Рис. 1
В российских условиях до недавнего времени применялись кожухотрубные теплообменники (типа ОСТ) в системах теплоснабжения, в том числе и для приготовления горячей воды для населения. Широкое применение их 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 дальнейшего их применения для водяных систем теплоснабжения.
Самые главные недостатки кожухотрубных теплообменников — это крайне низкий коэффициент теплопередачи и, как следствие, высокие массогабаритные показатели, т.е. 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-х гг. 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. Конечно, со временем нюансы сгладились, и пластинчатый теплообменник прочно занял свое место в российских системах теплоснабжения, где он эффективно вытесняет устаревший кожухотрубный теплообменник.
Сейчас в России существуют три основные схемы горячего водоснабжения (ГВС), в которых используются теплообменники: параллельная одноступенчатая, двухступенчатая смешанная и двухступенчатая последовательная (рис. 1).
Самая простая и, соответственно, самая недорогая — это параллельная схема. Нагрев воды происходит в одном теплообменнике. Теплообменник ГВС установлен параллельно системе отопления последовательно с регулирующим клапаном. Схема простая и надежная. Однако при обычном подходе к подбору теплообменника (на температурный режим в точке «излома» температурного графика) для ГВС эта схема самая неэкономичная в плане расхода греющего теплоносителя, т.е. по сравнению с двухступенчатой схемой объект, оборудованный параллельной схемой ГВС, будет потреблять больше теплоносителя при тех же самых нагрузках.
Для снижения расхода теплоносителя и соответственно 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 согревателя, т.е. приготовление воды горячего водоснабжения ведется на двух теплообменниках. 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 подогретая вода подается во вторую ступень и согревается 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 ГВС экономить до 40 % теплоносителя относительно его расхода для параллельной схемы.
Однако по закону сохранения энергии: «если что-то где-то прибыло, то значит, что-то где-то убыло». Для работоспособности таких схем следует очень грамотно подбирать теплообменники, ведя увязку гидравлического режима системы ГВС с системой отопления, т.к. всегда первая ступень включена последовательно системе отопления и она является дополнительным «паразитным» сопротивлением для теплоносителя системы отопления. Неправильный подбор теплообменников ГВС может привести не только к недостатку горячей воды ужителей, но и к плохой работе самой системы отопления, что в принципе может вести к аварийным ситуациям. Отсюда следует, что подбор оборудования для такой схемы ГВС должен вести квалифицированный специалист.
И естественно двухступенчатые схемы ГВС более дорогие, т.к. требуют для работы два теплообменника, кроме того затраты на монтаж двухступенчатой схемы ГВС также выше. Ее стоимость относительно параллельной схемы выше в 2–4 раза в зависимости от соотношения нагрузок отопления и ГВС. Такое удорожание в основном дает теплообменник первой ступени, особенно это заметно при малой величине соотношения нагрузок.
Как видно, что 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.
Вернемся к началу статьи, где шла речь об эффективности пластинчатого теплообменника. Что если для параллельной схемы использовать пластинчатый теплообменник, рассчитанный не как положено на точку излома температурного графика, а с существенным занижением температуры обратной воды? Причем 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 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 возможность создания такой схемы появилась только с появлением пластинчатого теплообменника, т.к. попытка создать ее на кожухотрубных аппаратах ведет к увеличению числа секций и соответственно к стоимости и занимаемой ими площади не менее чем 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 по капиталовложениям от внедрения параллельной схемы ГВС с переохлажденной «обраткой» растет с увеличением нагрузки ГВС и в среднем равен 25–30 %.
Рассмотрим более подробно экономическую выгоду от реализации данной схемы. Первое, что мы можем видеть при реализации схемы с заниженной обраткой это — экономия капитальных вложений. Экономия составляет по сравнению с:
❏ моноблоком — до 20 %;
❏ двухступенчатой схемой — до 30 %.
Снижение капиталовложений также ведет к уменьшению стоимости эксплуатационных затрат. Относительно пластинчатых теплообменников эксплуатационные затраты состоят из:
- Планового ремонта.
- Текущего ремонта (чистка ПТО химическими реактивами).
Плановый ремонт ПТО заключается в замене один раз в пять лет уплотнительных прокладок. Анализ стоимости планового ремонта показал снижение затрат до 60% (по сравнению с моноблоком). Текущий ремонт (чистка) заключается в разборке и чистке ПТО химическими реактивами. Анализ стоимости текущего ремонта показал снижение затрат по данному виду ремонта с 14 до 35 % (по сравнению с моноблоком).
Схема с заниженной обраткой по своим технологическим характеристикам дает возможность экономии при закупке дополнительного обрудования путем снижения количества фильтров и шаровых кранов (задвижек).
Рассмотрим экономию затрат на конкретном примере.
В ноябре 2004 г. совместно с ГУВД Челябинской области был реализован проект по внедрению схемы с заниженной обраткой в здании детского изолятора временного задержания, находящегося по адресу г. Челябинск, ул. Шаумяна, 116.
Экономия по капитальным вложениям составила 12,7 тыс. руб. (по сравнению с моноблоком).
Финансовые результаты данного проекта показали следующие результаты:
❏ NPV (чистый приведенный доход) — 23 600 руб.
По эксплуатационным затратам была достигнута следующая экономия:
- Плановый ремонт — 1379 руб/год.
- Текущий ремонт — 500 руб/год.
Экономия по стоимости монтажных работ составила 2709,0 руб.
Экономия по стоимости дополнительного оборудования:
- Фильтры — 715 руб.
- Шаровые краны — 2317 руб.
Итак, подведем основные результаты:
- Экономия капитальных вложений — 12 700 руб.
- Экономия на приобретение дополнительного оборудования — 3032 руб.
- Экономия по стоимости монтажных работ — 2709 руб.
- Экономия по эксплуатационным затратам — 1879 руб.
- Экономический эффект от использования схемы с заниженной обраткой — 25 000 руб/10 лет.
Экономический эффект рассчитывается следующим образом:
Экономия источников КВ + экономия эксплуатационных расходов (без амортизации) + экономия по налогу на имущество – налог на прибыль.
Резюмируя: — отказот двухступенчатых схем и применение новой схемы ГВС с заниженной температурой «обратки» позволяет:
❏ существенно экономить средства (до 30 %) на начальном этапе при закупке и монтаже теплообменников горячего водоснабжения;
❏ сохранить те же расходы теплоносителя, что и при использовании двухступенчатой схемы;
❏ упростить общую систему теплоснабжения — независимость системы отопления от системы ГВС.
Учитывая рекомендации СП 41-101–95, при грамотном технико-экономическом обосновании можно подключать систему ГВС по любой схеме, какая дает максимальный выигрыш в техническом плане и обеспечивает потребность людей в горячей воде.
>>> Также читайте по теме Пластинчатые теплообменники рекуперативного типа в журнале СОК 2011 №6
