Пластинчатые теплообменники в системах горячего водоснабжения. Снижение затрат при использовании новой схемы подключения теплообменника.

 Введение

Вы можете уменьшить свои затраты почти на 30% при закупке и монтаже теплообменного оборудования систем горячего водоснабжения для водяных тепловых сетей. Такую экономию дает применение пластинчатых теплообменников Ридан, подключаемых по новой схеме. Речь идет об использовании параллельной схемы с заниженной температурой «обратки», потребляющей аналогичное количество греющего теплоносителя, вместо двухступенчатых схем горячего водоснабжения.
Исторический экскурс

В российских условиях до недавнего времени в системах теплоснабжения применялись кожухотрубные теплообменники (типа ОСТ), в том числе и для приготовления горячей воды для населения. Их широкое применение обусловлено относительной простотой изготовления, они могли производиться в условиях практически любого механического производства. Однако когда речь заходит об их технических и эксплуатационных свойствах, то возникает масса вопросов о целесообразности их дальнейшего применения для водяных систем теплоснабжения.

Самые главные недостатки кожухотрубных теплообменников — это крайне низкий коэффициент теплопередачи и, как следствие, высокие массогабаритные показатели, для обеспечения высокого теплосъема требуется устанавливать многосекционные конструкции, имеющие большой вес и занимающие большую площадь. Это естественным образом сказывается на цене самих теплообменников, стоимости их монтажа и обслуживания.

Появление в 80-хгодах прошлого столетия в России пластинчатого теплообменника было подобно эффекту разорвавшейся бомбы. С одной стороны, взрывная волна пробила брешь в стене технической консервативности, и пластинчатый теплообменник заявил о себе как об эффективном средстве передачи тепла. Но были и пострадавшие от взрыва — те, кто обожглись на неправильном подборе или неграмотной установке теплообменника. Со временем нюансы сгладились, и пластинчатый теплообменник прочно занял свое место в Российских системах теплоснабжения.

Основной сферой применения пластинчатого теплообменника в коммунальном теплоснабжении на сегодняшний момент являются системы горячего водоснабжения, где он эффективно вытесняет устаревший кожухотрубный теплообменник.
Принципы построения существующих схем горячего водоснабжения

Сейчас в России существуют три основные схемы горячего водоснабжения, в которых используются теплообменники: параллельная одноступенчатая схема горячего водоснабжения; двухступенчатая смешанная схема горячего водоснабжения; двухступенчатая последовательная схема горячего водоснабжения.

Самая простая и самая недорогая — параллельная схема. Нагрев воды происходит в одном теплообменнике. Пластинчатый теплообменник горячего водоснабжения установлен параллельно системе отопления, последовательно с регулирующим клапаном. Регулирование осуществляется одним клапаном и заключается в поддержании постоянной температуры нагретой воды в зависимости от величины водоразбора. Схема простая и надежная. Однако при обычном подходе к подбору теплообменника (на температурный режим в точке «излома» температурного графика) для горячего водоснабжения эта схема самая неэкономичная в плане расхода греющего теплоносителя. По сравнению с двухступенчатой схемой объект, оборудованный параллельной схемой горячего водоснабжения, будет потреблять больше теплоносителя при тех же самых нагрузках. Использование такой схемы в масштабах города ведет к увеличению насосных станций и диаметров теплосетевых труб.

Для снижения расходов теплоносителя и, таким образом, затрат на его транспортировку российские инженеры разработали двухступенчатые схемы, позволяющие использовать тепло обратной воды системы отопления для предварительного подогрева исходной холодной воды. В основу положен принцип экономайзера и догревателя. В этом случае приготовление воды горячего водоснабжения ведется на двух теплообменниках. Пластинчатый теплообменник первой ступени устанавливается на обратном трубопроводе системы отопления последовательно с ней. Он работает как экономайзер. В нем холодная вода подогревается до 30—40°С, затем она подается во вторую ступень и догревается до требуемой температуры, обычно 60°С, горячим теплоносителем. Вторая ступень включается параллельно или последовательно системе отопления в зависимости от схемы.

Применение двухступенчатых схем позволяет при одинаковой нагрузке горячего водоснабжения экономить до 40% теплоносителя относительно его расхода для параллельной схемы. Это огромный плюс, так как помимо экономии теплоносителя в таких схемах температура «обратки» существенно ниже, чем требуется по температурному графику, что ведет к увеличению КПД источника тепла.

Однако по закону сохранения энергии: «есличто-тогде-топрибыло, то значит,что-тогде-тоубыло». Для работоспособности таких схем следует очень грамотно подбирать теплообменники, ведя увязку гидравлического режима системы горячего водоснабжения с системой отопления, поскольку первая ступень всегда включена последовательно системе отопления и является дополнительным «паразитным» сопротивлением для теплоносителя системы отопления. Неправильный подбор теплообменников горячего водоснабжения может привести не только к недостатку горячей воды у жителей, но и к плохой работе самой системы отопления, что в принципе может привести к аварийным ситуациям. Отсюда следует, что подбор оборудования для такой схемы горячего водоснабжения должен вести квалифицированный специалист, способный увязать ступени системы горячего водоснабжения между собой, с системой отопления и с регулирующим клапаном.

И естественно, двухступенчатые схемы горячего водоснабжения более дорогие, т. к. требуют для работы два пластинчатых теплообменника, затраты на монтаж также выше. Стоимость такой системы в 2—4 раза выше параллельной, в зависимости от соотношения нагрузок отопления и горячего водоснабжения. Такое удорожание в основном дает теплообменник первой ступени, особенно это заметно при малой величине соотношения нагрузок. В этом случае расход холодной воды невелик, но для его нагрева через первую ступень должен пройти большой расход теплоносителя из системы отопления и второй ступени. Соотношение расходов в этом случае может достигать пяти. Естественно, габариты/стоимость первой ступени растут при практически неизменной мощности.

Как видно, при всех плюсах двухступенчатых схем нагрева горячей воды существует и масса минусов. Ну, без этого в технике и не бывает. Как говорится, идеальных систем не существует. Но все-таки возникает вопрос: возможно ли создать такую систему горячего водоснабжения, которая сочетала бы в себе простоту и надежность эксплуатации параллельной схемы и экономию теплоносителя двухступенчатых схем? Попытаемся на него ответить.
Параллельная схема горячего водоснабжения с заниженной температурой «обратки»

Вернемся к началу статьи, где велась речь об эффективности пластинчатого теплообменника. Что если для параллельной схемы использовать теплообменник, рассчитанный, не как положено, на точку излома температурного графика, а с существенным занижением температуры обратной воды?

Такое занижение сразу позволяет эффективно снижать расход греющего теплоносителя. Начиная с температуры «обратки» в 25°С, разница в расходах для параллельной и двухступенчатой смешанной схем становится незначительной. Теперь попытаемся понять, что дает такое использование пластинчатого теплообменника, включенного по такой схеме.Во-первых, это простая параллельная схема,во-вторых, расход греющего теплоносителя максимально приближен или в некоторых случаях ниже, чем расход для двухступенчатой схемы.

Однако создание такой схемы возможно с использованием только пластинчатого теплообменника, так как попытка создать ее на кожухотрубных аппаратах ведет к увеличению числа секций и занимаемой ими площади и, конечно, стоимости, как для двухступенчатой схемы.

При сравнении стоимостных и технических показателей двухступенчатой смешанной схемы и новой параллельной схемы, рассчитанных на одни и те же условия работы, получаем, что экономический эффект Ваших капиталовложений от внедрения параллельной схемы горячего водоснабжения с переохлажденной «обраткой» растет с увеличением нагрузки горячего водоснабжения и в среднем равен25—30%. Кроме того, монтажные и эксплуатационные затраты на один теплообменник меньше, почти в два раза.
Резюме

Отказ от двухступенчатых схем и применение новой схемы горячего водоснабжения с заниженной температурой «обратки» позволяет Вам достичь следующего:
— существенно сэкономить средства (до 30%) на начальном этапе при закупке и монтаже пластинчатых теплообменников горячего водоснабжения;
— сохранить те же расходы теплоносителя, что и при использовании двухступенчатой схемы;
— упростить общую систему теплоснабжения: независимость системы отопления от системы горячего водоснабжения.

Учитывая рекомендации СП 41—101-95, при грамотном технико-экономическом обосновании можно подключать систему горячего водоснабжения по любой схеме, которая даст максимальный выигрыш в техническом плане и обеспечит потребность людей в горячей воде.

Прогресс не стоит на месте, и если новые энергоэффективные технологии позволяют решать старые проблемы, то их нужно использовать.