа смешивается с воздухом в легковоспламеняющуюся смесь (газ-воздух). Эта смесь равномерно распределяется в смесительной камере и предварительно подогревается. После этого она попадает в керамическую плитку, где в тысяче маленьких отверстий происходит процесс горения смеси газ-воздух.

 

При горении плитка нагревается до температуры 9000оС, поэтому она изготавливается по специальной технологии для более быстрой теплоотдачи, что необходимо для процесса «низкотемпературного» горения, поскольку таким способом значительно снижаются выбросы вредных продуктов сгорания (СО2 и NO2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Газовые ИК излучатели в зависимости от температурных уровней делятся на:

• «светлые» высокотемпературные (температура излучающей поверхности более 1000˚С);
• «светлые» среднетемпературные (температура излучающей поверхности от 600˚С до 8000С);
• - «темные» (температура излучающей поверхности от 400˚С до 6000С);
• - «субтемные» (температура излучающей поверхности от 200˚С до 4000С).

Эффективность работы ИК-системы отопления выше при более высоких температурах теплоотдающих поверхностей обогревателей. КПД систем ИК отопления – 92%. Основным недостатком таких систем является высокая пожароопасность, исключенная в системах где применяются вихревые теплогенераторы (насосы-теплогенераторы, тепловые гидродинамические насосы).

 

«Конденсатные» или «конденсаторные» газовые котлы

Отличие такого рода котлов от обычных заключено в использовании коррозионно-стойких легких сплавов и нержавеющих сталей, что позволило получить дополнительное тепло от уходящих продуктов сгорания за счет конденсации водяных паров, образующихся при сжигании топлива.

Таким образом, эффективность повысилась до 10,7 % при сжигании газа и до 5,95 % при сжигании дизельного топлива. Поэтому значения КПД конденсаторных котлов составляют более 100%, в частности до 106–108%. Наиболее эффективно использование таких котлов в районах с достаточно мягкими климатическими условиями, где для отопления помещений достаточно применения низкотемпературных отопительных контуров.

 

Когда речь идет о странах с достаточно мягкими климатическими условиями, где для отопления помещений достаточно применения низкотемпературных отопительных контуров, использование такой техники действительно целесообразно.

 

Но даже в средней полосе России, при температуре окружающей среды зимой –20°C, эксплуатируют конденсирующие газовые котлы в низкотемпературном режиме для отопления отдельного здания не принята — воздух в помещении может просто не прогреться.

 

Промышленные теплогенераторы (воздухонагреватели) рекуперативного типа

Теплогенераторы рекуперативного типа состоят из корпуса, камеры сгорания и теплообменника, где при одновременном протекании теплообменивающихся сред тепло от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху передается через разделяющую их стенку. Также они снабжены вентиляторами, блочными горелками и шкафами управления. Теплогенераторы могут работать как на жидком топливе, так и на газе, являясь конструктивно идентичными, и отличаются только шкафом управления и горелкой.

 

Они имеют тепловую мощность не более 200 кВт, подача нагретого воздуха осуществляется со скоростью до 5 м³/час, КПД равен 90-92%. Теплогенераторы имеют большие габариты, в отличие от предлагаемых нашей компанией вихревых теплогенераторов (насосов-теплогенераторов,  тепловых гидродинамических насосов), что приводит к большим сложностям при подключении их в модернизируемые системы отопления и теплоснабжения.

 

Когенерационная установка

Когенерационные установки (КГУ) предназначены для параллельного получения электрической и тепловой энергии. Они позволяет использовать тепло, выделяемое при выработке электроэнергии. Когенерационная установка состоит из газового, газопоршневого и т.д. двигателя, генератора, системы отбора тепла и системы управления. Тепло получается из выхлопа, масляного радиатора и охлаждающей жидкости двигателя. Таким образом, тепловая энергия производится без дополнительного расхода топлива, а в среднем на 100 кВт электрической мощности получается 150 кВт тепловой мощности в виде горячей воды для отопления и горячего водоснабжения.

 

 

Когенераторные электростанции показали высокую эффективность в производстве дешевой электрической и тепловой энергии в диапазоне электрической мощности от 0,5 до 8 МВт. При меньших мощностях их использование становится неэффективным, а следовательно, они весьма ограничены в применении.

 

Электродный котел

Основным принципом получения тепла в электродном котле является пропускание переменного электрического тока через теплоноситель, в частности, воду.

 

Электродный котел представляет собой емкость с размещенными в ней электродами и действует подобно проточному водонагревателю. Главной особенностью всех электродных котлов высокий коэффициент полезного действия, порядка 96–98 %.

 

Вода в электродных котлах одновременно является и теплоносителем, и элементом электрической сети. Именно поэтому требования к воде по проводимости (чтобы существовал электрический ток) и по сопротивлению (во избежание короткого замыкания) весьма высоки. Для систем с электродными котлами иногда применяются и специальные составы.

 

Еще одной особенностью электродных котлов является его способность самонастраиваться в зависимости от заданной потребителем температуры теплоносителя и его количества в отопительном контуре. Это связано с уменьшением сопротивления теплоносителя по мере его разогрева. Электродные котлы отключаются от электрической сети при коротком замыкании, утечке теплоносителя и превышении заданной температуры.

 

Недостатки электродных котлов:

• Требуется квалифицированное обслуживание.
• В условиях ограничения по электрическим нагрузкам работа на номинальной (максимальной мощности) невозможна. В случае потепления на улице температура обратной воды возрастает и рабочий ток тоже, что может привести к срабатыванию тепловой защиты автоматического выключателя.
• Требуется водоподготовка теплоносителя по электропроводности и поддержание ее в необходимых параметрах.
• Ограничение по использованию антифризов в качестве теплоносителя по электропроводности, поскольку тосол имеет большое количество солевых присадок для уменьшения коррозии.
• При перегреве воды в котле выше 120 градусов происходит расплавление пластмассовых изоляторов особенно при нарушении циркуляции теплоносителя. При этом срабатывание температурной защиты, как правило, запаздывает.
• При понижении температуры на улице котел снижает мощность, а при повышении — увеличивает. Если мощность котла равна или ниже действительных теплопотерь, то при похолодании на улице возрастут теплопотери и температура обратной воды снизится. Электропроводность воды падает при понижении температуры воды и уменьшается рабочий ток.
• Существуют токи утечки, которые могут достигать 25% номинального тока.

Вихревые теплогенераторы (насосы-теплогенераторы, тепловые гидродинамические насосы) лишены вышеперечисленных недостатков: не требуют водоподготовки, не провоцируют возникновение токов утечки, просты и надежны в эксплуатации.

 

ТЭНовые котлы

ТЭНовые котлы относят к аппаратам косвенного действия, поскольку для нагрева теплоносителя в них используются электронагревательные элементы – ТЭНы.

 

Электроэнергия идет на нагрев ТЭНа, а он в свою очередь греет воду. ТЭН представляет собой прочную металлическую оболочку из стали, алюминия или титана, внутри размещается нихромовая спираль и контактные стержни. От оболочки спираль отделяется диэлектрическим наполнителем (периклазом (оксидом магния MgO) или кварцевым песком), который обладает хорошей теплопроводностью. Их концы герметизируются для предотвращения от попадания внутрь ТЭНов влаги.

 

По конфигурации ТЭНы разделяют на двухконцевые (контактные выводы расположены с двух сторон) и одноконцевые (контактные выводы расположены по одну сторону нагревателя).

 

Недостатками ТЭНовых котлов являются:

• очень неравномерный прогрев помещения,
• быстрое остывание обогреваемой среды,
• большой расход электроэнергии,
• постоянное нахождение человека в электрическом поле,
• выжигание кислорода,
• низкий срок службы.

Поскольку образование накипи на ТЭНе влечет за собой заметное снижение КПД и отказ котла, особые требования предъявляются к водоподготовке. В качестве теплоносителя рекомендуют применять либо специальную жидкость, либо дистиллированную воду. ТЭНы весьма ненадежны, поэтому при выборе котла следует обращать внимание на возможность замены ТЭНа, потому что чистка ТЭНов от накипи намного сложнее, чем очистка электродов.

 

При сравнимом уровне КПД инновационные вихревые теплогенераторы (насосы-теплогенераторы, тепловые гидродинамические насосы)  имеют высокий запас прочности, нетребовательны к качеству теплоносителя и просты в обслуживании.

 

Индукционные нагреватели

По своей конструкции индукционный нагреватель схож с трансформатором, у которого в качестве вторичной обмотки используется металлический теплообменник. Под воздействием переменного магнитного поля, которое создается магнитной системой, в металле теплообменника индуцируются токи и вызываюи его нагрев. Тепло от нагретых поверхностей теплообменника передается уже непосредственно нагреваемой среде. Таким образом, в индукционном нагревателе, нагреву подвергается не сама среда (теплоноситель) непосредственно, а существует посредник – металлическое тело – нагреватель среды.

 

Благодаря простоте и надежности конструкции и срок службы аппарата определяется практически только сроком службы электромагнитной катушки. Индукционный нагреватель применяется в замкнутых системах теплоснабжения, с использованием воды в качестве теплоносителя.

 

Создание индукционного котла, работающего на токах высокой частоты от преобразователя, позволило многократно снизить его габариты и вес. Для получения максимально возможного КПД и сведения магнитных полей вокруг котла к минимуму было решено применить тороидальную обмотку, намотанную на корпус котла, выполненного из двух вваренных одна в другую труб (рис. 1).

 

 

Индукционные нагреватели имеют высокий КПД, порядка 98% и по большинству свойств они существенно превосходят ТЭНовые и электродные нагреватели.

 

Системы «теплый пол»

Системы типа «теплый пол» берут начало в древнеримских банях, где нагретый воздух проходил по специальным каналам в каменном полу. До начала 20 века теплоносителем был только нагретый воздух, который под действием естественной тяги проходил по специальным каналам в полу, постепенно отдавая свое тепло гранитным плитам. С появлением насосов в качестве теплоносителя стали использовать воду, а потом стали распространяться системы с использованием нагревательных кабелей.

 

При использовании традиционного варианта устройства отопления «теплый пол», нагревательные приборы расположены вдоль стен. В помещении создаются конвекционные потоки, в которых нагретый воздух поднимается вверх, постепенно отдавая тепло, и, охлаждаясь, опускается к полу.

 

«Теплый пол» создает комфортную температуру в помещении не за счет нагрева всего объема помещения, а за счет распределения тепла наиболее естественным для человека способом. Дело в том, что касание ступнями нагретой поверхности пола в 25–28°C вызывает физиологическое ощущение комфорта, а относительно прохладный воздух на уровне головы — ощущение свежести. Это практически единственная система отопления, создающая подобный уровень комфорта.

 

В результате вся поверхность пола равномерно излучает тепло. При этом температура пола лишь на несколько градусов выше, чем температура воздуха, что создает мягкий и комфортный для человека обогрев.

 

Электрическая система «теплый пол» имеет следующие недостатки:

 

• сложность и дороговизна при монтаже.
• не применим для обогрева помещения в холодное время;
• необходим хороший теплоотвод – ковры могут создать предпосылки к перегреву и выходу из строя теплого пола,
• постоянное нахождение человека в электрическом и электромагнитном поле,
• значительное энергопотребление,
• значительные ограничения в использовании в больших помещениях

Подытоживая все вышесказанное, отметим, что в условиях ужесточающейся конкуренции и роста тарифов на источники энергии, вихревой тепловой генератор (насос-теплогенератор, тепловой гидродинамический насос) является весьма перспективным в качестве основы для систем теплоснабжения зданий и сооружений различной площади. И если Вы хотите, чтобы Ваша система отопления была экономичной и эффективной, мы поможем в решении этой задачи. Мы предлагаем качественные вихревые тепловые генераторы (насосы-теплогенераторы, тепловые гидродинамические насосы), полностью оснащенные системой автоматики и терморегулятором по разумной цене любой комплектации для Ваших нужд. У нас Вы найдете гибкий подход к каждому клиенту и ответственное отношение к работе.