Как спроектировать тепловую схему котельной для частного дома + некоторые примеры автоматизации

Схема котельной при использовании твердого топлива

Твердотопливные котлы имеют определенный недостаток, который вызван высокой инертностью работы, из-за невозможности тонкой регулировки процесса горения твердого топлива.

Для того чтобы сгладить недостаток, в схеме устанавливают буферную емкость, которая набирает температуру для нагрева контура отопления и расходует тепло в течении продолжительного времени.

Такая тепловая схема котельной на твердом топливе состоит:

• Источник теплоснабжения с первичным контуром нагрева: твердотопливный котел;
• группа безопасности с предохранительным клапаном;
• буферная емкость;
• циркуляционный насос контура отопления;
• циркуляционный насос котлового контура;
• расширительный бак;
• запорная арматура, дренажи, воздушники;
• балансировочный вентиль;
• смесительный узел контура отопления, для автоматического поддержания температуры в батареях;
• смесительный узел котлового контура, для оптимального режима работы котла;
• погодозависимая или настраиваемая автоматика с сигнализацией аварийного режима.

Общая структура

Автоматизация котельных выстраивается по двухуровневой схеме управления. К нижнему (полевому) уровню относятся приборы локальной автоматики на базе программируемых микроконтроллеров, реализующие техническую защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров, первичные преобразователи физических величин. Сюда же причисляют и оборудование, предназначенное для преобразования, кодирования и передачи информационных данных.

Верхний уровень может быть представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или автоматизированного рабочего места оператора на базе персонального компьютера. Здесь отображается вся информация, поступающая от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. При необходимости информация передается в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.

Особенности наладки и запуска систем

Если осуществлять процесс монтажа котельной прежде всего, эти работы должны проводиться только специалистами, имеющими разрешение на такой вид промышленных услуг, а также имеющие большой опыт в этой категории задач. Базовая функция автоматической системы сосредоточена в том, что в случае аварии или сбоя работы определенного звена, котельная быстро и безопасно отключается и прекращает рабочий цикл. Настройка параметров автоматики зависит от минимального давления в системе, а также от рабочей температуры на выходе, допустимого и рабочего давления, а также от нормы угарного газа в помещении.

Виды промышленных котельных установок

Промышленные газовые котлоагрегаты классифицируются по мощности на агрегаты малой, средней и большой мощности. К первой группе относятся водогрейные, паровые и конденсационные генераторы, мощностью до 20 МВт и КПД до 96 %. Обычно их применяют для теплоснабжения небольших предприятий.

Для комплексного теплоснабжения с выдачей нагрузки по отоплению, горячему водоснабжению и вентиляции предприятия устанавливают котельные с суммарной мощностью до 100 МВт.

Такое оборудование устанавливается на больших квартальных котельных, способных обеспечить теплом не только промышленных, но и жилищно-бытовых потребителей. Для снабжения горячей водой и паром крупных заводов и районных городских предприятий тепловых сетей используют газовые котлы с мощностью от 600 МВт.

По назначению газовые котельные на предприятии подразделяются:

1. Отопительные – для централизованного снабжения на нужды отопления, вентиляции и ГВС бытовых и промышленных потребителей;
2. Производственные – для технологического обеспечения теплом в виде пара и горячей воды промпредприятий.
3. Отопительно-производственные – для комплексного снабжения теплом систем теплоснабжения и технологических процессов.
4. По схеме котельные делятся на закрытого типа, когда вся сетевая вода по магистральным тепловым сетям возвращается обратно к источнику и открытую систему, когда часть горячего теплоносителя потребляется на технологические или бытовые нужды.
5. В промышленности технологическими потребителями тепловой энергии в виде пара являются бумажные, химические и металлургические производства, нефтехимические комплексы, ректификационные и химические реакторы, сорбционно-десорбционной агрегаты процесса газа очистки, гальванические линии и устройства для ламинирования поверхностей.

Перспективным направлением стала установка комбинированных котельных пароводородных котельных, автономных блок-модулей, крышных систем теплоснабжения.

Хорошими мобильными системами считаются блок-модульные, собираемые на заводе и транспортируемые к месту установки в собранном виде.

Рабочая документация (рабочий проект отопления, стадия «Р»)

для получения полного пакета проектной документации, т.е. создания рабочего проекта отопления (стадия «Р»), дополнительно разрабатываются:
добавляются в основной комплект чертежей:

• зоны функционирования и обслуживания основного отопительного оборудования;
• деталировка узлов основного отопительного оборудования (обвязка котлов, бойлеров и тепловых узлов);
• структурная схема основного отопительного оборудования;
• деталировка узлов системы оконечного отопительного оборудования (прорисовка коллекторных шкафов, деталировка котельной и дымоходов, присоединения отопительных приборов);
• габаритные размеры (диаметры) и зоны обслуживания отопительных трасс;
• примечания для монтажа системы отопления;
• схемы системы отопления;

добавляются в пояснительную записку:

• таблица тепловой потребности здания по системам;
• характеристики системы отопления (габариты, энергопотребление и т.д.);
• проектирование автоматики системы отопления;

задание смежным системам (таблица интеграции) — выдается по требованию, если смежными инженерными системами занимаются другие компании;

спецификация отопительного оборудования с деталировками;

лицензии и сертификаты на проектные и монтажные работы;

согласование проектных решений с архитекторами и дизайнерами.

Объем рабочего проекта отопления позволяет полностью реализовать спроектированную систему. Некоторые документы, входящие в разрабатываемый нашей компанией рабочий проект отопления, представлены в типовом проекте комбинированного отопления дома.

Какие виды приборов для автоматизации существуют?

Теперь давайте рассмотрим устройства, которые являются автоматикой для отопления частного дома.

Терморегулируемые вентили – приборы, со встроенными внутрь датчиками, которые контролируют степень нагрева теплоносителя в системе. Пользователь задает желаемую отметку высоких и низких температур. Таким образом, когда жидкость прогреется до предела установленного значения, кран автоматически увеличит заслонку, создавая препятствия для жидкости. С точностью наоборот все произойдет при падении до минимальной отметки.

• Комнатный регулятор – устройство, предназначенное следить за температурным режимом в помещении. Устанавливается на трубопровод, но сама панель выводиться удаленно. Принцип работы такой же, как и в первом случае, поэтому описывать будет лишним.
• Термостатический клапан. В отличие от вентиля данное устройство для автоматизации отопления частного жилья работает посредством регулирования воды. Имеет вид «тройника», к которому подводиться горячий и холодный теплоносители, а через третье отверстие выводится жидкость нужной температуры. Она фиксируется на ползунке ручки, и в том случае, когда вода начинает терять тепло, открывается впускной клапан для горячего потока, после чего происходит подогрев.
• Автоматика для котельного оборудования – данные устройства полезные, можно даже сказать, незаменимые для котлов. Благодаря им происходит контроль потребляемого топлива – человек пользуется системой отопления, при этом еще и экономит на ней. Принцип работы заключается в эксплуатации температурных датчиков, монтируемых на самом агрегате.
• GSM управление отоплением – специальная автоматика, которая позволяет автоматически регулировать прогрев каждой комнаты. Примечательна тем, что способна монтироваться даже в удаленном месте. Благодаря этому, владелец частного дома может сидя на диване поддерживать нормальный микроклимат в гараже, мастерской и других комнатах.

Автоматика к котельному оборудованию

https://youtube.com/watch?v=Jf67TI39X0Q

Общие проблемы автоматизации котельной

Одной из самых актуальных проблем современной цивилизации, и в то же самое время одной из самых древних, получивших практические решения, является проблема автоматизации. Самострелы и ловушки древних охотников – это примеры автоматических устройств, срабатывающих так, как надо тогда, когда надо.

Всевозможные демонстрации в древнеегипетских храмах срабатывали без участия человека, а лишь тогда, когда наступала соответствующая ситуация. Массовое внедрение автоматики в современную повседневную жизнь людей лишь подтверждает актуальность этой проблемы в наше время. Особенно это заметно в производственной деятельности человека. Непрерывный рост единичной мощности агрегатов, увеличение их производительности требуют более оперативного и более правильного принятия решений.

Число этих решений в единицу времени непрерывно возрастает, ответственность за их правильность также растёт. Психофизиологические возможности человека уже не позволяют ему справляться с обработкой возросшего потока информации.

На помощь приходит новейшая вычислительная техника и эффективные методы теории управления. Всё более усложнённые технологические и теплотехнические процессы требуют повышения быстродействия технических средств автоматики. Одновременно растёт цена отказа, и растут требования к надёжности и живучести техники. Прогресс в части средств автоматизации тесно связан с изменениями в элементной базе вычислительной техники. Сейчас практически все приборы строятся на основе микропроцессоров.

Это позволяет обрабатывать более сложные алгоритмы, повышать точность измерения технологических параметров, нагружать отдельные приборы ранее не свойственными им функциями. И, самое главное, обмениваться информацией между собой, работая, как единая система управления.

Общие сведения и понятия о котельных установках

Котельная установка (котельная) – это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило – воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы – котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные – для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные – для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Котел – это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

Устройство котельной

Отопительная система в частном доме включает в себя не только котел и трубы, но и другие, не менее важные для ее эффективного функционирования приборы и коммуникации, располагающиеся в котельной в частном доме по определенной, предварительно рассчитанной и заданной схеме.

Система отопления состоит из:

• отопительного котла, являющимся генератором тепла. Благодаря сгорающему в камере сгорания котла топливу теплоноситель нагревается, и тепло от труб и радиаторов поступает из котельной в частном доме в помещение.
• бака-водонагревателя. Предназначение бойлера – обеспечение обитателей частного дома горячей водой. По трубке, проходящей внутри бака-водонагревателя, циркулирует нагретый теплоноситель, за счет которого и нагревается вода в бойлере.
• распределительного коллектора, состоящего из циркуляционного насоса, гидравлического распределителя и гребенки. Главное предназначение распределительного коллектора — максимально удобное распределение и циркуляция теплоносителя во всех аппаратах системы отопления. а также поддержание температуры теплоносителя.
• расширительного бака, необходимого для компенсации повышения давления в отопительной системе вследствие нагрева теплоносителя.
• группы безопасности, обеспечивающей защиту отопительного контура от избыточного давления и удаляющей излишки воздуха. В эту группу входят: манометр, воздухоотводчик и предохранительный клапан.
• дымохода. От правильности расчета и установки дымохода в котельной в частном доме, монтаж которого выполняется по определенной схеме, в немалой степени зависит безопасность и коэффициент полезного действия отопительной системы.
• трубопроводов, запорной арматуры, применяемой для перекрытия потока среды
• системы подпитки, осуществляющей контроль снижения давления теплоносителя в отопительной системе при испарении или же различных других утечках.
• автоматики, представляющей собой электронное устройство, благодаря которому осуществляется полное управление газовой котельной в частном доме.

Еще по этой теме на нашем сайте:

1. Монтаж котельного оборудования в деревянном домеПроизведение многих работ, связанных с отопительной системой — это, как правило, ряд взаимосвязанных ответственных мероприятий, направленных непосредственно на достижение конечного успеха — безусловно, эффект состоит.

Правильный проект котельной – площадь и вентиляцияПри строительстве частных домов особое значение имеет устройство котельной, поскольку она должна полностью соответствовать разнообразным строительным нормам и правилам. Оборудуем котельную в частном доме своими руками

Те, кто строит частный дом, обязательно сталкиваются с такой архиважной задачей, как оборудование котельной. Для того чтобы грамотно с ней справиться, а также избежать распространенных. ЦСП плита — применение для пола в частном домеДеревянный пол создает дополнительный комфорт в комнатах и благоприятную экологическую обстановку

ЦСП плита — применение для пола в частном домеДеревянный пол создает дополнительный комфорт в комнатах и благоприятную экологическую обстановку

Благодаря крепкому и ровному покрытию, которое создается при помощи цементно-стружечных плит, вы получаете в

ЦСП плита — применение для пола в частном домеДеревянный пол создает дополнительный комфорт в комнатах и благоприятную экологическую обстановку. Благодаря крепкому и ровному покрытию, которое создается при помощи цементно-стружечных плит, вы получаете в.

3.2.1. Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами и основы их расчета

Чтобы сократить расход питательной воды при непрерывной продувке, применяют двухступенчатое испарение.

Вода из обратной линии тепловых сетей поступает к сетевым насосам.

Для выравнивания режима приготовления горячей воды, а также для ограничения и выравнивания давления в системах горячего и холодного водоснабжения в отопительных котельных предусматривают установку баков-аккумуляторов. К ним же подпиточ-ными насосами из бака подводится вода, компенсирующая потери в сетях.

Задний топочный экран в верхней части топки разрежен и образует так называемый фестон. В данном случае величины пропускной способности соотносятся как 0,5 : 0,7 : 1 : 2. Как запорную арматуру их применяют при диаметрах прохода до мм.

Вместо показанной на схеме дроссельной диафрагмы желательно сделать переход трубопровода на меньший диаметр. Водяные тепловые сети бывают двух типов: закрытые и открытые.

Тепловые схемы могут быть принципиальные, развернутые и рабочие или монтажные. В зависимости от вида теплоносителя котельные подразделяются на водогрейные, паровые и пароводогрейные. Экранные трубы топки находятся в зоне высоких температур, поэтому необходимо интенсивно отводить теплоту с помощью циркулирующей в этих трубах воды. Качество подготовки воды для подпитки открытой системы теплоснабжения должно быть значительно выше качества воды для подпитки закрытой системы, так как к воде горячего водоснабжения предъявляются такие же требования, как к питьевой водопроводной воде. Установленный на обратной линии сетевой циркуляционный насос обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения.

Схемы котельных установок

Схема пароводогрейной котельной состоит из двух контуров: 1 для выработки пара и 2 для выработки горячей воды. Строительство котельных с паровыми и водогрейными котлами экономически целесообразно только при общей теплопроизводительности котельной более 50 МВт. Можно значительно повысить живучесть котельной, если разделить управление. Однако часть золы в виде жидких и тестообразных шлаков вместе с несгорев-шими частицами топлива топочные газы захватывают и выносят из топочной камеры. Количество подмешиваемой воды регулируется клапаном 5 в зависимости от величины тепловой нагрузки.

Тепловые схемы водогрейных отопительных котельных можно разделить по технологии на два вида и несколько подвидов. Для приготовления питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети предусмотрен один деаэратор. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Предварительная обработка воды называется водоподготовкой, а обработанная вода, пригодная для питания котлов, — питательной. ПИД-регулятор путём плавного изменения температуры греющей воды поддерживает постоянной температуру воды на выходах скоростных водоподогревателей. Котельная в частном доме на 180 кв.м. И теплый водяной пол.

Приборы водяного отопления

В качестве обогревательных элементов помещений могут выступать:

• традиционные радиаторы, устанавливаемые под оконными проемами и возле холодных стен, например, с северной стороны здания;
• трубные контуры напольного обогрева, иначе – теплые полы;
• плинтусные обогреватели;
• внутрипольные конвекторы.

Водяное радиаторное отопление – самый надежный и дешевый вариант среди перечисленных. Установку и подключение батарей вполне реально выполнить самому, главное, — верно подобрать количество секций по мощности. Недостатки – слабый прогрев нижней зоны комнаты и расположение приборов на виду, что не всегда согласуется с дизайном интерьера.

Все имеющиеся в продаже радиаторы делятся на 4 группы по материалу изготовления:

1. Алюминиевые – секционные и монолитные. На самом деле отливаются из силумина – сплава алюминия с кремнием, являются наиболее эффективными по скорости прогрева.
2. Биметаллические. Полный аналог алюминиевых батарей, только внутри предусмотрен каркас из стальных труб. Сфера применения – многоквартирные высотные дома с центральным теплоснабжением, где теплоноситель подается с давлением свыше 10 Бар.
3. Стальные панельные. Сравнительно дешевые радиаторы монолитного типа, сделанные из листов штампованного металла плюс дополнительное оребрение.
4. Чугунные секционные. Тяжелые, теплоемкие и дорогие приборы с оригинальным дизайном. Из-за приличного веса некоторые модели оснащаются ножками – подвесить такую «гармошку» на стену нереально.

По востребованности лидирующие позиции занимают стальные приборы – они недороги, а с точки зрения теплопередачи тонкий металл мало уступает силумину. Следом идут алюминиевые, биметаллические и чугунные обогреватели. Выбирайте, какие вам больше нравятся.

Конструкция теплых полов

Система напольного обогрева состоит из таких элементов:

• греющие контуры из металлопластиковых либо полиэтиленовых труб, залитые цементной стяжкой или уложенные между лагами (в деревянном доме);
• распределительный коллектор с расходомерами и термостатическими вентилями для регулирования расхода воды в каждой петле;
• смесительный узел – циркуляционный насос плюс клапан (двух— или трехходовой), поддерживающий температуру теплоносителя в диапазоне 35…55 °C.

Узел подмеса и коллектор соединяются с котлом двумя магистралями – подающей и обратной. Нагретая до 60…80 градусов вода порциями подмешивается клапаном в контуры по мере остывания циркулирующего теплоносителя.

Теплые полы – самый комфортный и экономичный способ обогрева, хотя затраты на монтаж в 2—3 раза выше устройства радиаторной сети. Оптимальный вариант отопления изображен на фото – напольные водяные контуры + батареи, регулируемые термоголовками.

Теплые полы на стадии монтажа — раскладка труб поверх утеплителя, крепление демпферной полосы для последующей заливки цементно-песчаным раствором

Конвекторы плинтусные и внутрипольные

Обе разновидности обогревателей похожи конструкцией водяного теплообменника – медного змеевика с насаженными тонкими пластинами – ребрами. В напольном исполнении греющая часть закрыта декоративным кожухом, внешне напоминающим плинтус, сверху и снизу оставлены зазоры для прохождения воздуха.

Теплообменник внутрипольного конвектора установлен в корпусе, находящемся ниже уровня чистого пола. Некоторые модели комплектуются малошумными вентиляторами, повышающими производительность обогревателя. Теплоноситель подается по трубам, уложенным скрытым способом под стяжкой.

Описанные приборы удачно вписываются в дизайн помещения, а подпольные конвекторы незаменимы возле прозрачных наружных стен, целиком сделанных из стекла. Но рядовые домовладельцы не торопятся приобретать эти приборы, поскольку:

• медно-алюминиевые радиаторы конвекторов – удовольствие не из дешевых;
• для полноценного обогрева коттеджа, расположенного в средней полосе, придется ставить обогреватели по периметру всех комнат;
• внутрипольные теплообменники без вентиляторов малоэффективны;
• те же изделия с вентиляторами издают тихий монотонный гул.

Прибор плинтусного обогрева (на фото слева) и внутрипольный конвектор (справа)