Выбор труб и материалов трубопроводов | Консультации – Инженер по спецификации

Точно так же, как свойства различных материалов труб сильно различаются (см. Таблицу 1), важность этих свойств сильно различается в зависимости от проекта. Выбор материала трубопровода зависит от области применения и качества воды. Например, в системах отопления часто используются стальные трубы из-за их низкой стоимости, прочности и устойчивости к нагреву, в то время как в системах чистой воды, скорее всего, используются трубы из первичного полипропилена (ПП) или поливинилиденфторида (ПВДФ).

Основные свойства материала

Сталь прочный, жесткий и имеет низкий коэффициент теплового расширения. Он также тяжелый (для его транспортировки может потребоваться несколько рабочих) и подвержен коррозии. Иногда ее называют углеродистой сталью или черной сталью, чтобы отличить ее от нержавеющей и оцинкованной стали. Вся сталь по определению содержит углерод.

Сталь часто используется для закрытых гидравлических систем, потому что она недорогая, особенно по сравнению с другими материалами в системах с высоким давлением, а коррозия в этих системах относительно легко контролируется. Он также является хорошим выбором для паровых и пароконденсатных систем, поскольку хорошо выдерживает высокие температуры и давление, а коррозия обычно не является проблемой в паровых трубах. Тем не менее, коррозия является проблемой в пароконденсатных трубах, и многие инженеры выбирают стальную трубу сортамента 80 просто потому, что для ее проржавения требуется примерно в два раза больше времени, чем для трубы сортамента 40.

Если амины (обычно циклогексиламин, морфолин или диэтилэтаноламин (ДЭАЭ)) правильно подаются для нейтрализации pH трубы конденсата, трубы конденсата могут прослужить весь срок службы здания. проблемы со здоровьем; однако отказ от использования этих аминов может потребовать замены трубопровода на нержавеющую сталь (SS) или добавления отдельной системы «чистого пара» для увлажнения и стерилизации медицинских инструментов.

Жесткость важна, потому что она определяет расстояние между подвесами. Стальная труба изготавливается длиной 21 фут, а подвески могут быть расположены так же широко для труб большого диаметра. Однако для более гибких материалов могут потребоваться подвесы на расстоянии до 4 футов от центра или даже непрерывно. Обратитесь к ANSI/MSS SP-58: Подвески и опоры для труб – Материалы, конструкция, изготовление, выбор, применение и установка для получения подробной информации о подвесках и расстоянии между ними.

Низкий коэффициент теплового расширения сводит к минимуму потребность в компенсационных петлях и компенсаторах. Однако высокая жесткость стали означает, что, хотя она меньше расширяется, она оказывает очень большое усилие на анкеры.

оцинкованная сталь труба — это стальная труба, погруженная в ванну с цинком (см. рис. 1). Цинкование имеет два метода снижения коррозии:

• Он покрывает поверхность, как краска, и в большинстве случаев образует очень прочный оксидный слой, как алюминий и нержавеющая сталь.
• Он обеспечивает жертвенный анод (цинк), который принимает коррозию вместо коррозии стали.

Оцинкованная стальная труба обладает всеми преимуществами стальной трубы, а также улучшенной коррозионной стойкостью в большинстве сред, хотя и при несколько более высокой стоимости. Цинкование работает почти идеально в тех случаях, когда его периодически смачивают и сушат (например, дорожные знаки и ограждения). Он может выйти из строя в средах с высоким содержанием натрия (например, в умягченной воде, которая сначала была очень жесткой), потому что натрий заставляет прилипшую оксидную пленку отслаиваться и вступать в реакцию, больше похожую на стальную трубу, где оксид отслаивается. Если сваривается оцинкованная труба, сварщик должен быть осторожным, чтобы шлифовать до необработанной стали. Ремонт оцинковки на внутренней стороне трубы затруднен или невозможен. Если интерьер нуждается в сплошном оцинкованном слое, рассмотрите возможность механических муфт. (Дополнительную информацию можно получить через Американскую ассоциацию гальваников.)

Медная труба часто используется как в гидравлических, так и в бытовых целях, особенно для 2-дюймовых. и трубы меньшего диаметра. Однако некоторые подрядчики предлагают заменить оцинкованную стальную трубу для хозяйственно-питьевого водоснабжения на медную диаметром до 6 дюймов. в размерах, особенно на Среднем Западе. Медь является дорогим материалом, но имеет то преимущество, что весит меньше, чем сталь, и для установки может потребоваться меньше сотрудников, в зависимости от веса и ограничений профсоюза. Кроме того, медь обычно более благородна и устойчива к коррозии, чем сталь или оцинкованная сталь.

В отрасли HVAC большая часть меди относится к твердой (отпущенной) меди типа L (средней толщины), хотя подземная мягкая (отожженная) медь часто относится к типу K (толстая). Дренажные, сливные и вентиляционные трубы (DWV) тоньше (тип M).

Нержавеющая сталь считается устойчивым ко всем видам коррозии. Это верно во многих случаях, но не во всех. Анаэробная и хлоридная коррозия могут повлиять на SS. Наиболее распространенным сплавом является нержавеющая сталь 304, которая добавляет в сталь 18% хрома и 8% никеля. 304L имеет пониженное содержание углерода, чтобы свести к минимуму склонность нержавеющей стали к коррозии на сварных швах. SS с обозначением L рекомендуется для всех SS, которые будут сварены и могут иметь проблемы с коррозией, такие как выхлоп дыма и некоторые системы трубопроводов. 316 и 316L добавляют молибден для снижения восприимчивости к хлоридам.

В последнее десятилетие в качестве альтернативы оцинкованной стальной трубе и медной трубе большего диаметра предлагались более тонкие трубы из нержавеющей стали, в основном для бытовых водопроводов питьевой воды. При неправильном выполнении может возникнуть одна потенциальная проблема (см. «Смешивание материалов может привести к проблемам»).

SS требует некоторого количества кислорода для создания адгезионного оксидного слоя, как алюминиевые автомобильные колеса. Обычно это не проблема в гидравлических системах отопления/охлаждения или системах хозяйственно-бытового водоснабжения, но в больших системах хранения охлажденной воды уровень кислорода может стать достаточно низким, чтобы возникать проблемы с микробной коррозией (известной как MIC).

Есть много классов СС. В целом сплавы 300-й серии являются наиболее коррозионностойкими и немагнитными. Серия 400 тверже, более устойчива к истиранию, выдерживает более высокие температуры и обладает магнитными свойствами. Сплавы серии 200 используются в раковинах и устройствах, где приемлема меньшая коррозионная стойкость.

Чугун (CI) применяется в основном в канализационных и ливневых системах. В этих применениях он обладает очень хорошей коррозионной стойкостью. Недостаток в том, что самые распространенные стыки не скреплены. Большинство чугунных соединений либо вставные, либо без втулки. Вставные соединения очень хорошо работают под землей, где давление грунта помогает остановить движение трубы. Однако над землей существует риск того, что труба может отделиться, если возникнет засор и давление станет слишком высоким. Оцинкованная сталь, в первую очередь для ливневых систем, с механическими муфтами или пластиковыми трубами может быть указана, когда риск затопления из-за давления кажется возможным.

Ковкий чугун (DI) похож на чугун, за исключением того, что он имеет более низкий процент углерода и имеет отжиг и/или добавки, такие как магний, для формирования другой (узелковой) матрицы. Это делает его более прочным и пластичным, чем чугун. Его коррозионная стойкость очень похожа на чугун. DI обычно используется для городских водопроводов. Для ливневой или канализационной канализации можно указать один отрезок трубы ДИ, проходящей под фундаментами, чтобы при осадке конструкции труба изгибалась, а не ломалась.

Дурирон почти ушел с рынка, но его можно увидеть в проектах реконструкции. Это чугун с добавлением кремния для защиты от коррозии. Ранее он использовался для систем лабораторных отходов. Чугунные вентиляционные отверстия, которые «сверкают» на крыше, — это Duriron. Сегодня его обычно заменяют полипропиленом (ПП), поливинилиденфторидом (ПВДФ) или иногда боросиликатным стеклом.

Поливинилхлорид (ПВХ) трубопроводы часто используются в жилых помещениях и становятся все более популярными в коммерческих/промышленных помещениях. Его преимущество заключается в том, что он очень устойчив к большинству видов коррозии, но не к растворителям или некоторым маслам. Некоторые производители используют полиэфирное масло (POE) для очистки змеевиков HVAC, что в некоторых случаях приводило к растрескиванию труб слива конденсата из ПВХ. Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) и акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) также крайне несовместимы с маслами POE.

Одна проблема с ПВХ и ХПВХ заключается в том, что они содержат хлор. При горении хлора образуется горчичный газ. В то время как смертельные случаи не были вызваны горящими трубами в зданиях, испускающими газообразный хлор, они прочитали по крайней мере одну статью о горящем копировальном аппарате из ПВХ, который привел к гибели пожарных. Наибольшие опасения по поводу ПВХ вызывают близкое расстояние между подвесками и несоответствие рейтингу распространения пламени/дыма 25/50 в соответствии с NFPA 255: Стандартный метод испытаний характеристик поверхностного горения строительных материалов и ASTM E84: Стандартный метод испытаний характеристик поверхностного горения строительных материалов. Строительные материалы, которые строительные нормы требуют для материалов, расположенных в камерах возвратного воздуха. Это также относится к полипропилену и большинству составов ХПВХ.

ХПВХ В основном это ПВХ с добавлением сшитой молекулы хлора для придания ему более высокой термостойкости. Обычно используется в бытовых системах горячего водоснабжения. Одним из недостатков трубных систем из ПВХ, ХПВХ и большинства пластиковых и некоторых армированных волокном пластиков (FRP) является то, что они имеют фитинги с очень коротким радиусом, поэтому они имеют более высокие коэффициенты падения давления.

полипропилен известен как олефин в ковровой промышленности, где он используется для внутренних и наружных ковров. Полипропилен имеет преимущество в работе с жидкостями при температуре до 210°F и очень устойчив к коррозии. Некоторые фирмы используют его для кислотных отходов и (в форме без добавок) для систем чистой воды. Он также используется для некоторых трубопроводов для отходов молочных продуктов, где вода с температурой 210 ​​° F может стекать в канализацию для очистки затвердевшего сыра. В целом полипропилен является наиболее устойчивым к коррозии из всех материалов, кроме PVDF и других производных тефлона.

Поливинилиденфторид (ПВДФ) представляет собой фторполимер, родственный тефлону. Он дорогой, но обладает отличными свойствами. Он выдерживает жидкости при температуре 212 ° F, соответствует рейтингу распространения пламени / дыма 25/50 для камер возвратного воздуха (и используется для внутренней облицовки городских автобусов, поскольку он не горит, как другие пластмассы), и очень инертен ( т. е. его можно использовать для лабораторных систем с водой высшей степени чистоты или микрочиповых систем).

PEX (сшитый полиэтилен) трубы стали очень популярными, особенно в бытовых водопроводных системах. Это прозрачный, гибкий материал для труб, и некоторые составы соответствуют требованиям 25/50 пламени/дыма для размещения в камерах возвратного воздуха. Он очень гибкий, требует частой или постоянной поддержки.

Боросиликатное стекло когда-то был популярным материалом для лабораторных отходов. Он обладает высокой устойчивостью к коррозии, но стоит дорого и потенциально может вызвать проблемы, если в канализацию выливается очень горячая вода. Он обычно не используется в современных лабораториях.

FRP полезен для применений, где желательна коррозионная стойкость, устойчивость к ультрафиолетовому излучению (УФ) и большая жесткость, чем у пластмасс. Он имеет различные свойства коррозионной стойкости и прочности в зависимости от используемого пластика и волокна, а также от того, как ориентировано волокно. Многие продукты позволяют выбрать различные внутренние покрытия для защиты от определенных химических веществ. Трубопровод градирни хорошо подходит для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха при условии, что продукт оснащен фитингами с низким коэффициентом потерь.

Способы соединения

сварка это старая и надежная технология. В основном это включает в себя плавление труб вместе. Сталь и полипропилен используют этот метод. Сварку можно использовать для оцинкованной стали, но восстановить цинковое покрытие на внутренней поверхности труб практически невозможно, поэтому предпочтительно механическое соединение.

Threading включает свинчивание труб вместе, обычно с ниппелем с внутренней резьбой между двумя секциями трубы с наружной резьбой. Нарезка резьбы является обычной для стальных и оцинкованных стальных труб. Это также характерно для некоторых пластиковых трубных материалов. Он используется для SS, но требует свежих штампов и анаэробного компаунда для труб, чтобы сделать герметичные соединения. Резьбовые соединения выдерживают нагрузки во всех направлениях.

загибание дорого, но практически надежно. Фланцевые соединения могут выдерживать любое желаемое давление и могут быть диэлектрическими для минимизации коррозии (см. рис. 2).

Механические муфты (см. рис. 3) выдерживают силы во всех направлениях, а также могут выдерживать любое желаемое давление. Сегодня мы наблюдаем движение либо к узлам заводской сварки, которые соединяются в полевых условиях с помощью механических муфт, либо к системам, которые полностью механически связаны, в основном в размерах более 2 дюймов. Доступны как жесткие, так и гибкие муфты. Некоторые проекты также включают вертикальные стояки, которые выигрывают от линейной гибкости «гибких» муфт, чтобы избежать компенсаторов или смещений, которые увеличивают размеры шахты, чтобы предотвратить разрыв труб из-за сдвигающих сил на негибких стенках шахты. Гибкие механические муфты также могут заменить гибкие соединения в зависимости от геометрии и виброизоляции насоса или оборудования.

Коррозия

Коррозия очень важна для трубопроводных систем. Как правило, в водяных системах отопления или охлаждения используются ингибиторы коррозии и, возможно, биоциды. Нитриты и молибдаты являются наиболее распространенными ингибиторами коррозии. Некоторые проектные фирмы указывают только молибдаты для систем охлажденной воды, но допускают использование молибдатов или нитритов для систем отопления, в которых зимой температура воды поднимается выше 140°F. Это связано с тем, что в холодной воде нитриты могут быть пищей для микроорганизмов; в системах с охлажденной водой может происходить микробиологическое «цветение».

Отдельные ингибиторы добавляются для защиты «желтых металлов», таких как медь. В гликолевых системах большинство поставщиков используют фосфатный ингибитор коррозии, поскольку он также соответствует правилам Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для пищевых продуктов, поэтому им нужно производить только один продукт для пищевого и непищевого гликоля.

Однако по крайней мере один поставщик использует нитраты, поэтому каждый владелец должен вести учет того, что находится в их доме. Данные об эффективности лечения полунитратами и полуфосфатами отсутствуют; смешивание гликолей с различными химическими ингибиторами не рекомендуется. Системы, содержащие гликоль, должны поддерживать концентрацию гликоля на уровне от 18% до 25%. Источники различаются по точному пределу, но ни один производитель не продает предварительно смешанный гликоль с концентрацией ниже 20%; рекомендуется не использовать ничего ниже 25%.

Если этого не сделать, микроорганизмы могут быстро размножаться, потому что гликоль — это пища. Гликоль — это спирт, и, как и в производстве вина, пока концентрация не станет токсичной, микроорганизмы будут размножаться. Никогда не допускайте подключения подпитки бытовой воды к гликолевой системе, иначе концентрация будет медленно уменьшаться до тех пор, пока не возникнет серьезная проблема. Рекомендуется питательный бак, заполненный предварительно смешанным промышленным (не автомобильным) гликолем, реле давления и насос.

Сталь относительно невосприимчива к коррозии, если она находится в среде с высоким pH (например, стальная арматура в бетоне). Шкала pH является логарифмической и обычно колеблется от 0 до 14. Она указывает, насколько кислым или щелочным является раствор, где 0 — самый кислый, а 14 — самый щелочной. pH 7 указывает на нейтральность. Диапазон pH от 8 до 10.5 обычно используется для трубопроводных систем, содержащих сталь. Однако сталь подвержена коррозии, если pH низкий или отдельные химические вещества воздействуют на сталь. Многие схемы защиты от коррозии основаны на высоком pH, но это проблема для систем, включающих котлы с алюминиевыми теплообменниками, поскольку алюминий несовместим с высоким pH. Комбинация стальных труб и алюминиевых теплообменников требует очень узкого диапазона pH в гидравлических системах, обычно от 8 до 8.5.

Поверхностная конденсация – еще одна проблема. На Среднем Западе принято не изолировать PEX или другие пластиковые материалы для труб в некоторых системах, потому что в них не образуется конденсат. Но с энергетической точки зрения PEX теряет тепло быстрее, чем медная труба. Это связано с тем, что больший внешний диаметр PEX обеспечивает большую площадь поверхности для теплопередачи.

Диэлектрические фитинги сегодня вызывают споры. Диэлектрические фланцы часто являются предпочтительным диэлектрическим фитингом, потому что, если указаны диэлектрические фланцы, а подрядчик устанавливает недиэлектрические фланцы, единственная коррекция заключается в установке пластиковых болтовых изолирующих вставок – замена фланцев не требуется. Однако сегодня NFPA 70: Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует склеивания металлических трубопроводов бытового водоснабжения, что устраняет диэлектрическое разделение, обеспечиваемое диэлектрическими фланцами, соединениями и, возможно, ниппелями.

Внимательно рассмотрите материалы, которые вы указываете для систем трубопроводов. У каждого материала есть отличные приложения на рынке, но у каждого есть приложения, для которых он не очень подходит. Здесь были представлены плюсы и минусы для нескольких широко используемых материалов, но эта статья лишь коснулась поверхности этой области техники.

Смешивание материалов может привести к проблемам: знайте, какие материалы для трубопроводов вы используете, чтобы свести к минимуму коррозию.

За последнее десятилетие стали более распространенными для 10-дюймовых труб с более тонкими стенками (из нержавеющей стали сортамента 304 2.5 или SS) с механическим соединением. и более крупные системы бытового водоснабжения. Она обеспечивает высокую коррозионную стойкость и более низкую стоимость установки по сравнению с трубой из оцинкованной стали сортамента 40 или медной трубой типа L.

Стоимость материала из нержавеющей стали сортамента 10 304 почти такая же, как и для оцинкованной стали сортамента 40, но она вдвое легче, поэтому ее установка дешевле. Стоимость материала из меди почти вдвое превышает стоимость материала из стали 10 304 SS для этих размеров, но затраты на установку аналогичны, поэтому она также имеет более высокую стоимость установки. Одна проблема, которая вызвала проблемы, заключается в том, что фитинги сортамента 10 304 из нержавеющей стали примерно на треть дороже, чем фитинги из оцинкованной стали сортамента 40, поэтому оцинкованные фитинги смешивают с прямыми трубами из нержавеющей стали с благими намерениями.

Думается, что и нержавеющая сталь, и оцинкованная сталь устойчивы к коррозии, а механическое соединение обеспечивает диэлектрическое разделение, что неверно. Диэлектрическая коррозия, которая возникает между гальванопокрытием (цинком) и нержавеющей сталью, является экстремальной, потому что материалы находятся почти на противоположных концах диаграммы благородства металла. Коррозия цинка быстрая и сильная (см. рис. 4).

Джефф Болдт является руководителем IMEG Corp., где он является директором по инновациям и качеству. Он также является членом ASHRAE TC 3.6 Water Treatment.

Кейт Стоун является заместителем директора и старшим специалистом по машиностроению в IMEG Corp., где он отвечает за техническую экспертизу и качество.

Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.

Районное отопление

В 2021 году производство централизованного теплоснабжения увеличилось примерно на 3% по сравнению с 2020 годом и обеспечило почти 8% глобальных потребностей в конечном отоплении в зданиях и промышленности. Сети централизованного теплоснабжения предлагают большой потенциал для эффективной, экономичной и гибкой крупномасштабной интеграции низкоуглеродных источников энергии в структуру тепловой энергии.

Однако потенциал декарбонизации централизованного теплоснабжения в значительной степени не используется, поскольку ископаемое топливо по-прежнему доминирует в поставках централизованной сети во всем мире (около 90% от общего объема производства тепла), особенно на двух крупнейших рынках Китая и России.

Приведение в соответствие со сценарием «Нулевые выбросы к 2050 году» требует значительных усилий по быстрому повышению энергоэффективности существующих сетей, переключению их на возобновляемые источники тепла (таким как биоэнергия, солнечная энергия, тепловые насосы и геотермальная энергия), интеграции вторичных источников тепла (таких как отходы). тепла от промышленных установок и центров обработки данных), а также для развития высокоэффективной инфраструктуры в районах с высокой потребностью в тепле.

Выбросы CO2

На Китай, Россию и Европу приходится более 90% мирового производства централизованного теплоснабжения1.

В 2021 году в связи с растущим спросом CO₂ выбросы от производства централизованного теплоснабжения составляют около 3.5% глобального CO.₂ выбросы, увеличившись на 3.5% по сравнению с 2020 г. и на 15% по сравнению с 2010 г. За последнее десятилетие средний мировой показатель CO₂ интенсивность централизованного теплоснабжения оставалась стабильной. Согласование со сценарием Net Zero требует CO₂ к 20 году интенсивность выбросов при производстве централизованного теплоснабжения должна быть не менее чем на 2030% ниже, чем в 2021 году.

Мировой рынок централизованного теплоснабжения растет, но усилий по декарбонизации оказалось недостаточно для сокращения сопутствующих выбросов.

Индекс интенсивности выбросов CO2 для производства централизованного теплоснабжения и производства тепла по странам и регионам, 2021 г.

Энергия

Ежегодные поставки энергии в сети централизованного теплоснабжения в сценарии Net Zero, мир, 2010–2030 гг.

В 2021 году количество тепла, произведенного для сетей централизованного теплоснабжения во всем мире, составило почти 16 ЭДж, что примерно на 10% больше, чем десятилетием ранее. Однако на поставки централизованного теплоснабжения по-прежнему приходится лишь около 8% от общего конечного потребления тепла в мире.

В 90 году почти 2021 % централизованного теплоснабжения в мире производилось из ископаемого топлива — преимущественно угля (более 45 %), особенно в Китае, природного газа (около 40 %), особенно в России, и нефти (3.5 %) — по сравнению с примерно 95% в 2000 году. Возобновляемые источники энергии составляли менее 8% мировых поставок централизованного теплоснабжения. В то время как биоэнергия и бытовые отходы составляют подавляющее большинство возобновляемых источников энергии в районных сетях, все больший интерес вызывают крупномасштабные солнечные тепловые системы и тепловые насосы. В конце 2021 года во всем мире эксплуатировалось почти 300 солнечных систем централизованного теплоснабжения общей мощностью 1.6 ГВтч.

В настоящее время Европа лидирует по интеграции возобновляемых источников энергии в централизованное теплоснабжение, при этом около 25% ее централизованного теплоснабжения производится из возобновляемых источников. Особенно высокие показатели наблюдаются в таких странах, как Швеция, Дания, Австрия, Эстония, Литва, Латвия и Исландия, где более 50% централизованного теплоснабжения обеспечивается за счет возобновляемых источников энергии.

В сценарии Net Zero центральное теплоснабжение по-прежнему обеспечивает аналогичную долю глобального конечного потребления тепла, хотя повышение энергоэффективности сетей централизованного теплоснабжения и ограждающих конструкций позволяет сократить поставки централизованного теплоснабжения к 2030 году примерно на 20% по сравнению с предыдущим периодом. 2021. За тот же период возобновляемая энергия, используемая в районных сетях, почти удвоится по сравнению с нынешним уровнем, при этом к 2030 году возобновляемые источники (включая возобновляемую электроэнергию) будут составлять почти одну пятую часть централизованного теплоснабжения.

Несмотря на большой потенциал для интеграции возобновляемых источников и вторичного тепла, ископаемые виды топлива доминируют в централизованном теплоснабжении во всем мире.

Активность

Глобальные годовые поставки тепла секторам конечного потребления через сети централизованного теплоснабжения, 2000–2021 гг.

Многие здания и промышленные объекты зависят от централизованного теплоснабжения, начиная от крупных городских сетей в Пекине, Сеуле, Милане и Стокгольме и заканчивая более мелкими сетями, такими как университетские и медицинские кампусы.

Около 40% тепла, вырабатываемого в глобальном масштабе центральными теплоцентралями, потребляется в секторе зданий. В глобальном масштабе централизованное теплоснабжение обеспечивает относительно небольшую долю тепла, используемого в зданиях, всего 11% от конечного потребления тепла в секторе — доля, которая остается неизменной с 2000 года, учитывая, что площадь пола увеличилась на 65% за тот же период. период. Однако, несмотря на то, что в среднем по миру доля невелика, централизованное теплоснабжение покрывает большую долю тепла, поставляемого в здания в некоторых европейских странах, таких как Дания (около 65 %) и Швеция (более 45 %), а также в России ( около 40%) и Китай (свыше 15%).

Около 40% тепла, вырабатываемого во всем мире на станциях централизованного теплоснабжения, идет в промышленный сектор, что также влияет на способность сети снижать температуру распределения, поскольку промышленным потребителям часто требуется высокотемпературное тепло. Использование тепловых насосов для повышения температуры на местных подстанциях в некоторых случаях может предложить решение. Китай лидирует в использовании промышленного централизованного теплоснабжения, на долю которого в 55 году приходилось около 2021% от общемирового объема по сравнению с примерно 35% в 2010 году. Напротив, доля России упала до менее 25% по сравнению с более чем 35% в 2010 году.

Доля централизованного теплоснабжения в мировом потреблении тепла остается стабильной с 2000 г.

развертывание

Рынок расширяется, и в 2021 году и первой половине 2022 года было объявлено о новых проектах, в том числе с источниками энергии с низким уровнем выбросов.

В 2021 году было построено 44 новых крупномасштабных системы солнечного отопления общей мощностью 142 МВт. В Дании находится самая большая мощность централизованного теплоснабжения с использованием солнечной энергии. Однако из-за изменения политики датский рынок рухнул в 2020 году: в 2020 году были построены только одна новая солнечная электростанция и три пристройки, а в 2021 году в стране была введена в эксплуатацию только одна новая система. Крупнейшие разработки в области солнечного теплоснабжения в 2021 году произошло в Китае, на долю которого приходилось три четверти мирового рынка.

Солнечное тепловое централизованное тепло

• In Европа, в 13 году было объявлено о 2021 новых геотермальных тепловых и охлаждающих установках, подключенных к центральному отоплению. В датском городе Орхус в начале 2022 года было объявлено о строительстве крупнейшей в Европе геотермальной теплоэлектроцентрали, которая будет частично введена в эксплуатацию к 2025 году.
• В разделе США, было объявлено о проекте централизованного теплоснабжения и охлаждения, состоящего из 200 геотермальных скважин.
• In Исландия, местное предприятие теплоснабжения ввело в Хёбне новое геотермальное централизованное отопление вместо электрического отопления. Субсидии предоставляются тем, кто подключен к центральному отоплению, а также к коммунальному предприятию.

Геотермальное теплоснабжение

Проекты, объединяющие вторичные источники тепла, т. е. тепло, получаемое за счет рекуперации отработанного тепла, также находятся на подъеме. В 2022 году энергетическая компания в Вене, Австрия, запустила программу рециркуляции тепла, которая предполагает использовать теплую воду (30 ° C) из местных термальных ванн с использованием теплового насоса. Другим примером из Австрии является система централизованного теплоснабжения, экспортирующая отработанное тепло из центра обработки данных Interxion в соседнюю больницу Флоридсдорф в Вене. Федеральное правительство Австрии финансирует проект в виде субсидии в размере 3.5 млн евро. В Ирландии строительство первой крупномасштабной сети централизованного теплоснабжения началось в мае 2021 года. Схема централизованного теплоснабжения Таллахта использует отработанное тепло из местного центра обработки данных для обогрева различных общественных, жилых и коммерческих зданий в центре города Таллахт.

Рекуперация отходящего тепла

Инновации

Большая диверсификация источников тепла (особенно переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, электричеству и избыточному теплу) и интеграция как крупномасштабных, так и децентрализованных тепловых насосов потребителей будут способствовать переходу к более низкотемпературным и более гибким сетям централизованного теплоснабжения — переходу от третьего -генерации к так называемому централизованному теплоснабжению четвертого поколения и, альтернативно, основанному на электричестве и децентрализованному пятому поколению. Инновации в основном связаны с:

• Интеграция вторичных источников тепла. Тепло может быть получено из нескольких источников, таких как центры обработки данных, тоннели метро, ​​промышленность, электролизеры, атомные электростанции, напрямую или с помощью тепловых насосов и систем хранения. В 2022 году в Канаде была запущена система централизованного теплоснабжения на отработанном тепле, которая должна быть полностью введена в эксплуатацию к 2034 году. В Лунде, Швеция, в 2019 году была открыта первая фаза крупнейшей низкотемпературной системы централизованного теплоснабжения за счет избыточного тепла, и ожидается, что она будет расширяться. на ближайшие годы с планом до 2035 года.
• Модели экономики замкнутого цикла. Например, в Швеции завод по переработке отходов производит тепло и электроэнергию, а также производит биогаз, биоудобрения и компост, а также собирает тяжелые металлы, сульфат аммония и очищенную золу.
• Интеграция возобновляемых источников энергии, тепловых насосов и систем хранения тепла в низкотемпературные системы централизованного теплоснабжения. С этими системами продвигается несколько инноваций, таких как разработка новых глубинных геотермальных решений, которые не требуют проницаемого водоносного горизонта. : например, проект KeepWarm запустил 16 пилотных проектов по модернизации систем централизованного теплоснабжения в Центральной и Восточной Европе. , в частности активное управление и искусственный интеллект: например, города Северного Китая начали тестировать умное отопление с применением анализа больших данных. В Европе в рамках недавно завершившегося проекта TEMPO были разработаны технологические инновации, которые способствуют минимизации температуры в сетях и позволяют экономически эффективно реализовать низкотемпературную сеть. Компания OPTi разработала методологию эффективного проектирования цифрового двойника системы централизованного теплоснабжения для прогнозирования спроса, предиктивной оптимизации производства и оценки теплового комфорта потребителей.
• Улучшения компонентов: например, в Германии была открыта District LAB, чтобы предоставить экспериментальную установку для компонентов сети централизованного теплоснабжения, а также рабочие модели.

Премия Global District Energy Climate Award проводится с 2009 года для выявления передового опыта и инноваций в области централизованного энергоснабжения, и в последнем выпуске в 2021 году были номинированы семь победителей. Ежегодная премия International DHC+ Student Awards (учреждённая в 2012 г.) отмечает выдающийся и оригинальный вклад в исследования, связанные с централизованным теплоснабжением и охлаждением, включая экономические и технологические аспекты, управление энергопотреблением и экологические последствия использования энергии.

Появляются инновационные системы, использующие потенциал декарбонизации централизованного теплоснабжения.

Вспомогательная инфраструктура

Многие действующие сегодня сети распределяют тепло по трубам в виде воды под давлением при температуре подачи более 80°C с потерями тепла от 10% до 30%. Модернизация существующих сетей в сторону более низких рабочих температур, улучшенная изоляция трубопроводов и интеграция методов цифровизации могут значительно снизить потери тепла, потенциально удерживая их на уровне ниже 10%. В Северном Китае продолжаются проекты по ограничению потерь даже в сетях передачи очень большой протяженности (20-150 км, для использования отработанного тепла).

Реагирование на спрос можно использовать для снижения пиковых нагрузок, снижения требований к установленной мощности, а также для оптимизации общих сетевых операций, включая снижение потерь. Например, в рамках процесса модернизации система централизованного теплоснабжения в Больцано, Италия, внедрила систему управления, которая снизила общие потери энергии до 5%.

Современные телеметрии также открывают возможности для управления спросом, как на рынке электроэнергии. Надлежащие механизмы ценообразования, такие как индивидуальное ценообразование, основанное на количестве используемой энергии и времени потребления, могут давать сигналы конечным пользователям и снижать нагрузку на сеть централизованного теплоснабжения, сокращая потери и потребление тепла.

Однако следует также уделять больше внимания правильному монтажу и эксплуатации систем отопления конечных потребителей, чтобы они могли в полной мере реализовать преимущества оптимизированных систем централизованного теплоснабжения. Полные пакеты услуг по централизованному теплоснабжению и реконструкции зданий могут помочь оптимизировать общие тепловые потоки.

Это следует делать комплексно, поддерживая переход как со стороны сети, так и со стороны конечного использования.

Необходим целостный и системный подход для оптимизации распределения тепла, интеграции централизованного теплоснабжения и зданий, которые оно обслуживает.

(“Политика”)

Внедрение централизованного теплоснабжения часто стимулируется преимуществами, которые оно может предложить (экономия за счет масштаба, энергоэффективность, снижение загрязнения и т. д.), а также национальной/местной политикой. Политика, стимулирующая более широкое внедрение и модернизацию централизованного теплоснабжения, была связана с:

Как обустроить систему отопления в доме

Отопление – один из важнейших факторов комфорта. И это становится важными инфраструктурными установками. Ведь нужно знать, как устроить систему отопления в доме, не допустить ошибок и добиться равномерного нагрева радиаторов.

Выбор системы отопления

Сначала выберите систему отопления, которую вы собираетесь использовать в своем доме.

Наиболее распространена в домах водяная система отопления, которую мы и рассмотрим. Создайте проект, в котором предусмотрите котел, радиаторы, коммуникации, приборы контроля температуры и управления всей системой. Рассчитайте необходимую мощность системы, исходя из площади и объема помещений дома.

Также составьте список необходимых материалов, оборудования и инструментов. Покупайте все по списку. Некоторые инструменты можно не покупать, а арендовать.

Также следует учитывать и особенности системы отопления, прежде чем приступать к монтажу.

водяное отопление Особенности

На сегодняшний день можно выделить две основные группы водяного отопления, это двухтрубная и однотрубная конструкции. В случае второго варианта, надо отметить, он более дешевый и простой. Довольно хорошим решением будет установка одноэтажного дома, но в случае относительно больших площадей, в частности, и нескольких этажей, наиболее подходящей для этого будет двухтрубная система отопления.

В зависимости от выбора отопления зависит отопительные батареи

Преимущества и недостатки

В первую очередь необходимо рассмотреть все положительные и отрицательные особенности такой системы обогрева батареи.

Даже несмотря на свою более высокую стоимость, такие системы можно встретить гораздо чаще, чем однотрубные, поскольку они наиболее подходят для установки в многоэтажных зданиях, а также строениях сложной конфигурации.

Следует отметить, что все необходимые решения по обустройству отопления должны приниматься еще на этапе строительства здания. Но в то же время допускается и установка в уже построенных зданиях, хоть и несколько сложнее.

Двухтрубная система отопления получила свое название по характеристике того или иного. В частности, это способ перемещения теплоносителя. Точнее, после нагрева теплоноситель движется по одной трубе к радиатору, а она идет с ним и возвращается к отопительному прибору по другой. Следует, однако, отметить, что все нагреватели подключены параллельно, что, следовательно, позволяет независимо регулировать температуру.

Говоря о преимуществах данной конструкции следует отметить следующее:

• Во-первых, каждый из радиаторов имеет одинаковую температуру.
• Кроме того, возможна установка термостата, который будет полностью контролировать температуру в помещении.
• В случае выхода из строя одного их устройств остальные продолжают работать без перерыва.
• Также основополагающим фактором популярности является возможность использования данного типа системы во всех зданиях.

Рассматривая недостатки непосредственно, нельзя не отметить:

• Довольно большое количество труб и соединительных элементов, что значительно удорожает систему.
• Процесс достаточно сложной установки системы.
• Кроме того, непосредственно сама система имеет достаточно большую стоимость, по сравнению с одной трубой ее цена будет в несколько раз выше.

Разновидности двухтрубной системы отопления

Говоря о разновидностях системы отопления, следует отметить, что ее классификация схожа с однотрубной, точнее, такое отопление можно оборудовать с принудительной циркуляцией воздуха или с естественной, причем иметь горизонтальную и вертикальную разводку.

Говоря о системе с естественной циркуляцией, следует отметить, что ее работа происходит за счет нагрева, в результате изменения плотности воды.

Кроме того, при применении этой системы можно наблюдать ряд недостатков, среди которых:

• Рассматривая температуру в котле и радиаторах, следует отметить, что она часто меняется, причем резко.
• расположение трубопроводов не может превышать общепринятых норм, т.е. 30 м.
• Кроме того, существует достаточно высокий риск воздействия инея на банку и радиатор.
• И последнее – необходимость больших труб, что значительно удорожает строительство.

Двухтрубная система отопления с вертикальной разводкой в ​​одноэтажном доме

К особенностям данного варианта устройства отопления можно отнести возможность установки трубы большого диаметра, а также достаточно высокого напора, за счет разницы уровня подачи теплоносителя и обратки. При установке нужно соблюдать уклон. В этом случае есть небольшой недостаток, в такой ситуации может понадобиться дополнительная установка расширительного бака, который устанавливается на чердаке.

Система отопления без использования насоса.

Если говорить о достоинствах, то конечно же это отсутствие затрат на электроэнергию (насос, который постоянно потребляет 100 ватт в час), что за месяц сэкономит прилично бюджету. И особенно такая система будет актуальна в районах с перебоями в электроснабжении.

Для тех, чей выбор пал на двухтрубную систему отопления с верхней разводкой, наверное, мало интересует то, что все трубы будут располагаться под потолком. Расположение элементов в этом случае предполагает установку окон подающей трубы, при этом бачек устанавливается непосредственно под потолком. При реализации этого решения следует учитывать то, что циркуляция теплоносителя в этом случае может быть несколько уменьшена за счет уменьшения длины стояка. А кроме того, в каждой из комнат будет оборудована труба.

Соблюдение уклона труб, позволяет обеспечить циркуляцию и избежать завоздушивания системы отопления.

Также следует отметить, что при небольшом расстоянии от окна до потолка придется делать вырез в потолке, тем самым утепляя верхнюю часть бака, для того, чтобы он еще оставался в отапливаемом помещении. Но возможно решение с помощью расширительного бачка.

В этом случае размер бака будет несколько больше, за счет чего и стояк немного удлинится. Но необходимо учитывать то, что технологическую воду отводить в систему не представляется возможным, в связи с отсутствием возможности объединения емкостей.

Кроме того, следует отметить и сборку реверсивных звеньев, которая также осуществляется под потолком или у пола, более производительна. Но необходимо учитывать то, что двухтрубная система отопления частного дома, схема которой представлена ​​ниже, не допускает использования соединительных элементов, так как избежать этого недостатка в этом случае практически невозможно.

Закрытая система обогрева с помощью насоса и расширительного бака позволяет использовать трубы меньшего диаметра и добиться равномерного прогрева батареи.

Внешний вид

Таким образом, трубы, установленные над окнами и потолком, пагубно влияют на внешний вид помещения. И к тому же из-за потолка терялась некоторая часть тепла, что, должно быть, было почти улучшением температуры. Именно поэтому иногда применяют двухтрубную систему отопления, схема которой представляет собой соединение трубопровода под радиаторами, но при этом устраняются все недостатки.

Использование терморегуляторов позволяет равномерно распределить прогревание батарей по отдельным помещениям.

Также следует отметить тот факт, что при подаче теплоносителя редко, а точнее почти никогда не возникают пробки, т.к. довольно большое давление в стояке. Следует отметить и то, что при включении в контур насоса допускается использование трубок минимальных размеров.

Вертикальное расположение разводки двух труб в двухэтажном доме

Когда при обустройстве двухтрубной системы отопления двухэтажный дом, именно вертикальная планировка становится более эффективной. Это происходит потому, что из-за высоты радиатора сильно увеличивается циркуляция воздуха. Этот фактор определяет поступление воды в распределительный бачок, расположенный на чердаке, затем по наклонным магистралям теплоносителя быстро направляется к радиатору.

В этом варианте, в отличие от предыдущего, допускается подключение расширительного бачка. Кроме того, используя угольный или дровяной котел, достигается полная автономность и независимость от электричества.

Более удачной вариацией становится комбинация нескольких систем, речь идет о том, что при совместном использовании однотрубной и двухтрубной системы отопления. В такой ситуации также остается главное преимущество системы – регулируемая регулировка температуры отдельных помещений.

Также можно рассмотреть и другой вариант, в частности, это укладка труб в виде системы «теплый пол». При этом они не только будут передавать тепло отопительным приборам, но и дополнительно обогревать полы.

В этой системе есть и недостатки, на которые необходимо указать:

• Требуют достаточно большого расхода труб.
• В некоторых случаях возникают проблемы при выборе места для установки расширительного бачка.
• Из-за своей громоздкости система портит эстетику помещения.
• Если вы все-таки хотите замаскировать трубочку, то дополнительно к декорированию потребуется довольно много финансов.
• Тогда второй этаж будет утепляться несколько лучше, чем первый.
• Сочетание расширительного бака и раздачи не всегда возможно.
• И последним недостатком становится отсутствие возможностей редактирования в других областях.

В основном используются двухтрубные системы отопления с верхней разводкой из-за их основных преимуществ – высокой скорости циркуляции, при этом в них полностью отсутствуют шлюзы.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой

Также достаточно распространено использование и двухтрубной системы отопления с нижней разводкой. Данная конструкция имеет несколько характерных особенностей, среди которых:

• В первую очередь значительно большего диаметра трубопровода.
• Кроме того, труба монтируется под углом.

Рассматривая систему, следует отметить, что ее установка осуществляется как в вариации с естественной циркуляцией, так и с принудительной. Обычно система обустраивается в домах с плохим подвалом, а также с плоской крышей.

Обратите внимание, что с помощью нижней линии электропроводки, установленной под радиаторами или на одном уровне с ними. Основным негативным фактором является относительно частое возникновение воздушных подушек, отсюда необходимость установки кранов Маевского на каждый из радиаторов.

Среди преимуществ такой системы можно отметить:

• Довольно высокая эффективность.
• Возможна установка в недостроенном здании.
• Возможно отключение от отопления отдельных помещений или даже целого этажа.
• Всю систему довольно легко настроить, кроме того, возможно и перекрытие некоторых радиаторов.
• Элементы запорной конструкции монтируются в этом же помещении.

Среди разновидностей такой системы можно назвать параллельную схему с коллектором или размещением радиаторов. В случае размещения коллектора, к радиатору подводится два трубопровода, в частности нагнетательный и подающий. В этом случае все помещения прогреваются немного лучше, но учтите, что система достаточно дорогая, так как требует дополнительных материалов и соединительных конструкций для труб.

Монтаж двухтрубной системы отопления

Запустите установку системы, следуя инструкциям, в зависимости от выбранной системы. В нашем случае – это водяное отопление.

Установите радиатор, используя молоток и необходимые приспособления (крепления). Обычно фурнитура идет в комплекте с нагревательными приборами. Оборудовать помещение теплыми полами, если это предусмотрено проектом.

Рассчитать количество отдельных трубок, переходников, тройников и т.п. Устройство системы отопления. Сделать подробную схему всех элементов системы с указанием масштаба. Нарисуйте схему, на которой будет проходить общение. В этом случае обратите внимание на расположение электрических кабелей, чтобы случайно не повредить их.

Перед вводом в систему отопления стравить воздух из системы, открутив кран до воды (при этом воздушная «пробка» выйдет из системы). Запуск отопления квалифицированный платный, иначе котел будет снят с гарантии.

После подключения отопления проверьте все стыки труб и места их присоединения к радиатору, чтобы убедиться в надежности соединений и их герметичности. При необходимости выключите систему и устраните дефекты монтажа.

При монтаже двухтрубной системы отопления следует учитывать ряд правил:

• В обязательном порядке трубка для кормления должна располагаться над выпускным отверстием.
• Кроме того, расположение обоих трубопроводов должно быть параллельным.
• Расширительный бак надо ставить, чем котел.
• При сооружении системы естественной циркуляции трубопровод следует устанавливать с уклоном к последнему радиатору.
• Все компоненты обязательно должны быть оснащены вентилями.
• В трубопроводе не должно быть прямых углов, так как они вызывают возникновение воздушных пробок.
• При устройстве вертикальной системы разводки для установки бака требуется дополнительная изоляция.
• Все размеры соединительных элементов должны полностью соответствовать размерам трубы.
• И конечно же, все крепежные изделия должны быть изготовлены и соответствовать всем требованиям ГОСТов.

Кроме того, при установке в резервуар двухтрубной системы отопления его установка должна производиться так, чтобы расстояние до любого из радиаторов было одинаковым. Говоря о материале трубы, отметим, что он выбирается в зависимости от результатов гидравлических расчетов, а также непосредственно от пожеланий владельца. Напоследок прочитайте предлоги на картинках, как правильно выбрать радиатор в зависимости от выбранной системы.

Также предлагаем посмотреть, как монтируется двухтрубная система отопления на видео: