Как появились и развивались системы горячего водоснабжения и теплоснабжения зданий

Разработка и  введение в эксплуатацию систем централизованного теплоснабжения  начались в конце XIX века. Однако, в зависимости от географии проекта, технические стороны проектов отличались друг от друга. После Второй мировой войны, во время восстановления инфраструктуры стран Европы и республик Советского Союза, были обеспечены все условия для глобального запуска строительства сетей централизованного теплоснабжения.

В 1950-х и 1960-х годах во многих городах таких страна, как Австрия, Дания, Финляндия, Германия, Венгрия, Нидерланды, Польша, СССР и Швеция были построены свои собственные ТЭЦ и муниципальные централизованные системы отопления. Однако, в конце 80-х и 90-х гг. произошел ряд глобальных событий: развал СССР, объединение Европы, новая либерализация, практика согласования действий участниками мирового рынка. Были приняты новые всемирные стратегии по защите окружающей среды, разработаны научные программы для уменьшения выбросов ТЭЦ. И на фоне всего этого, централизованное теплоснабжение постоянно эволюционировало — с новыми возможностями и потенциалом.

В предлагаемом цикле публикаций мы рассмотрим один из аспектов централизованного теплоснабжения (ЦТ): конкретно,  — передачу тепла потребителю

 Ключевым вопросом эффективной работы таких сетей  является передача тепла/горячего водоснабжения (ГВС), а именно — минимизация тепловых потерь на всей протяженности сетей и сокращение расходов на их ремонт и эксплуатацию. 

С момента запуска первых муниципальных проектов в ХІХ веке, единственным материалом, из которого делали трубопроводы, долгое время оставались исключительно стальные трубы. При необходимом и высоком уровне водоподготовки, они  могут транспортировать теплоноситель продолжительно время — в рабочих режимах температуры от 70 до 180 о C и давления  от 0,3 до 1,6 МПа. Тем не менее, проблемы, обусловленные коррозией металла (электрохимическая, биологическая), практически всегда стояли и стоят в первых рядах вопросов, обсуждаемых инженерами в теплоснабжающих компаниях. 

Одним из факторов, влияющих на коррозионные процессы, является качество теплоизоляции. Неэффективная теплоизоляция на трубах «предыдущих поколений» пропускала влагу, и это было причиной коррозионного разрушения несущей трубы, а также приводило к значительному увеличению тепловых потерь. Ощутимых сдвигов, в этом направлении, удалось достигнуть в 50-е годы прошлого века, когда стало возможным применение, в качестве теплоизолирующего материала, вспененного полиуретана. 

Интенсивная разработка полимерных материалов началась в 30-е годы ХХ века с одной целью: появилась острая  необходимость найти заменитель стратегическим видам сырья — натуральному каучуку, стали и пробке. Одной из находок стал пенополиуретан (ППУ). Его свойства были исследованы и проверены в различных отраслях промышленности в 50-60-е гг. и снова стали актуальными в 70-е годы, - с началом мирового энергетического кризиса. Ситуация того времени заставила ведущие европейские страны и США разработать национальные энергетические программы, стимулирующие рациональное использование энергоресурсов в самом широком спектре человеческой деятельности. 

Таким образом, наряду с развитием традиционных и альтернативных источников энергии на первый план были поставлены меры по экономии энергоресурсов. С этого времен, в США и Западной Европе широкое применение получили системы теплоизоляции трубопроводов пенополиуретаном, построенные по схеме «труба в трубе». Такой вариант теплоизоляции  за 40 лет применения в трубопроводах теплоснабжения и горячего водоснабжения (ГВС), магистральных нефтегазопроводов, конденсатопроводов и иных системах, доказал свою экономическую и технологическую эффективность.

Это достигнуто, благодаря физико-химическим свойствам пенополиуретана, к примеру: 

• Срок службы  - 30-50 лет при отсутствии механических повреждений. 

Современные исследования свойств образцов ППУ, проведенные специалистами,  показали,  что с момента их заливки в 70-е годы в домостроительных конструкциях (стены, крыши, фундаменты) и трубопроводах их характеристики не изменились.;

• Применение в широком диапазоне температур (от -250 о С до +180 о С);

• Коэффициент теплопроводности (0,023 - 0,032) Вт/м*К;

• Материал биологически нейтрален, устойчив к воздействию микроорганизмов, плесени, гниения;

• Относится к группе трудносгораемых материалов, самостоятельного горения не поддерживает;

• Водопоглощение материала с поверхностной пленкой при влажности 98 % за 24 часа - 0,04% или 2 г/кв.м. 

• Пенополиуретан (ППУ) является неплавкой термореактивной пластмассой с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от объема ППУ занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта кристаллическая структура придает материалу механическую прочность. Остальные 97% объема занимают полости и поры, заполненные газом с чрезвычайно низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90-95%. 

• При повышении прочностных характеристик ППУ сохраняет высокую эластичность: предел деформации при разрыве достигает 350%, что обеспечивает значение прочности на уровне 50 МПа. 

Светлана Полторак

(Продолжение следует)