Оптимизация системы отопления в производственном цехе

Установка система отопления в производстве

Оптимизация системы отопления в производственном цехе

Андрей Селифанов

Правильно подобранные климатические системы в промышленных зданиях позволяют не только максимально использовать производственную площадь, но и улучшать микроклимат помещений, влияющий на самочувствие персонала. Это подтверждает опыт российской компании «Флайг+ Хоммель», заменившей комбинированную систему отопления (водяного с радиаторами и воздушного с воздушно-отопительными агрегатами) на систему лучистого потолочного отопления из алюминиевого сплава.

Особенности отопления новых производственных площадей

В России компания ООО «Флайг+ Хоммель» (см. справку) начала свою деятельность в 2009 году и расположилась в г. Заволжье (Нижегородская область).

Первоначальным местом нахождения был арендованный цех площадью 2 500 м2, теплоснабжение которого осуществлялось посредством системы воздушного отопления (рис. 1).

В связи с ежегодным ростом объемов собственного производства уже в 2012 году возникла необходимость расширения и увеличения производственных мощностей.

Справка:

Группа компаний «Флайг + Хоммель» – это глобальный производитель, действующий на рынке с 1946 года, металлических изделий и соединительных элементов широкого профиля: продукция применяется в автомобильной промышленности, на железнодорожном транспорте, сельскохозяйственной технике и в других отраслях.

Предприятием запатентована цельнометаллическая стопорящаяся гайка, разработанная для применения в экстремальных условиях: большие динамические нагрузки, повышенная вибрация и температуры.

Новым местом размещения предприятия стала собственная территория площадью 25 000 м 2 .

Работы начались в цехе, расположенном в промышленном кирпичном здании 1965 года постройки, с площадью цеха 3 740 м 2 и высотой 10,5 м до несущих конструкций.

Действующая система отопления была традиционной для сооружений советского периода – водяная с радиаторами и воздушная с помощью воздушно-отопительных агрегатов. Радиаторы, установленные по периметру производственного цеха, не позволяли в полном объеме использовать площади помещения для размещения оборудования, поэтому они были демонтированы.

Опыт эксплуатации системы с воздушным отоплением, установленной для теплоснабжения цеха с большой высотой потолка, выявил следующие недостатки таких систем:

— с целью достижения комфортной температуры для сотрудников и отдельных производственных процессов, а также выравнивания градиента температур по высоте в рабочей зоне, необходимо перегревать воздух в верхней зоне помещения, что приводит к повышенному нерасчетному теплопотреблению здания на отопление.

— непрерывная работа вентиляторов и движение воздушных потоков создавали излишнюю шумовую нагрузку на персонал и способствовали образованию пылевых завихрений, что вызывало дискомфорт и отрицательное воздействие на здоровье людей.

Специалистами нашей компании был определен следующий перечень требований к отопительному оборудованию производственного цеха:

— снижение эксплуатационных затрат и общего энергопотребления объекта;

— круглосуточное поддержание комфортных санитарно-гигиенических условий работы для сотрудников в течении всего отопительного периода;

— возможность температурного зонирования помещений;

— снижение шумовой акустической нагрузки;

— общее снижение запылённости помещения.

Замена системы отопления

Инженерный центр головной компании рекомендовал, вместо старой системы отопления установить лучистую систему низкотемпературного отопления, которую они успешно эксплуатировали на предприятии. Основные теплоотдающие элементы системы выполнены в виде компактных профилей из алюминиевого сплава, которые располагаются в подпотолочном пространстве производственного здания (рис. 2,4)

Основной физической особенностью передачи теплоты от теплоносителя (которым является перегретая вода из городской или местной котельной) в помещение является преобладание лучистой составляющей над конвекционной.

Лучистая энергия поглощается оптически непрозрачными преградами или поверхностями (живыми существами, предметами, ограждающими конструкциями и т.д.), что приводит к их нагреву, которые в свою очередь «делятся» теплом с окружающим воздухом прямой теплопередачей, создавая комфортные параметры микроклимата в рабочей зоне помещений.

Воздух не является значимой преградой и не подвергается нагреву, это дает существенный экономический эффект по сравнению с конвекционным обогревом, где тепло существенно расходуется на обогрев воздуха и как следствие неиспользуемого подпотолочного пространства.

Главными и неоспоримыми преимуществами систем такого типа являются:

-поддержание оптимальной подвижности воздуха в помещении, что приводит к полному отсутствию негативного явления пылевых завихрений;

— потолочное размещение греющих профилей не занимает полезное пространство пола и стен, что позволяет более эффективно его использовать;

— легкие алюминиевые профили не создают избыточной нагрузки на строительные конструкции, что позволяет их размещать в зданиях старой постройки без дополнительных дорогостоящих мероприятий по усилению несущих строительных конструкций;

— распространение теплоты происходит на 360 градусов, т.е. нет ограниченной зоны обогрева.

Однако, при внедрении данной системы отопления на нашем производстве мы столкнулись с отсутствием опыта проектирования лучистых низкотемпературных систем у проектных организаций, которые, в свою очередь, настаивали на применении других традиционных типов систем отопления. Ввиду многолетнего, позитивного, собственного опыта применения подобных инновационных систем было принято окончательное положительное решение о внедрении.

Отметим, что преимуществам систем такого типа можно также отнести удобство монтажа основных конструктивных элементов – греющих профилей (рисунок 4), например, возможность их крепления к существующим фермам, балкам при помощи подвесов, цепей и других сравнительно недорогих элементов такелажной оснастки.

Алюминиевые профили соединяются между собой на специальных пресс-соединениях, предварительно закрученных в профиль.

Профили изготавливают разной длины, но с экономической точки зрения наиболее эффективно и целесообразно было использование профилей 12-ти метровой длины, что позволило уменьшить трудоемкость и как следствие, общую сметную стоимость строительно-монтажных работ.

Монтаж профилей осуществляется путем подвешивания на высоте от 2,3 м до 20 м от пола. В нашем случае они расположены на отметке +7.5 м в межферменном пространстве.

Заводом-изготовителем допускается проводить монтаж светильников освещения непосредственно к греющему профилю, что существенно снижает стоимость монтажа инженерных коммуникаций производственного помещения в целом.

Производитель рекомендует следить за уровнем воды в системе, что в принципе делает автоматика и сигнализирует о низком уровне. Поэтому о сновными рекомендациями по обслуживанию данных систем является содержание профилей в чистоте и поддержание необходимого уровня воды, что в принципе делает автоматика: сигнализирует о низком уровне.

Система отопления полностью автоматизирована и регулируется по заданной температуре внутреннего воздуха в цехе на термостате, связанного с системой управления параметров теплоносителя в индивидуально-тепловом пункте.

При использовании системы низкотемпературного лучистого отопления очень быстро достигаются значения заданных температур внутреннего воздуха. При работе системы в режиме нагрева получаемая тепловая энергия аккумулируется в конструкциях и предметах, затем система переходит в режим ожидания и полученная теплота постепенно расходуется, тем самым поддерживая расчетные параметры микроклимата в помещениях.

ОБ АВТОРЕ

Андрей Селифанов, сотрудник компании «Флайг+Хоммель»

§ 64. Основные требования к производству работ

Системы отопления монтируют по проекту, в состав которого входят:

поэтажные планы здания с указанием расположения нагревательных приборов и их размеров, стояков и горизонтальных трубопроводов;

планы чердака (при верхней разводке) и подвала с указанием расположения подающих и обратных трубопроводов, диаметров трубопроводов, мест установки расширительного сосуда и воздухосборников:

схемы отопления — условное изображение (в аксонометрии) системы отопления, на которой указываются расположение трубопроводов, нагревательных приборов и других деталей системы отопления, диаметры и уклоны трубопроводов и размеры нагревательных приборов;

план, разрез и схема котельной с указанием типов котлов, насосов, электродвигателей и другого оборудования, расположения трубопроводов и их диаметров.

При теплоснабжении от районных котельных или ТЭЦ даются чертежи вводов и схемы присоединения систем к тепловой сети, а также чертежи установки расширительного сосуда, воздухосборников, узлов управления и т.д. Планы и схемы проекта отопления выполняются в масштабе 1 : 100, планы и схемы котельной — в масштабе 1:50; детали — в масштабе 1 :20 и 1:10.

Число поэтажных планов, помимо планов чердака и подвала, зависит от числа этажей здания, так как на планах должно быть показано расположение приборов на каждом этаже. На этажи, имеющие одинаковую планировку, дается один план.

До начала производства работ по монтажу внутренних санитарно-технических устройств и отопительных котельных должны быть выполнены следующие строительные работы:

устроены междуэтажные перекрытия, стены и перегородки, на которых будут устанавливаться нагревательные приборы и другие элементы санитарно-технического оборудования;

выполнены фундаменты или площадки для установки котлов, насосов и другого санитарно-технического оборудования;

оставлены отверстия и борозды в фундаментах, перекрытиях, стенах и перегородках для прокладки трубопроводов;

нанесены на внутренних стенах во всех помещениях отметки покрытий полов, установлены оконные коробки, а в жилых и общественных зданиях подоконные доски, выполнены полы в местах установки нагревательных приборов на подставках и оштукатурены ниши и поверхности стен за нагревательными приборами;

отрыты траншеи для выпусков канализации до первых от здания колодцев и выполнены колодцы с лотками;

оставлены монтажные проемы в стенах и перекрытиях для подачи крупногабаритного оборудования, обеспечены искусственное освещение и возможность включения электроинструментов и электросварочных аппаратов и подготовлены места складирования материалов в зоне действия грузоподъемных механизмов.

При выполнении монтажных работ из унифицированных узлов и деталей, изготовляемых по монтажным проектам, необходимо соблюдать проектные размеры в строительных конструкциях. Отклонения в размерах строительных конструкций, обеспечивающие нормальное выполнение санитарно-технических работ индустриальными методами, не должны превышать величин, указанных ниже, в мм.

Для прокладки трубопроводов в зданиях размеры отверстий и борозд принимают в соответствии с табл. 22.

Таблица 22 Размеры отверстий и борозд (в мм) для прокладки трубопроводов в зданиях

2.3. Отопление производственных помещений. (Местное, центральное; удельные характеристики отопления)

Отопление предназначено для поддержания нормируемой температуры воздуха в производственных помещениях в холодное время года. Кроме того, оно способствует лучшей сохранности зданий и оборудования, так как одновременно позволяет регулировать и влажность воздуха. С этой целью сооружают различные системы отопления.

В холодный и переходный периоды года следует отапливать все здания и сооружения, в которых время пребывания людей превышает 2 ч, а также помещения, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям.

К системам отопления предъявляют следующие санитарно-гигиенические требования: равномерный прогрев воздуха помещений; возможность регулирования количества выделяемой теплоты и совмещения процессов отопления и вентиляции; отсутствие загрязнения воздуха помещений вредными выделениями и неприятными запахами; пожаро- и взрывобезопасность; удобство в эксплуатации и ремонте.

Отопление производственных помещений по радиусу действия бывает местное и центральное.

Местное отопление устраивают в одном или нескольких смежных помещениях площадью менее 500 м 2 . В системах такого отопления генератор теплоты, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве. Воздух в этих системах чаще всего нагревается за счет использования теплоты сгорающего в печах топлива (дров, угля, торфа и т.д.). Значительно реже в качестве своеобразных отопительных приборов применяются полы или стеновые панели со встроенными электронагревательными элементами, а иногда – электрорадиаторы. Существуют также воздушные (основной элемент – калорифер) и газовые (при сжигании газа в отопительных приборах) системы местного отопления.

Центральное отопление по виду используемого теплоносителя может быть водяное, паровое, воздушное и комбинированное. Системы центрального отопления включают в себя генератор теплоты, нагревательные приборы, средства передачи теплоносителя (трубопроводы) и средства обеспечения работоспособности (запорная арматура, предохранительные клапаны, манометры и пр.). Как правило, в таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений.

Системы отопления должны компенсировать теплопотери через строительные ограждения, расход теплоты на нагрев нагнетаемого холодного воздуха, поступающих извне сырья, машин, оборудования и на технологические нужды.

При отсутствии точных данных о строительном материале, ограждениях, толщине слоев материалов ограждающих конструкций и вследствие этого невозможности определения термического сопротивления стен, потолков, полов, окон и прочих элементов расход теплоты приближенно определяют с помощью удельных характеристик.

Расход теплоты через наружные ограждения зданий, кВт

,

где — удельная отопительная характеристика здания, представляющая собой поток теплоты, теряемой 1 м 3 объема здания по наружному обмеру в единицу времени при разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1 К, Вт/(м 3 ∙К): в зависимости от объема и назначения здания =0,105…0,7 Вт/(м 3 ∙К); V_Н— объем здания без подвальной части по наружному обмеру, м 3 ; T_В— средняя расчетная температура внутреннего воздуха основных помещений здания, К; T_Н – расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования систем отопления, К: для Волгограда 248 К, Кирова 242 К, Москвы 247 К, Санкт-Петербурга 249 К, Ульяновска 244 К, Челябинска 241К.

Расход теплоты на вентиляцию производственных зданий, кВт

,

где — удельная вентиляционная характеристика, т.е. расход теплоты на вентиляцию 1 м 3 здания при разности внутренней и наружной температур в 1 К, Вт/(м 3 ∙К): в зависимости от объема и назначения здания =0,17…1,396 Вт/(м 3 ∙К); — расчетное значение температуры наружного воздуха для проектирования систем вентиляции, К: для Волгограда 259 К, Вятки 254 К, Москвы 258 К, Санкт-Петербурга 261 К, Ульяновска 255 К, Челябинска 252 К.

Количество теплоты, поглощаемое ввозимыми в помещения материалами, машинами и оборудованием, кВт

,

где -массовая теплоемкость материалов или оборудования, кДж/(кг∙К): для воды 4,19, зерна 2,1…2,5, железа 0,48, кирпича 0,92, соломы 2,3;-масса ввозимых в помещение сырья или оборудования, кг;-температура ввозимых в помещение материалов, сырья или оборудования, К: для металлов=, для несыпучих материалов=+10, сыпучих материалов=+20;-время нагрева материалов, машин или оборудования до температуры помещения, ч.

Количество теплоты, потребляемой на технологические нужды, кВт, определяют через расход горячей воды или пара

,

где -расход на технологические нужды воды или пара, кг/ч: для ремонтных мастерских 100…120, на одну корову 0,625, на теленка 0,083 и т.д.;-теплосодержание воды или пара на выходе из котла, кДж/кг;-коэффициент возврата конденсата или горячей воды, изменяющийся в пределах 0…0,7: в расчетах обычно принимают=0,7;-теплосодержание возвращаемых в котел конденсата или воды, кДж/кг: в расчетах можно принять равным 270…295 кДж/кг.

Тепловая мощность котельной установки P_к с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной и потерь в теплосетях принимается на 10…15% больше суммарного расхода теплоты

.

По полученному значению P_к подбираем тип и марку котла. Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты с одинаковой тепловой мощностью. Число стальных агрегатов должно быть не менее двух и не более четырех, чугунных – не более шести. Следует учитывать, что при выходе из строя одного котла оставшиеся должны обеспечить не менее 75-80% расчетной тепловой мощности котельной установки.

Для непосредственного обогрева помещений применяют нагревательные приборы различных видов и конструкций: радиаторы, чугунные ребристые трубы, конвекторы и пр.

Общую площадь поверхности нагревательных приборов, м 2 , определяют по формуле

,

где — коэффициент теплоотдачи стенок нагревательных приборов, Вт/(м 2 ∙К): для чугуна 7,4, для стали 8,3; -температура воды или пара на входе в нагревательный прибор, К; для водных радиаторов низкого давления 338…348, высокого давления 393…398; для паровых радиаторов 383…388;-температура воды на выходе из нагревательного прибора, К: для водяных радиаторов низкого давления 338…348, для паровых и водяных радиаторов высокого давления 368.

По известному значению F находят требуемое число секций нагревательных приборов

,

где -площадь одной секции нагревательного прибора, м 2 , зависящая от его типа: 0,254 у радиаторов М-140; 0,299 у М-140-АО; 0,64 у М3-500-1; 0,73 у конвектора плинтусного типа 15КП-1; 1 у чугунной ребристой трубы диаметром 500 мм.

Бесперебойная работа котлов возможна только при достаточном запасе топлива для них. Кроме того, зная требуемое количество альтернативных топливных материалов, можно с помощью экономических показателей определить оптимальный вид топлива.

Потребность в топливе, кг, на отопительный период года ориентировочно можно рассчитать по формуле

,

где =1,1…1,2- коэффициент запаса на неучтенные потери теплоты;-годовой расход условного топлива на повышение температуры 1 м 3 воздуха отапливаемого здания на 1 К, кг/(м 3 ∙К): 0,32 для здания с м 3 ; 0,245 при ; 0,215 прии 0,2 при>10000 м 3 .

Условным принято считать топливо, теплота сгорания 1 кг которого равна 29,3 МДж, или 7000 ккал. Для перевода условного топлива в натуральное применяют поправочные коэффициенты: для антрацита 0,97, бурого угля 2,33, дров среднего качества 5,32, мазута 0,7, торфа 2,6.

Оборудование систем отопления

Конструктивно любая система отопления (кроме любых электрических вариантов) представляет набор оборудования и инженерных сетей, таких как трубопроводы, системы автоматики, регулирующей арматуры, насосных станций и пр.

Оборудование систем водяного и парового отопления по своему функционалу принципиально не отличается. А классифицировать его можно следующим образом:

1. Источник тепла — водогрейный или паровой котел, на газовом, дизельном или твердом топливе. Также источником тепла может быть индивидуальный или центральный тепловой пункты (ИТП или ЦТП), который снабжает теплом либо от центральной котельной несколько объектов, либо от ТЭЦ районы города и промышленные предприятия.
2. Насосная станция для осуществления циркуляции теплоносителя системе.
3. Сеть трубопроводов с необходимым набором запорной, регулирующей арматурой.
4. Станция подпитки, расширительные баки для компенсации температурных расширений, предохранительная арматура и пр.
5. Отопительные приборы, контуры теплых полов, установки воздушного отопления и пр.

Источники тепловой энергии

В настоящее время существует два принципиально различающихся варианта систем теплоснабжения в зависимости от источника выработки тепла: центральное от городских ТЭЦ или ЦТП или автономное от локальных газовых, дизельных или твердотопливных котельных.

Индивидуальные тепловые пункты

Котельные

В случае когда центральные системы теплоснабжения отсутствуют или являются более дорогими в эксплуатации в зависимости от региона подключения, основным вариантом выработки тепла выбирают автономные котельные установки. К такому оборудованию относятся водогрейные или паровые котлы, топливное хозяйство (газ, дизель, твердое топливо) и сопутствующее оборудование необходимое для работы систем отопления.

Водогрейные котлы в зависимости от мощности существуют настенного и напольного исполнения. Настенные водогрейные котлы небольшой мощности существуют в основном только газовыми с открытой или закрытой камерой сгорания, одноконтурными – для нагрева воды только для системы отопления или двухконтурными – для нагрева отопления и ГВС. В такие котлы производители, как правило, встраивают основное оборудование необходимое для функционирования систем отопления: насосы, расширительные баки, арматуру, воздухоспускники, теплообменники, автоматику для регулировки работы котла и защитную автоматику как газовой, так и водяной частей.

Напольные котлы, как правило, применяются большей мощности как для жилищного строительства, так и для промышленного использования. В зависимости от доступности топлива для работы котельных установок практически со всеми моделями котлов можно использовать горелки, предназначенные для работы на газу или дизельном топливе. Сопутствующим оборудованием такие котлы комплектно не оснащаются, что расширяет границы применимости. Для того чтобы система отопления и оборудование функционировали долго и безотказно отдельно необходимо предусматривать для таких котлов станции химводоподготовки. Напольные котлы также выпускаются одноконтурными или двухконтурными, из чугуна или стали, с принудительным или естественным отводом дымовых газов, с надувными или атмосферными горелками.

В силу того, что напольные котлы являются оборудованием повышенной опасности, имеют высокую тепловую мощность, то эксплуатация без соответствующих проектных разделов, согласований со службами надзора невозможна.

Твердотопливные котлы являются самым старшим видом котельного оборудования и самым недорогим. Используется в основном в системах отопления с естественной циркуляцией и относится к энергонезависимому оборудованию.

Также из котельного оборудования небольшой мощности отдельно можно выделить электрокотлы. Они служат только для нагрева воды в системах отопления небольших жилых домов, расположенных в районах, где нет альтернативных топливных ресурсов.

Насосные станции для систем отопления

Для осуществления циркуляции теплоносителя в системах водяного отопления в автономных, независимых схемах присоединения в ТС либо в зависимых, когда перепада давления недостаточно чтобы «продавить» всю сеть, используются циркуляционные насосы или насосные станции.

Для небольших систем отопления с невысокими рабочими характеристиками в основном применяют циркуляционные насосы с «мокрым ротором» устанавливаемые на обратном трубопроводе. Такие насосы монтируются в любом положении при условии строго горизонтального вала, охлаждение ротора происходит перемещаемой средой. Основным условием эксплуатации является защита насоса от механических примесей в системе отопления (окалина, ржавчина), поэтому на всасе насоса обязательно устанавливать фильтр-грязевик. Эти насосы являются самыми простыми в эксплуатации, практически бесшумными и наиболее недорогими моделями. Для экономии электроэнергии все больше становятся популярными насосы с встроенными частотными преобразователями, которые при отсутствии потребности в тепловой энергии снижают рабочие параметры в пределах необходимых.

Для больших отопительных систем с большой протяженностью трасс используют насосы с «сухим» ротором, которые кроме высоких рабочих характеристик обладают и более высоким КПД. Конструктивно ротор не соприкасается с перекачиваемой средой, разделен от двигателя специальными уплотнительными торцевыми кольцами. Недостатком такого вида насосов является повышенная шумность, что вызывает сложности при эксплуатации в жилых зданиях. К насосам с «сухим» ротором относятся консольные насосы, вертикальные насосы inline, моноблочные насосы. Этот тип насосов также может комплектоваться частотными преобразователями, которые корректируют производительность насосов от сигнала систем автоматизации.

Насосы могут устанавливаться в разном количестве: один, один в сдвоенном исполнении либо несколько, установленных в параллель друг другу. Сдвоенная или параллельная установка предназначена для вариантов, где необходимо резервирование для обеспечения стабильной и бесперебойной работы системы отопления.

Мы сотрудничаем с крупнейшими Российскими и Европейскими производителями, что позволяет предлагать максимально выгодные решения с точки зрения капитальных и эксплуатационных затрат.

В отдельных случаях – при заключении контракта на поставку крупного инженерного оборудования мы готовы выполнить разработку рабочего проекта Бесплатно.

Мы не навязываем оборудование собственного производства, мы предлагаем варианты решения Вашей инженерной задачи по открытой, обоснованной цене, на базе передовых решений и опыта.

С уважением, генеральный директор ООО «Регион»
Щукин Алексей Владимирович

Телефон для связи: +7 (812) 627-93-38

Связаться с нами вы можете с 9.00 – 18.00 (пнд — пят). Наш специалист всегда ответит на Ваши вопросы и проконсультирует по возможным решениям тех или иных задач по телефону или по запросу на почту market@dc-region.ru.

+7 (931) 350 04 34 +7 (911) 088 95 67 +7 (963) 306 04 27

по номеру +7 (911) 130 08 19 Наш Skype: dc-region Наш Telegram по номеру: +7 (911) 130 08 19

Мы в социальных сетях

Проектирование жилых, гражданских и промышленных зданий и сооружений,
в том числе очистных сооружений и инженерных сетей и систем. По всей России.