Система отопления с использованием метана (природного газа)
В XX веке в Америке метан (СН4), который часто называют также природным газом или просто газом, стал наиболее популярным топливом для систем центрального отопления. (На самом деле метан — это только одна из составляющих реального природного
газа.) Для этого были объективные технические и экономические причины. Природный газ имеется в достаточных количествах под землей, при этом он легко добывается. Правда, в начале XXI века стали возникать периодические перебои. Тем не менее метан остается распространенным видом топлива, особенно в городских условиях, где уже создана сеть газовых трубопроводов.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ
Геометрические конфигурации газовых печей сильно различаются, но базовые принципы их работы похожи. Далее приводится упрощенное описание работы обычной газовой печи с принудительной воздушной тягой.
Термостат определяет время включения печи. Ее запускает простой выключатель, который находится в жилой зоне дома. Вентилятор создает тягу, которая позволяет подать необходимое количество воздуха для горения топлива, а также отвести продукты сгорания наружу через дымовую трубу. В высокоэффективных печах эти газы проходят через теплообменники, от которых отбирается теплота, и уже затем охлажденный отработанный газ выходит через пластиковую трубу.
Вентилятор подачи воздуха на горение начинает работать после того, как термостат определяет необходимость повышения температуры в доме. Центробежный регулятор фиксирует, что вентилятор работает, затем после небольшой задержки открывается газовый вентиль, и электрический запальник, называемый также запальная свеча, поджигает топливо. В старых системах вместо электрического запальника используются дежурный факел и выключатель на основе термопары, чувствительной к температуре, который препятствует открыванию газового вентиля, пока не зажжется контрольный факел. Запальники обеспечивают процесс горения для нагрева топки или теплообменника.
Вентилятор системы воздушного отопления помогает циркуляции подогретого воздуха от топки или теплообменника по всему дому. Она начинается с задержкой на 1—3 минуты после воспламенения топлива. Когда температура в доме достигает определенного уровня, газовый вентиль закрывается и горение прекращается. Тогда и вентилятор подачи воздуха на горение перестает работать. После задержки на 1—3 минуты вентиляторы системы воздушного отопления тоже отключаются, если система установлена в автоматический режим. В большинстве газовых систем отопления с принудительной
воздушной тягой оператор имеет возможность оставить вентилятор системы постоянно включенным. Это позволяет минимизировать тепловое расслоение воздуха, когда холодный воздух может накопиться в нескольких комнатах или вблизи от пола во всех помещениях. Если печь на дровах, угле или на кукурузном зерне установлена около воздухозаборника газовой печи и если вентилятор системы работает непрерывно, то печь на дровах, угле или на кукурузном зерне может использоваться как альтернативный вариант для отопления дома или в качестве дополнения к газовой печи.
Некоторые газовые печи используются с водонагревателями или бойлерами. В таких системах часто много термостатов для регулирования температуры в отдельных комнатах или в частях дома. Термостаты открывают вентили, которые управляют потоком воды к радиаторам и спиральным обогревателям.
ПРЕИМУЩЕСТВА ОТОПЛЕНИЯ МЕТАНОМ
• Системы отопления с использованием метана эффективны. Современные печи, оснащенные теплообменниками утилизации теплоты отходящих газов, могут преобразовывать почти всю потенциальную энергию метана в полезное тепло.
• Высокоэффективные газовые печи могут иметь вентиляционный выход наружу непосредственно в стене дома. Это исключает необходимость в дымовой трубе на крыше. Когда высокоэффективная газовая печь установлена на месте, где находилась система отопления соляркой или газовая печь старой модели, ставшая ненужной дымовая труба может быть использована для дополнительного источника отопления, такого как печь на дровах, угле или кукурузном зерне (конечно, если эта труба не применяется для какой-либо другой отопительной системы или оборудования).
• Природный газ легкодоступен в большинстве городов. Его непрерывная подача осуществляется через сеть подземных коммуникаций. Нет необходимости заботиться о состоянии домашнего топливного бака.
• Газовые печи (также как газовые плиты, газовые камины и газовые водонагреватели) горят чисто. Они загрязняют воздух в относительно небольшой степени и, по существу, не дымят.
• Газовые печи с принудительной подачей воздуха имеют различные конструкции: с восходящим, нисходящим и горизонтальным (боковым) потоком. Это позволяет устанавливать их на
фундаментах стационарных домов, в модульных и мобильных домах, на чердаках и в туннелях соответственно.
НЕДОСТАТКИ ОТОПЛЕНИЯ МЕТАНОМ
• Утечка метана может вызвать пожар или взрыв. (Это справедливо для любого топлива, горящего в газообразном состоянии, в том числе для водорода.) Обычно метану искусственно придают специфический запах, который легко распознать. Это обеспечивает бдительность людей к возможной утечке газа. Если вы почувствовали запах газа в своем доме, немедленно покиньте его и позвоните пожарным.
• В последние годы нестабильность цен на природный газ и проблемы, возникавшие с его поставкой, повредили его репутации наиболее надежного топлива для обогрева домов.
• В сельских местностях и в слаборазвитых странах газовые сети отсутствуют.
• Вы можете хранить метан в своем доме при определенных условиях: если вы являетесь владельцем большой фермы и местные законы и правила не запрещают хранить газовые баллоны в частном владении.
• Мировые запасы природного метана конечны, и они невозобновляемы. (Однако метан может быть получен при некоторых биологических процессах, и этот источник возобновляем.)
• Некоторые компоненты современной системы отопления на метане нуждаются в электричестве. Они не будут работать, если напряжение в сети пропадет и если у вас нет резервного генератора на этот случай (см. выше — последний недостаток системы отопления соляркой).
Задача 2.4
Могут ли вместо метана использоваться другие газы в системах отопления, предназначенных для сжигания метана, в частности водород?
Решение 2.4
Водород имеет определенные перспективы для возможного использования вместо метана в городских трубопроводных сетях. Но водород, будучи самым легким химическим элементом, обладает большей склонностью к утечкам, чем метан. Кроме того, он горит с бблыпим выделением теплоты. Это требует изменений в трубопрово-
дах и в конструкции печей. Как еще будет сказано ниже, хотя водород и является самым распространенным элементом во Вселенной, он не встречается в свободном состоянии на Земле в тех количествах, которые позволяют легко использовать его в качестве топлива. Существуют многочисленные методы для того, чтобы получать водород, выделяя его из химических соединений, в которых он содержится, но в период написания этой книги все подобные технологии пока еще дороги и неэффективны.