Низкотемпературные газовые водогрейные котлы | Viessmann
Низкотемпературные газовые котлы
Комплексное предложение Viessmann для хозяйственно-коммерческого применения включает в себя эффективные отопительные системы для экономичного снабжения теплом. К ним также относятся газовые котлы мощностью до 2000 кВт с высоким коэффициентом полезного действия.
Затраты энергии на отопление жилых и коммерческих сооружений в промышленных западных странах составляют примерно 40 процентов от общего потребления. Ввиду этого, существует огромный потенциал для экономии энергоресурсов, которые должны быть использованы с максимальной отдачей в современных технологиях отопления. Уже сегодня в мире используются различные высокоэффективные системы отопления, в том числе и газовые низкотемпературные котлы Viessmann, как во множестве жилых домов, так и на многих промышленных объектах.
От памятника архитектуры до крупного объекта промышленности, обширного жилого или коммерческого комплекса: для самых разных задач Viessmann всегда располагает необходимыми инновационными решениями для отопления. Благодаря большому опыту и бережности обращения с энергетическими ресурсами, наши системы отопления активно способствуют защите климата.
Компания Viessmann разработала целый ряд низкотемпературных газовых котлов для использования в больших зданиях, торговых и промышленных предприятиях. Одним из них является Vitoplex 300. Он представляет собой трехходовой котел, третий ход которого выполнен из специальных трехслойных труб с оребрением. Благодаря этому теплосъем в трубах третьего хода получается в 2,5 раза больше, чем у гладких туб. За счет большого топочного пространства и поверхностей теплообмена, а также многослойных труб третьего хода с распределенным теплосъемом котел имеет высокий КПД, длительный срок службы и малый процент выбросов в окружающую среду.
Газовые низкотемпературные котлы для различных условий и требований
Разнообразие программы Vitoplex, дифференцированное технически и по цене сериями 300, 200 и 100, гарантирует, что правильное решение доступно для каждого случая и бюджета. У всех них есть одно общее: высокое качество, которым известен Viessmann. Котел Vitorond вступает в игру, когда котел должен быть доставлен к месту установки отдельными частями, что особенно актуально в условиях ограниченного пространства.
Vitorond 200
Низкотемпературный чугунный водогрейный котел для жидкого и газообразного топлива Трехходовой котел, номинальная тепловая мощность: от 125 до 270 кВт, для многоквартирных домов, крупных жилых зданий, промышленности, коммунального хозяйства, нового строительства и модернизации
Vitoplex 200
Низкотемпературный водогрейный котел для работы на жидком и газообразном топливе, трехходовой котел, номинальная тепловая мощность: от 90 до 1950 кВт, для многоквартирных домов, крупных жилых зданий, промышленности, коммунального хозяйства, нового строительства и модернизации
Vitoplex 300
Низкотемпературный водогрейный котел для работы на жидком и газообразном топливе, трехходовой котел, номинальная тепловая мощность: от 90 до 2000 кВт, для многоквартирных домов, крупных жилых зданий, промышленности, коммунального хозяйства, нового строительства и модернизации
Буква Н — Низкотемпературный котёл
Низкотемпературный котёл – традиционный ( не конденсационный) котёл, газовый тракт которого защищён от низкотемпературной коррозии его поверхностей (см.
«низкотемпературная коррозия газового тракта»).
В низкотемпературных котлах эта защита выполняется двумя способами:
- выбором коррозионностойкого материала, каким является, например, чугун. Следовательно, все чугунные отопительные котлы априори являются «низкотемпературными». В некоторых случаях используется и другой конструкционный материал, известный своей коррозионной стойкостью – нержавеющая сталь типа AISI 316. Но дороговизна этого материала, тем более для изготовления целого промышленного котла, делает его такое использование нерентабельным. Следует правда отметить, что существуют гибридные конденсационные котлы, представляющие собой сборку стального традиционного котла с пристроенным утилизатором тепла уходящих газов в виде конденсатора, выполненного из нержавеющей, стали;
- устранением контакта «холодных» стенок стального котла за счёт их «экранирования». Конструктивные варианты последнего достаточно разнообразны. Так, например, компания UNICAL (Италия) в камерах сгорания (жаровых трубах) двухходовых бытовых котлов RECAL (мощностью 21- 70 кВт) устанавливает «горячую» вставку – цилиндрическую цельносварную «гармошку» треугольных рёбер (материал – жаростойкая нержавеющая сталь).
В итоге, котлы TRISTAR, оставаясь «стандартными» по температуре «обратки» (не ниже 54°С при работе на солярке и не ниже 59°С на газе), по условиям работы “хвостовых» поверхностей нагрева являются «низкотемпературными» — они рассчитаны на работу с температурой уходящих газов не выше 80… 100°С. В итоге, КПД котлов TRISTAR составляет 95… 96% — высший уровень эффективности для неконденсационных котлов (класс «три звезды» согласно нормам CEE 92/42)Понятно, что низкотемпературные стальные котлы «конструктивно» сложнее и, потому, дороже традиционных, но их применение несёт несомненные эксплуатационные и экономические преимущества.
Следует лишь отметить, что полное использование возможностей низкотемпературного котла требует и отличного от варианта установки традиционного котла отношения к выбору материалов/конструкции дымового тракта котла, включая и дымовую трубу.
Ознакомившись с информацией, можно выбрать оптимальный вариант отопления и ГВС: бойлеры tml, котлы бакси и др.
Преимущества низкотемпературных систем отопления
Низкотемпературные системы отопления являются основным направлением всех бытовых систем отопления.
Это то, что требуется, если мы хотим установить больше тепловых насосов, но также имеет огромные преимущества по сравнению с установками газовых котлов и прокладывает путь к другим более чистым источникам.
Что мы подразумеваем под «системой низкотемпературного отопления»?
Ну, мы не имеем в виду, что в доме холодно, мы просто имеем в виду, что комфортная температура в доме достигается при наличии относительно прохладной системы отопления.
Таким образом, вместо радиаторов на 70°C ваши радиаторы могут работать при температуре от 25°C до 50°C, но при этом обеспечивать комфорт и даже улучшать его. Низкотемпературные системы отопления , как правило, не превышают 35-55°C для обогрева помещений. В настоящее время это абсолютно достижимо для большинства систем отопления в Великобритании, однако в этой статье мы имеем в виду преимущества работы любой системы при температуре ниже, чем она работает в настоящее время.
Важно отметить, что в идеале они также должны иметь низкую температуру в пределах вашего источника тепла. Эти два не обязательно идут рука об руку.
Есть 3 способа получить низкотемпературную систему отопления . Увеличенные размеры излучателя (радиатора), усиленная изоляция и низкотемпературный контроль. Все они будут работать по отдельности, но лучший способ максимально снизить температуру и извлечь выгоду из всех перечисленных ниже атрибутов — реализовать их вместе.
Однако наиболее важной и простой частью является правильная настройка и использование регулирующих элементов управления, таких как погодная компенсация или компенсация нагрузки. Это даст вам максимальную отдачу от следующих преимуществ.
Замедление скорости коррозии
После того, как ваша система запущена и работает, ваша основная битва начинается с коррозии. В основном это происходит из-за радиаторов, которые откладывают грязь в воду системы. Это создает такие проблемы, как повреждение насоса и клапанов, образование накипи в главном теплообменнике в случае газовых котлов, проблемы с балансировкой и снижение эффективности эмиттера.
Коррозия – это химическая реакция. Как и в любой химической реакции, чем горячее химическое вещество, тем быстрее реакция. Это связано с тем, что при нагревании любая молекула возбуждается и вибрирует с более высокой частотой. Это увеличивает его «скорость столкновения» с другими химическими веществами, с которыми он может реагировать, и, в свою очередь, увеличивает скорость химической реакции.
Фактически, существует эмпирическое правило, согласно которому скорость коррозии металла удваивается при повышении температуры на каждые 10 °C. Так, например, если скорость коррозии составляет 10 МПа (милов в год) при 50°C, ожидайте, что она составит 20 МПа при 60°C.
Основной переменной здесь является уровень кислорода. Кислород является активным ингредиентом коррозии, отсюда и термин «окисление». Это становится очевидным, когда мы сравниваем открытые вентиляционные системы с герметичными системами.
В системе с открытой вентиляцией вода быстро снижает содержание «растворенного кислорода» по мере того, как система нагревается выше 80°C.
Тот факт, что он открыт для атмосферы, означает, что этот кислород может покинуть систему, и поэтому после этой температуры скорость коррозии начинает быстро падать.
В герметичной системе, однако, тот факт, что она находится под небольшим давлением, увеличивает температуру насыщения кислородом, поэтому кислород остается в воде. Тот факт, что система герметична, также не дает кислороду деваться, поэтому скорость коррозии неуклонно возрастает.
Большинство современных систем будут работать при максимальной температуре подачи 80°C и обратки 60°C, что даже не приведет к уменьшению коррозии. На самом деле, скорость коррозии в открытой вентиляционной системе не снизится до тех пор, пока температура потока не поднимется почти до 90oc и никогда для герметичной системы.
Коррозию никогда нельзя остановить, ее можно только замедлить , и минимизация температуры потока делает именно это.
Меньше теплового удара для системы
Все материалы подвержены термическому напряжению, но некоторые больше, чем другие.
В котлах и отопительном оборудовании выбираются компоненты, выдерживающие высокие температуры, но проблема заключается в обратном охлаждении и повторном нагреве.
Этот повторяющийся нагрев и охлаждение могут привести к трещинам в материалах. Особенно там, где контактируют два материала с разными тепловыми характеристиками из-за разной скорости их расширения. Это одна из причин, по которой некоторым инженерам нравится видеть в котлах только латунь и медь, а также отрицание возможности создания композита, способного выдерживать температуру в той же степени.
Этот нагрев и охлаждение также могут вызвать высыхание смазанных маслом механических компонентов и износ резиновых уплотнений в соединениях и клапанах. Вы можете заметить аналогичные эффекты в других материалах, которые остаются снаружи, особенно в резине.
Разумеется, выбираются материалы, менее подверженные этому. Но если вы работаете при более стабильных более низких температурах, это даст еще больше долговечности до того, как потребуется ремонт, что является повышением эффективности в реальном выражении.
Лучше использовать расширительный бак
Расширительный бак компенсирует тепловое расширение воды при ее нагревании. Они имеют внутреннюю резиновую мембрану и наполнены воздухом, который со временем истощается.
При работе охладителя системы будет меньше проникновения воды из системы в сосуд, и поэтому сосуд будет меньше изгибаться. Это будет означать, что мембрана прослужит дольше до разрыва, а также будет медленнее разряжаться. Сохранение резины при более стабильной и более низкой температуре также полезно для здоровья из-за термического напряжения, упомянутого выше.
Снижает кавитацию и защищает системный насос
Кавитация — это процесс, при котором ваш насос для отопления эффективно кипятит воду на входе из-за низкого давления. Это приводит к напрасной трате энергии, запуску насоса и выходу из строя насоса, что приводит к отказу насоса , а также к шуму.
Снижая температуру отопительной воды, вы уменьшаете этот процесс кипения. Эта кавитация также происходит на фитингах внутри системы. Кроме того, когда вы снижаете мощность котла, при условии, что у вас есть внутренний насос котла, ваш насос замедляется, еще больше уменьшая кавитацию. Скоро будет статья о кавитации…
Чистее и безопаснее Воздух в доме
Несмотря на то, что они называются «радиаторами», большая часть тепла от радиатора на самом деле передается конвекцией, а не излучением. На самом деле заявлено, что 80% тепла от радиатора передается конвекцией. На самом деле соотношение лучистого и конвекционного тепла зависит от температуры радиатора. Эта конвекция втягивает воздух через радиатор и распространяет тепло по комнате, создавая конвекционный поток.
Когда воздух втягивается вверх по поверхности радиатора и через конвекционные ребра радиатора (вы знаете, ту область, которая полна пыли и паутины, которую редко когда-либо убирают), он может выбрасывать в воздух огромное количество аллергенов.
Эти аллергены в основном состоят из омертвевшей кожи, экскрементов пылевых клещей, мертвых пылевых клещей, плесени, шерсти/кожи/клещей и т. д., если присутствуют домашние животные.
Хуже всего экскременты пылевых клещей, хотя около 10 % населения имеют значительную аллергию на них, что вызывает одну из самых тяжелых аллергий и, в частности, детскую астму.
Высокотемпературный нагрев также имеет тенденцию высушивать воздух, что может усугубить проблемы у людей с экземой или проблемами с дыханием.
Даже незначительное понижение температуры излучателя значительно меняет способ передачи тепла от конвекции к более лучистому теплу, которое оседает в воздухе. Важный, особенно если домохозяйство имеет уязвимое или чувствительное к аллергенам место жительства.
Меньшие потери тепла через трубы в неотапливаемых помещениях
Теплопередача создается за счет DT (перепада температур). Чем шире этот ДТ, тем эффективнее будет передаваться тепло. Трубопроводы, которые проходят под подвесными полами и чердаками, особенно если они горячие, будут отводить тепло в области, которые не обязательно в нем нуждаются.
Хотя это и не так эффективно, как изоляция трубопроводов, их эксплуатация при более низкой температуре приводит к снижению тепловыделения. Более того, если прибор работает в режиме пониженной модуляции, это также часто приводит к относительному замедлению скорости насоса. Это снижает скорость потока и еще больше снижает теплопередачу из-за более «ламинарного потока». Еще один очень небольшой выигрыш, но все они складываются.
Меньший шум/скрип в системе
Проблема не в высоких температурах, а в отсутствии футеровки труб и должной осторожности при монтаже. Но если у вас шумная и скрипучая система, вполне вероятно, что скрип возникает из-за расширения и сжатия длинных участков труб и фиксаторов радиатора.
В двухпозиционных высокотемпературных системах эти длинные участки труб будут постоянно расширяться и сжиматься, что приводит к трению половиц и балок. Более стабильная работа системы и охлаждение сведут к минимуму это движение.
Точно так же радиаторы щелкают при расширении.
Они скользят по зажимам, которые их удерживают, вызывая «тикающий шум», опять же, здесь помогает системный кулер.
Комфорт при более низкой комнатной температуре
Есть много причин, по которым низкотемпературные системы более удобны, и вам будет трудно найти кого-то, кто живет с ними и не согласен. Для этого есть 4 основные причины, наиболее важной из которых является увеличение лучистого тепла.
Лучистое тепло
Лучистое тепло — странная штука. Ему не нужна среда для путешествия. На самом деле это то, как солнце нагревает землю через космический вакуум.
По сути, это световая волна (инфракрасная). Он движется по прямым линиям, и как только они ударяются о поверхность, они заставляют поверхность вибрировать с той же частотой, что и источник.
Лучистое отопление в помещении нагревает стены и мебель, которые, в свою очередь, излучаются обратно в комнату.
Если вы входите в комнату с низкой температурой воздуха, вы также можете излучать обратно в эту комнату, вызывая у вас холод.
Однако при более лучистом нагреве стены и излучатели будут излучать обратно к вашему телу и одежде, заставляя вас чувствовать себя теплее, чем если бы у вас просто не было или мало лучистого тепла.
Конечно, они немного выравнивают воздух, но это заметно и приводит к менее сухому воздуху.
Повышенный комфорт за счет снижения теплового градиента в помещении и стабильной мощности излучателя.
Другим заметным эффектом более низкой температуры нагрева в помещении является уменьшение теплового градиента. Когда помещение обогревается более холодным излучателем, используется большее количество лучистого тепла, которое, как уже упоминалось, распространяется прямолинейно.
Инфракрасный свет встречается с поверхностями в комнате и нагревает их, после чего эта поверхность излучается обратно в комнату. В результате помещение прогревается более равномерно.
Радиатор с большей конвекцией нагревает воздух до температуры выше комфортной. По мере охлаждения воздух будет опускаться на другую сторону комнаты, такие предметы, как диваны и кровати, могут нарушить этот поток.
Природа высокой температуры, включение/выключение нагрева заключается в том, что радиатор также пульсирует. Комната будет превышать выбранную комнатную температуру, а затем будет ниже, прежде чем обогрев снова включится.
Система с более низкой температурой может свести к минимуму этот эффект «занижения и превышения» и даже просто согласовать подачу тепла от системы с требуемым теплом. иметь хорошую удобную устойчивую комнату.
Все это означает, что комфорт можно получить при более низких температурах, а снижение температуры приводит непосредственно к экономии счетов за топливо.
Безопаснее
Высокотемпературные радиаторы и открытые трубопроводы явно представляют угрозу безопасности для уязвимых лиц и даже в меньшей степени, если произойдут какие-либо инциденты.
Накипь
Накипь в газовых котлах возникает, когда железо из радиаторов или накипь из магистрали холодной воды вступают в контакт с горячей поверхностью котла. Они могут затвердевать и образовывать прочный изолирующий слой, который очень трудно удалить.
Говорят, что 1 мм накипи снижает эффективность на 5%. Более тревожным аспектом является то, что большинство людей вряд ли даже узнают об этом падении эффективности, пока не столкнутся с проблемами, которые могут возникнуть гораздо позже.
Более эффективное сгорание / Теплопередача и более чистые выбросы (газовые, жидкотопливные и газовые котлы)
Теплопередача является произведением дельта Т (разность температур). Чем шире разница температур между двумя веществами, тем эффективнее теплопередача и менее эффективен любой изолирующий слой между ними. Это называется «коэффициентом теплопередачи».
Котлы горят между 900 ° ° C и 1200 ° ° C, и чем ниже мы можем получить температуру воды в системе ниже этого значения, тем выше коэффициент теплопередачи нашего теплообменника.
Существует много информации о коэффициентах теплопередачи, но она немного выходит за рамки того, что мы здесь рассматриваем.
Кроме того, при использовании модулирующего управления для достижения низких температур котел проводит больше времени в модулированном состоянии.
Это эффективно увеличивает размеры камеры горелки и теплообменника.
Это дает больше места для эффективного перемешивания и получения более чистого горения. Это проявляется в более низких показаниях нежелательного угарного газа, когда инженеры-теплотехники измеряют показания горения при нижнем пламени. (Также может быть связано с повышенным избытком воздуха)
Это также дает более холодную камеру сгорания и, в свою очередь, меньше вредных выбросов NOx, нежелательного побочного продукта, создаваемого чрезмерно горячим сгоранием. Это модулированное состояние также имеет преимущества, заключающиеся в меньшем количестве остановок/запусков котла, а также целый ряд других преимуществ. Подробнее о преимуществах модуляции котла можно прочитать здесь.
Это также дает большую площадь поверхности теплообменника по сравнению с подводимым теплом для поглощения тепла. Это гарантирует, что как можно больше тепла от сгорания будет извлечено до того, как газ будет выброшен наружу.
Это снижает потери дымовых газов.
Снижение потерь дымовых газов/потерь дымовых газов (все котлы)
На каждый градус дымовых газов выше желаемой комнатной температуры мы теряем потенциальную энергию , которую можно было бы использовать в нашей собственности. Чтобы добиться фактического выравнивания этих температур, потребуются совершенно непрактичные размеры радиатора и теплообменника.
Однако, как упоминалось выше, мы можем получить именно это, понизив мощность котла. Давая больше времени дымовым газам контактировать с теплообменником и отдавать свое тепло.
Современные строительные нормы для изоляции означают, что конструкция радиатора 40 30 (очень низкотемпературная система) не является полностью невозможной. Если этого удастся достичь, в межсезонье мы теоретически сможем сократить потери дымовых газов до 1%.
Имейте в виду, что это не учитывает неэффективность циклов котла или неэффективность сгорания, которые рассматриваются в других статьях.
Этот график также представлен в нетто-значениях (в Европе), а не в брутто-значениях, которые мы обычно используем в Великобритании.
КПД котла обычно рассчитывается на основе состава топлива, условий сжигания и «потерь дымовой трубы». Потери в дымовых трубах представляют собой тепло, выходящее из котла через дымоход. Существует два типа потерь дымовых газов: «сухие потери дымовых газов» и «потери дымовых газов из-за влаги».
При измерении сухих дымовых газов вы измеряете потери «явного тепла». Это вся тепловая энергия, выходящая из дымохода выше температуры окружающей среды или температуры обратной воды. Сюда не входят потери энергии из-за влаги в дымовых газах.
«Потери дымовых газов из-за влаги» относятся к «скрытой» теплоте дымовых газов, которая теряется при образовании пара/водяного пара (испарение) в процессе горения.
Эти потери дымовых газов из-за влаги могут быть повторно уловлены путем повторной конденсации водяного пара обратно в жидкость. Для этого мы используем конденсационные котлы.
При наличии конденсационного котла более низкая температура теплообменника означает, что в котле будет больше конденсации. Вода, возможно, является неожиданным побочным продуктом сгорания. Но если мы посмотрим на химическое уравнение горения, оно обретет смысл.
Ch5 + 2O2 —> 2h3O + CO2 + Heat
В старых неконденсационных котлах эта вода выходила из котла через дымоход в виде водяного пара. На создание водяного пара (он же парообразование) уходит до 11 % ценной энергии. Повторная конденсация этого пара в старых котлах может привести к ржавчине и разрушению внутренних частей котла.
С 2005 года современные «конденсационные котлы» стали обязательными в Великобритании.
Эти котлы могут охлаждать дымовые газы до температуры ниже 57 ° с, и при этом водяной пар переконденсируется обратно в жидкую воду.
Это изменение состояния с водяного пара на жидкую воду повторно выделяет тепло. Чем ниже мы можем получить эти температуры дымовых газов, тем больше скрытого тепла мы повторно поглощаем.
Каждый литр собранной конденсированной воды утилизирует дополнительно 0,65 кВт энергии, которая в противном случае попала бы в атмосферу. Более глубокое объяснение доступно в нашей статье о теории конденсации.
Это хорошо видно на графике ниже, показывающем более низкие температуры обратного потока, связанные с более высокой эффективностью.
Этот конденсат не только повышает эффективность, но и очищает теплообменник, обеспечивая чистые пути дымовых газов и максимальную теплопередачу.
Следует отметить, что этот график относится только к природному газу. максимальная эффективность конденсации для масла, например, составляет 6%. Другие источники также имеют более низкие температуры конденсации, что затрудняет восстановление потерянной энергии.
Улучшенный КПД для тепловых насосов
Хотя здесь меньше переменных и сложностей, гораздо более эффективна работа тепловых насосов при как можно более низкой температуре.
Тепловой насос, работающий от радиаторов при температуре 55 °C, может потреблять на 40 % больше электроэнергии, чем система при температуре 40 °C.
И все мы знаем, сколько стоит электричество.
Это связано с соотношением температуры и давления, на которое полагаются тепловые насосы. То есть чем выше давление газообразного хладагента, тем выше температура этого газообразного хладагента.
Меньшие эмиттеры и радиаторы или запрос на более высокую температуру для потребности в горячей воде будут означать, что компрессору придется работать с большей нагрузкой, чтобы увеличить температуру газа в холодильнике. Даже небольшое увеличение давления приводит к непропорционально большему использованию мощности из-за правила квадратов, которое мы упоминали в других статьях.
Не забудьте подписаться на нашу рассылку , чтобы получать наши последние статьи!
Оценка вариантов низкотемпературного водяного отопления | Консалтинг — инженер-специалист | Consulting
Джордж Маршалл, PE, EYP Architecture & Engineering, Олбани, штат Нью-Йорк, 27 октября 2016 г.
Цели обучения:
- Поймите, что требования энергоэффективности вывели проектирование ОВКВ на новый уровень.
- Ознакомьтесь с различными продуктами и системами, которые помогают повысить эффективность систем водяного отопления.
- Анализ низкотемпературного горячего водоснабжения (LTHW) и его преимуществ.
От костров, которые мы используем, чтобы согреться, до современных конденсационных котлов, отопление обычно требует сжигания чего-либо для получения тепловой энергии. Десятилетия назад нефтедобывающая инфраструктура Соединенных Штатов, использовавшаяся для подпитки Второй мировой войны, после войны осталась на месте, а дешевой нефти было в изобилии. К этому времени (с конца 1940-х до начала 1950-х годов) американцы решили, что больше не хотят подбрасывать уголь в котел или печь; было намного проще просто отрегулировать термостат и сжечь масло. Затем многие угольные чугунные котлы были модернизированы мазутными горелками, чтобы создать это удобство.
Большинство из этих ранних систем отопления (коммерческих и жилых) были паровыми системами низкого давления и более ранними гидравлическими системами с гравитационным питанием, некоторые из которых все еще работают сегодня.
С 1970-х годов промышленность стала больше полагаться на водяные системы отопления, обычно представляющие собой комбинацию оборудования, работающего на нефти и газе. В этих системах использовалась температура от 180 до 200°F (с перепадом температур 20°F), нагревалась горячая вода для всех оконечных устройств (включая кондиционеры, фанкойлы, вентиляторы и тепловентиляторы). Революционные в то время, они обычно достигали диапазона эффективности 80% для водяных систем отопления с атмосферными котлами или котлами с принудительной тягой. Некоторые из этих котлов могут даже приблизиться к порогу годовой эффективности использования топлива (AFUE) в 82%, но их сдерживала более высокая температура возвратной воды, необходимая для предотвращения образования конденсата в котлах.
Энергоэффективность
За последние 15 лет в отрасли HVAC произошел резкий переход от традиционных котлов и другого оборудования HVAC ко всему и всему, характеризующемуся высокой эффективностью. В первую очередь это касается двигателей, использования частотно-регулируемых приводов (ЧРП), чиллеров, конденсаторных агрегатов, котлов, печей, рекуперации тепла и средств управления. Интересно, что новые энергетические кодексы имеют строгие требования к эффективности двигателей и охлаждающего оборудования, но многие из них еще не используют весь потенциал современной конструкции котлов. Например, Международный кодекс энергосбережения 2012 г. (с поправкой 2014 г.) по-прежнему разрешает использование газовых котлов и печей с AFUE на уровне 78%. Понятно, что для небольших паровых котлов допустима работа в этом диапазоне, но не для крупной установки.
Существует огромное количество возможностей и стратегий повышения общего энергопотребления здания. Например, изобретение и широкое внедрение устройств прямого цифрового управления (DDC) и частотно-регулируемых приводов — это сбывшаяся мечта инженера, позволяющая ему или ей разработать последовательность операций управления, которая ограничена только воображением.
Рекуперация тепла — еще один способ, благодаря энтальпийным колесам и высокопроизводительным гидравлическим базовым системам рекуперации тепла с эффективностью 75%, которые теперь широко доступны.
Сегодняшние отраслевые модные словечки включают в себя «чистое нулевое энергопотребление» (NZE) и «высокоэффективное проектирование зданий» (HPBD), которые учитывают не только проектирование механических систем, но и здание в целом, включая конструкцию ограждающих конструкций, исследования естественного освещения, светодиодное освещение. , потребление воды и т. д. Этот тип целостного подхода чаще всего запрашивается клиентами в упреждающей попытке сэкономить деньги и улучшить общую производительность здания и жильцов. Например, типичный владелец офисного здания на северо-востоке США 10 лет назад был бы рад использовать от 80 до 120 кБТЕ/кв. фут в год. Сегодня ожидается, что одно и то же здание будет потреблять всего от 30 до 60 кБТЕ/кв. фут в год.
Несмотря на все наши достижения и инновации, большую часть времени нам все еще приходится что-то сжигать, чтобы преодолеть разрыв и соответствовать идеалу NZE.
Это возвращает нас к конденсационному котлу. Благодаря постоянно расширяющейся общенациональной сети природного газа у нас есть экологически чистое топливо, которое можно эффективно использовать в конденсационных котлах. Используя оборотную воду с более низкой температурой, мы можем эффективно улавливать больше скрытого тепла при работе котла в конденсационном режиме.
Чтобы воспользоваться этим потенциалом энергосбережения, инженеры и проектировщики должны изменить свое отношение к температуре отопительной воды. Примером может служить недавний технический проект для нескольких различных типов крупных коммерческих зданий, использующих низкотемпературное горячее водоснабжение 130 ° F с дельтой T от 20 ° до 30 ° F, в отличие от традиционного водоснабжения 180 ° F. Это небольшое конструктивное изменение повышает общую эффективность котельной установки с 80% до 9%.0 с, в зависимости от мощности котла и температуры отопительного водоснабжения (ГВС).
КПД котла
Чем ниже температура обратной воды, тем выше КПД котла.
Некоторые производители котлов фактически включили в котел двойное обратное соединение для обеспечения возврата отопительной воды и возврата бытового водонагревателя или системы снеготаяния, что еще больше снижает общую температуру обратной воды в котел. Кроме того, работа нескольких котлов с более низкими скоростями сжигания для соответствия нагрузке может привести к повышению эффективности котельной на целых 2%.
К осложнениям использования низкотемпературной горячей воды (LTHW) относятся проблемы проектирования, эксплуатации и увеличение стоимости терминального оборудования. На сегодняшний день одной из наиболее серьезных проблем/препятствий при проектировании является выбор и получение наиболее эффективного оборудования. Большинство основных производителей вентиляционных установок (AHU) могут выбрать змеевик с помощью LTHW.
Некоторые производители боксов с переменным объемом воздуха (VAV) используют змеевики большего размера, для которых обычно требуется переход в конце бокса (что увеличивает общий размер VAV) или установка змеевика в воздуховоде.
Тепловентиляторы, нагреватели шкафов, змеевики воздуходувки и фанкойлы должны быть увеличены в размерах, чтобы использовать увеличенную площадь змеевиков и уменьшенные скорости вентиляторов для получения проектной мощности. В некоторых случаях команда проектировщиков должна затем использовать небольшие кондиционеры вместо фанкойлов/нагнетательных змеевиков, чтобы получить желаемую выходную мощность. Поскольку LTHW требует более крупных катушек/терминалов, стоимость оборудования немного выше.
Тем не менее, крайне важно соблюдать осторожность при использовании конвекторов, радиаторов с ребристыми трубами и панельных радиаторов при применении LTHW, поскольку выходная мощность этого оборудования, использующего LTHW, обычно не указана или не может быть получена. Вот почему большинство систем LTHW (за исключением систем теплого пола или систем снеготаяния), как правило, представляют собой системы на стороне воздуха.
Использование воды с температурой 180°F обеспечивает очень высокие температуры на змеевиках.
Это желательно, так как позволяет уменьшить площадь поверхности змеевика, создавая при этом встроенный коэффициент безопасности, чтобы компенсировать те мгновенные часы, когда наружная температура падает ниже данных о погоде ASHRAE. Системы LTHW, с другой стороны, производят очень низкие температуры приближения и эффективно устраняют этот встроенный фактор безопасности. Тщательная перепроверка расчетов и выбора оборудования обычно удерживает проектировщика в стороне, но всегда есть другие факторы, связанные со строительством, которые потенциально могут поставить под сомнение или даже нарушить хороший проект системы. Именно здесь система управления и хорошо продуманная стратегическая последовательность операций могут спасти положение.
С точки зрения эксплуатации, в большинстве случаев здание LTHW будет работать в соответствии с проектом до тех пор, пока температура наружного воздуха (OA) не упадет на 10–30°F ниже проектной температуры OA. Чтобы компенсировать эти несколько часов в год, инженеры должны рассмотреть возможность постепенного повышения температуры системы управления до температуры LTHW, чтобы соответствовать нагрузке на здание.
Другие стратегии включают в себя разрешение блокам VAV на мгновение плавать выше их минимальной уставки и более ранний запуск утреннего прогрева. Это незначительное отклонение в работе дает значительные преимущества и не создает каких-либо заметных потерь энергии.
LTHW быстро становится отраслевым стандартом, побуждая производителей оборудования перепроектировать свое оборудование для удовлетворения будущих потребностей системы. Кроме того, большинство газоснабжающих компаний и государственных органов по энергетике предлагают скидки, чтобы помочь компенсировать увеличение стоимости систем при использовании LTHW. Эти системы LTHW могут эффективно повысить эффективность котельной на целых 15%, в зависимости от исходного сравнения.
Это значительный вклад в HPBD в отношении снижения стоимости энергии и сокращения выбросов углекислого газа. Системы распределения пара и высокотемпературной горячей воды центрального кампуса начинают становиться децентрализованными, используя этот потенциал.