Для разных задач и для разных условий существует множество вариантов тепловых решений. На рынке теплосистем в достаточном количестве появились разнообразные котельные установки, которые должны в полной мере удовлетворить потребительский спрос. В настоящее время часто можно услышать про такой источник тепловой энергии, как крышная котельная установка. Своё название крышная котельная получила из-за места расположения: её возводят на крыше здания в специально оборудованном помещении. Крышные котельные предназначены для выработки теплоносителя и ГВС в системах отопления отдельно расположенных объектов (жилых домов, промышленных и административных зданий); без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Строить данные установки особенно выгодно в районах элитного жилищного строительства, точечного строительства и реконструкции. Эти районы обычно располагаются в центре крупнейших городов. Существующие здесь тепловые сети не позволяют обеспечить теплом возводимые здания, а плотная застройка и высокая стоимость земли делают строительство наземных котельных объективно невозможным.
Здание крышной котельной может быть выполнено в стационарном и блочно-модульном исполнении. Стационарные здания и сооружения могут возводиться из легкосборных конструкций типа «сэндвич», из железобетонных конструкций заводской готовности (такие здания целесообразно возводить одновременно со строительством основного здания) [1].
Блочно-модульная котельная представляет собой модульное здание и поставляется на площадку Заказчика в виде блоков повышенной заводской готовности. Стыковка в единое целое и подсоединение к сетям и коммуникациям производится на подготовленной площадке квалифицированной монтажной бригадой.
Котельные полной заводской готовности комплектуются системой автоматики управления и безопасности, коммерческими узлами учета расхода газа,электроэнергии, вырабатываемого тепла, холодной и горячей воды. Дополнительно поставляются тепловые узлы под конкретный объект отопления котельной.
В связи с этим появляется ряд вопросов: насколько целесообразно такое расположение источника теплоты, безопасно ли это для людей, находящихся в здании, выгодно ли сооружать такой тип котельных установок?
Прежде, чем ответить на эти вопросы, необходимо понять принцип работы крышных котельных, основные правила и ограничения работы и монтажа. Тепловая мощность крышной котельной не должна превышать 3 МВт.
Теплоносителем, как правило, является вода или водяной пар. В крышных котельных установках осуществляется нагрев воды за счет тепла, получаемого от горения топлива в котле. В паровых котельных вода нагревается до температуры образования пара, после чего поступает к потребителю.
Котельные установки работают циклично. Насосное оборудование подает воду в котел для циркуляции по системе теплоснабжения (от котельной до потребителя и обратно).
Продукты горения выводятся из котельной через газоходы и дымовые трубы в атмосферу.
Для предотвращения образования накипи предусматривается установка деаэраторов и фильтров очистки. Мембранные баки необходимы для накопления воды и предотвращения гидроударов.
Допускается возможность использования автономной котельной этого типа для организации теплоснабжения нескольких объектов, при наличии технического обоснования и условии что тепловая нагрузка дополнительно подключенных потребителей не должна превышать 100% тепловой нагрузки главного здания.
Перед началом строительных работ проект крышной котельной согласуется в следующих госнадзорных органах:
- пожарная инстанция,
- санэпидемнадзор,
- технадзор,
- районный архитектор.
При установке крышной котельной на здании выше 26, 5 метров (десяти этажей включительно),требуется согласование с территориальными органами Управления Государственной противопожарной службы и местными представителями Государственной противопожарной службы.
Для крышных котельных разрешены к использованию водогрейные котлы, работающие на природном газе, температура теплоносителя в которых не превышает 115°С.
Для промышленных предприятий и производственных зданий можно использовать котлы с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) при температуре воды до 115°С.
В трубе подводящей природный газ к крышной котельной по стене здания давление должно быть до 5 кПа [2].
Размещение крышных котельных строго запрещено:
- смежно с жилыми помещениями;
- на зданиях школ и детских дошкольных учреждений;
- на зданиях спальных корпусов санаториев и домов отдыха;
- на зданиях лечебных учреждений (больниц и поликлиник) с круглосуточным пребыванием больных;
- на административных и бытовых зданиях с одновременным пребыванием в них более 50 чел;
- над производственными помещениями и складами категорий "А" и "Б" по взрывопожарной и пожарной опасности.
Программа строительства крышной котельной - это комплекс мероприятий, включающих, в наиболее общем виде, следующий перечень работ.
- Энергоаудит с разработкой комплексного решения по энергоресурсосбережению. Энергетический аудит служит для оценки эффективного использования энергоресурсов для предприятия, здания (зданий) или группы потребителей, технологического процесса или оборудования и позволяет сделать количественные оценки сбережения энергоресурсов и финансовых затрат.
- Предварительные расчёты.
2.1. Разработка оптимальной схемы тепло-, паро-, водо- и электроснабжения потребителей и котельной.
2.2. Разработка технико-экономического обоснования (ТЭО) тепло-, паро-, водо- и электроснабжения потребителей и котельной.
2.3.Подбор оборудования согласно оптимальной схемы тепло-, паро-, водо- и электроснабжения потребителей и котельной.
- Предпроектные разработки.
3.1. Проведение подробного сбора данных.
3.2. Расчет годового потребления тепла и топлива для тепло-, паро-, водо- и электроснабжения потребителей и котельной.
3.3. Получение технических условий (ТУ) и разрешений от надзорных и согласующих органов.
3.4. Составление технического задания (ТЗ) на проектирование крышной котельной (совместно с Заказчиком).
3.5. Расчет предварительной цены на крышную котельную установку. Корректировка принятых решений исходя из стоимости крышной котельной обозначенной заказчиком.
- Производство проектных работ в полном объёме.
Для выполнения проектов в короткие сроки используются типовые проекты модульных крышных котельных собственной разработки.
Проектирование крышной котельной включает:
4.1. Пояснительная записка с расчётами.
4.2. Архитектурно-строительная часть.
4.3. Конструкции металлические, включая проект дымовой трубы и наружных газоходов, деаэраторной площадки.
4.4. Тепломеханические решения, включая химводоподготовку котельной.
4.5. Отопление и вентиляция котельной.
4.6. Водоснабжение и канализация котельной.
4.7. КИПиА, включая щиты.
4.8. Электроснабжение, освещение, молниезащита и заземление котельной.
4.9. Системы связи, противопожарная и охранная сигнализации.
4.10. Диспетчеризация котельной.
4.11. Газоснабжение внутреннее.
4.12. Топливоснабжение внутреннее.
4.13. Топливное хозяйство котельной (склад жидкого, твёрдого и биотоплива, ГРП и ГРУ).
4.14. Охрана окружающей среды.
4.15. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны.
4.16. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций.
4.17. Экспертиза промышленной безопасности.
4.18. Согласование проекта.
- Комплектация и поставка оборудования и материалов.
- Строительство стационарного здания крышной котельной на площадке Заказчика или изготовление котельной установки на собственных производственных площадях.
- Транспортировка оборудования и материалов котельной или транспортировка крышной котельной установки блоками повышенной заводской готовности к месту эксплуатации автомобильным, железнодорожным или водным видами транспорта.
- Шеф-монтаж или монтаж котельной.
8.1. Шеф-монтаж крышной котельной.
8.2. Монтаж оборудования в здании котельной или монтаж блочно-модульной котельной на месте установки.
- Проведение пуско-наладочных работ и режимных испытаний.
- Сдача котельной в промышленную эксплуатацию.
Сдача модульной крышной котельной Государственной приёмочной комиссии (ГПК) или приёмочной комиссии Заказчика (ПКЗ) производится по акту приёмки законченного строительством объекта в эксплуатацию в установленном законом порядке. Котельная считается принятой в эксплуатацию после подписания акта членами и председателем приёмочной комиссии и утверждения его должностным лицом Заказчика объекта (котельной).
- Гарантийное и послегарантийное сервисно-техническое обслуживание крышной котельной.
Рассмотрим основные преимущества крышных котельных установок:
- низкие теплопотери, за счёт отсутствия протяженных тепловых сетей;
- простота эксплуатации, обыватель самостоятельно проводит основную профилактику, быстро добавляет топливо и проверяет основные узлы, значит, владельцу не приходится лишний раз тратить деньги на услуги специалиста, а ведь эти затраты обычно велики;
- отсутствие необходимости возводить под отопительные цели дополнительные здания;
- возможность полностью автоматизировать систему, а также оставлять её в активном состоянии круглогодично, минуя трудоёмкие этапы остановки и запуска котельной;
- возможность собственников каждого конкретного жилого дома принимать решение о том, какой именно температурный режим в какое время года они предпочитают;
- малый размер, малая длина коммуникаций, возможность быстрого управления тепловыдачей на фоне быстроизменяющейся, особенно в условиях теперешних реалий, климатической и температурной обстановки;
- оптимальные гидравлические условия для котельной группы - нет статического давления водного столба на агрегаты, трубопроводы и арматуру
- экологическая предпочтительность - дымовые газы котельной, расположенной на крыше, рассеиваются гораздо лучше, так как находясь на крыше, газы имеют больший доступ к открытой атмосфере, так что их отвод значительно облегчен по сравнению с обычными газоотводами, в которых газообразные продукты сгорания в буквальном смысле вытесняются вверх по трубе [3];
- отсутствие проблем с подачей воздуха к горелкам котла;
- большая безопасность (даже при аварийном поступлении природного газа или дымовых выбросов в помещение опасность аварии минимальна).
Основные недостатки крышных котельных:
- необходимость привлечения новейшего, современного оборудования для монтажа элементов крышной отопительной системы;
- ограничение по весу котла;
- необходимость соблюдать условие прочности кровельной конструкции и равномерно распределить вес на все силовые элементы крыши поскольку котельная группа крепиться к элементам перекрытия (именно поэтому оптимальным материалом для изготовления теплообменников является медь);
- может эксплуатироваться только на природном газе и в случае аварии на газопроводе система теплоснабжения здания практически выходит из строя;
- крышная котельная, особенно с жаротрубными котлами является повышенным источником опасности для людей, находящихся в здании, не только по тому, что в ней используется газ, но и потому, что жильцы над головой имеют как минимум 3-5 м3 практически кипятка и в случае аварии вся эта вода пойдет вниз;
- установка на крыше жаротрубных котлов ведет к необходимости усиления конструкций. Дополнительная нагрузка составляет около 10-15 т. (необходимо отметить, что от двух последних недостатков можно уйти, установив на крыше разборные проточные, а не емкостные котлы);
- ограничение по мощности - 3 МВт (в некоторых местных нормах допускается увеличение мощности до 5 МВт);
- установка крышной котельной непосредственно над жилыми помещениями или примыкающей к жилым помещениям недопустима нормами;
- крышная котельная при неправильной установке создает достаточно высокое шумовое давление в здании;
- ограничение на установку крышных котельных для отапливания определённых видов объектов;
- при применении котлов, срок использования которых намного меньше, чем у самого здания. При возникновении необходимости заменить котел возникает труднопреодолимое препятствие, так как провести эту работу без применения специальной подъемной техники нереально.;
- На размещение систем отопления такого вида существует ограничение по мощности данного оборудования и высоте здания. Данное оснащение может находиться не выше 26,5 м. без наличия на то разрешения, мощность его не должна быть больше 3 или 5 МВт для зданий разного типа;
- существуют также определенные ограничения для уровня давления газа при входе в котельную, показатель этот также варьируется в зависимости от типа зданий;
- для размещения системы отопления может использоваться только определенная площадь крыши, при этом обязательно наличие ограждения, уровень наклона поверхности размещения не может превышать 10%. Высота гидроизоляции не может быть менее 10 см;
- температура теплоносителя в котлах не может превышать 115°С;
- в трубе подводящей природный газ к крышной котельной по стене здания давление должно быть до 5 кПа.
В каких случаях предпочтительна именно крышная котельная? Лучшие стороны подобного автономного отопления позволили использовать их в разных случаях. В первую очередь крышную котельную используют при недостатке свободного места вблизи здания. При нынешней плотной застройке крупнейших городов приходится пользоваться такими моделями. К тому же, за счет установки крышной котельной малоэтажные микрорайоны (коттеджные поселки) становятся полностью автономными.
Крышные котельные традиционно используются при дефиците городских тепловых мощностей, в новых районах или на отдельно стоящих зданиях, к которым по какой-то причине или по личному выбору жильцов невозможно провести магистраль к теплоцентрали. Они предназначаются для обеспечения потребителей бесперебойным, безопасным и экономичным теплом и горячим водоснабжением и работают без привлечения дополнительного обслуживающего персонала.
По опыту эксплуатации можно сказать, что данные индивидуальные котельные снижают ресурсозатраты на 40-45 %.
Стоит отметить аналитический мониторинг, проведенный недавно в северных районах России, показал, что стоимость производства 1 единицы тепловой энергии у крышных котельных на 20-22% ниже, чем у даже отлично изолированного от внешней среды источника центрального городского отопления.
Вывод напрашивается сам собой. Крышные котельные важны и нужны только в исключительных случаях, когда нет участка земли для их установки и нет зон для прокладки тепловых сетей. Во всех остальных случаях целесообразнее применять наземные котельные и ТЭЦ с современным энергоэффективным оборудованием и энергоэффективными тепловыми сетями.