Задача теплоснабжения производственных помещений (цехов) - всегда считалась неординарной. И дело здесь не только в том, что, в отличие от жилых и административных зданий, производственные здания всегда создаются под определенную и часто уникальную технологию, требующую создания в производственном помещении особых условий по температуре, комфортности, влажности и запыленности внутреннего воздуха.
Не назовешь исключительным и такой случай, когда в границах одного производственного помещения необходимо создать несколько рабочих зон с разными условиями климатического комфорта. И, само собой разумеется, что практически каждое производство связано с жёстким исполнением нормативных требований по промышленной санитарии, взрыво- и пожароопасности.
Площадь здания на плане редко можно обозначить трёхзначным числом. Тысячи, а то и десятки тысяч квадратных метров пола под одной крышей. Вся эта площадь заставлена оборудованием, пронизана транспортными, электросиловыми и технологическими коммуникациями. Не может не впечатлять и высота производственных помещений. Она, как правило, составляет, как минимум, 6-7, а средняя - 14-18 метров. Не являются редкостью высоты в 20 и даже 24 метра. И это при высоте рабочей зоны всего в 2 метра, которую и надо обогревать.
Отопить даже среднее по размерам производственное помещение с помощью водяной или паровой системы отопления практически невозможно. Десятки километров распределительных трубопроводов упрутся в фундаменты технологического оборудования, перекроют проходы, пересекутся с силовыми сетями и сетями управления, расположенными ниже отметки пола. Да и гидравлической устойчивости работы таких сетей достичь очень трудно. Добавьте к этому высокую плотность блуждающих токов, характерную для производственных помещений, вызывающую интенсивную электрохимическую коррозию водяных тепловых сетей и сетей конденсатопроводов. Слишком дорого и слишком сложно.
Именно эти, описанные выше сложности, объясняют то, что до недавнего времени практически единственным способом отопления производственных помещений являлось воздушное отопление. Воздух из отапливаемого помещения забирается вентилятором, подается на водяной или паровой калорифер и по воздуховодам направляется в рабочую зону. Распределение воздуха в рабочей зоне осуществляется с помощью распределительных головок или в виде направленных струй. Это несколько разгружает рабочую зону от систем разводки тепла и позволяет достичь достаточно равномерного его распределения на больших площадях цеха. К преимуществам воздушной системы можно отнести и то, что она легко совмещается с приточными системами вентиляции.
Но этими, не всегда очевидными достоинствами, преимущества воздушных систем отопления исчерпываются. А вот перечень недостатков мог бы занять не один лист нашего описания. И, прежде всего, к этим недостаткам следует отнести теплофизические свойства воздуха, как теплоносителя. Воздух обладает крайне низкой теплоемкостью (в четыре раза меньшей, чем у воды). Следовательно, для переноса значительных тепловых нагрузок (а тепловая нагрузка только одного среднего цеха может сравниться с потребностью в тепле нескольких жилых многоэтажных зданий) требуется перемещать весьма внушительные массы воздуха. И, если объемы, занимаемые вентиляционными камерами и воздуховодами, исключающие из полезного использования до 5% объемов производственных помещений, можно отнести к малым бедам, то затраты на электроэнергию, приводящую в действие вентиляторы воздушных систем отопления к малым бедам отнести никак не удается. Ведь эти затраты даже в расчетном режиме работы не уступают затратам на тепловую энергию, потребляемую системами воздушного отопления. А в режимах с температурой наружного воздуха выше расчетной (а эти режимы составляют не менее 80% продолжительности отопительного периода) превосходят их.
Но и это еще не все. Рабочая, обитаемая зона производственных зданий и требует всего 20-30% их общего объема. Именно эти 20-30% объема здания и требуют поддержания комфортных условий, необходимых для работы персонала. Нагрев 70-80% воздуха, находящегося над рабочей зоной, следует отнести к прямым потерям. Но ведь всем известно, что удержать теплый воздух внизу еще никому не удавалось. Он неизбежно будет стремиться вверх, под крышу здания. Поэтому рост температуры воздуха от пола к потолку в производственных зданиях, оборудованных воздушными системами отопления составляет 2,5°С на метр высоты. Это означает, что в здании высотой 12 м при средней температуре в рабочей зоне 15°С воздух под крышей оказывается нагретым до 40° С. Такой "убойный" перегрев внутреннего воздуха зданий приводит к резкому возрастанию тепловых потерь через наружные ограждения, верхние перекрытия, стены, световые проёмы и фонари.
И на этом беды системы воздушного отопления не кончаются.
Распределение приточного воздуха в рабочей зоне осуществляется при достаточно высокой скорости воздуха. Это приводит к сквознякам и снижению комфортности за счет увеличения выделения тепла телом человека. Эксплуатация системы воздушного отопления в нормальном режиме (без недотопа) вынуждает поддерживать в помещении завышенную на 1-2°С температуру и сопровождается, как следствие, увеличением тепловых потерь через наружные ограждения здания. Но, в настоящее время, многие предприятия с целью снижения затрат на отопление сознательно идут на "недотоп" производственных помещений. В этом случае снижается температура воздуха, подаваемого в рабочую зону, и повышенная скорость воздуха при пониженной его температуре приводит к прямому переохлаждению работников. Для поддержания хотя бы приемлемых условии труда, струйные аппараты воздухораспределения, повсеместно, либо разворачиваются вверх, выше рабочей зоны, либо вообще снимаются.
Таким образом, система переходит к затратному режиму работы без какого-либо положительного эффекта, кроме сохранения этой системы от размораживания и окончательного выхода её из строя.
Нельзя сказать "доброго слова" и об управляемости систем воздушного отопления особенно сейчас, когда предприятия, экономя на чём только возможно, пытаются снизить затраты на отопление. Если исключить из рассмотрения предприятия, работающие в непрерывном режиме в три смены, включая выходные и праздничные дни, то все остальные предприятия работают, как правило, в одну, реже в две смены, пять, а иногда четыре или три дня в неделю. Это означает, что при работе предприятия в одну смену, за отопительный период, составляющий для средней полосы России около 5000 часов, собственно рабочими являются не более 1100 часов или 23% календарного времени. Все остальные 3900 часов предприятия вынуждены отапливать цеха, в которых никто не работает. При двухсменном режиме работы предприятий, применяемом в настоящее время крайне редко, эта цифра возрастает до 2300 часов, что не превышает и 46% времени отопительного периода. Добавьте к этому нередкие сегодня вынужденные простои, и сразу станет понятной причина, по которой многие, даже относительно стабильно работающие предприятия, попросту отключают и консервируют до лучших времен системы теплоснабжения производственных помещений.
Энергетическая составляющая себестоимости выпускаемой продукции взвинчивает цену и делает эту продукцию неконкурентоспособной на рынке. И "виноваты" в этом именно воздушные системы теплоснабжения производственных помещений. Они просто не в состоянии эффективно снижать собственные затраты в режимах дежурного отопления.
Работа службы Главного энергетика по переводу (как правило, ручному) системы воздушного отопления в дежурный режим и сложна, и малоэффективна. Всегда есть угроза размораживания системы в случае резкого снижения температуры наружного воздуха. Ведь суточные колебания наружной температуры в 10-12°С для центральной полосы России вполне обычны. "Зажимание" расхода воды через калориферную установку разбалансирует систему и может привести к размораживанию и калориферной установки и внутренних водопроводов. Да и расход электроэнергии на привод вентиляторов таким образом не уменьшить. Снижение расхода воздуха приведет к желанному снижению потерь энергии на электропривод, но повысит температуру обратной сетевой воды, а существенного снижения потребления тепла не даст, т.к. при этом вырастет температура воздуха на выходе из калориферов. Да и сложно всё это, без многолетнего опыта эксплуатационного персонала не обойтись. Не было бы смысла в перечислении всех этих бед наших предприятий, если бы не было возможности эффективно и полно их решить. И такое решение есть.