Научная статья на тему 'ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПОЭТАПНОМ ВНЕДРЕНИИ АИТП'

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПОЭТАПНОМ ВНЕДРЕНИИ АИТП Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
50
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ / ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА СИСТЕМЫ / ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ / АВТОМАТИЧЕСКИЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Звонарева Юлия Николаевна, Кузборская Кристина Станиславовна

ЦЕЛЬ. Рассмотреть вопросы повышения эффективности работы систем централизованного теплоснабжения при внедрении новых технологий. Исследовать влияния поэтапного внедрения автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) у потребителей при варианте оснащения начиная с самого удаленного от центрального теплового пункта (ЦТП) потребителя к самому приближенному. Дать общую оценку эффективности работы системы централизованного теплоснабжения при внедрении автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов. МЕТОДЫ. При решении поставленных задач использовался численный метод моделирования режимов работы исследуемой системы теплоснабжения, реализованный средствами программного комплекса «ZuluThermo» и натурные испытания на реально действующем объекте - тепловые сети г. Елабуга. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, приведен опыт внедрения аналогичных проектов в крупных городах Республики Татарстан, приведены результаты ранее выполненных исследований при оснащении от наиболее приближенного до наиболее удалённого от ЦТП потребителя. Выявлена зависимость процента оснащения потребителей АИТП на ключевые показатели работы системы теплоснабжения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате работы был определен оптимальный процент оснащённости абонентских узлов АИТП от общего числа потребителей. Установлено, что процент оснащенности потребителей АИТП, тепловая нагрузка которых составляет менее 45 % от общей, не вносит значимых изменений в нарушение режима работы систем теплоснабжения. При переводе части потребителей на АИТП, имеющих подключенную тепловую нагрузку в диапазоне от 45 % до 100 % от общей, наблюдается снижение расхода теплоносителя на нужды отопления и горячего водоснабжения (ГВС), а также снижается требуемое количество тепла, за счет гидравлической балансировки системы и рационального теплопотребления. Экономия тепловой энергии в среднем составляет 18%.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Звонарева Юлия Николаевна, Кузборская Кристина Станиславовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGE OF OPERATING PARAMETERS OF HEAT SUPPLY SYSTEMS DURING STEP-BY-STEP IMPLEMENTATION OF AIHP

THE PURPOSE. Consider improving the efficiency of district heating systems when introducing new technologies. Investigate the effects of the phased implementation of automated individual heat points (AIHP) in consumers with the option of equipment starting from the most distant consumer from the central heat point (CTP) to the closest. To make a general assessment of the efficiency of the district heating system when introducing automated individual heating stations. METHODS. In solving the set tasks, the method of modeling the operating modes of the analysed heat supply system was used, implemented by means of the software complex "ZuluThermo" and natural tests at a real object - heat networks Yelabuga. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, presents the experience of introducing similar projects in large cities of the Republic of Tatarstan, presents the results of previously completed studies when equipping a consumer from the closest to the most distant from the Central Service Center. The dependence of the percentage of equipment of AIHP consumers on key indicators of the heat supply system was revealed. CONCLUSION. As a result of the work, the optimal percentage of the equipment of AIHP subscriber units of the total number of consumers was determined. It was established that the percentage of equipment of AIHP consumers, whose heat load is less than 45% of the total, does not make significant changes in violation of the mode of operation of heat supply systems. When transferring part of consumers to AIHP, which have a connected heat load in the range from 45% to 100% of the total, there is a decrease in coolant consumption for heating and hot water, as well as a decrease in the required amount of heat due to hydraulic balancing of the system and rational heat consumption. Thermal energy savings averaged 18%.

Текст научной работы на тему «ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПОЭТАПНОМ ВНЕДРЕНИИ АИТП»

©Ю. Н. Звонарева, К. С. Кузборская УДК 620.9

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПОЭТАПНОМ ВНЕДРЕНИИ АИТП

Ю.Н. Звонарева, К.С Кузборская

Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия

nkulinaun@mail.ru

Резюме: ЦЕЛЬ. Рассмотреть вопросы повышения эффективности работы систем централизованного теплоснабжения при внедрении новых технологий. Исследовать влияния поэтапного внедрения автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) у потребителей при варианте оснащения начиная с самого удаленного от центрального теплового пункта (ЦТП) потребителя к самому приближенному. Дать общую оценку эффективности работы системы централизованного теплоснабжения при внедрении автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов. МЕТОДЫ. При решении поставленных задач использовался численный метод моделирования режимов работы исследуемой системы теплоснабжения, реализованный средствами программного комплекса «ZuluThermo» и натурные испытания на реально действующем объекте - тепловые сети г. Елабуга. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, приведен опыт внедрения аналогичных проектов в крупных городах Республики Татарстан, приведены результаты ранее выполненных исследований при оснащении от наиболее приближенного до наиболее удалённого от ЦТП потребителя. Выявлена зависимость процента оснащения потребителей АИТП на ключевые показатели работы системы теплоснабжения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате работы был определен оптимальный процент оснащённости абонентских узлов АИТП от общего числа потребителей. Установлено, что процент оснащенности потребителей АИТП, тепловая нагрузка которых составляет менее 45 % от общей, не вносит значимых изменений в нарушение режима работы систем теплоснабжения. При переводе части потребителей на АИТП, имеющих подключенную тепловую нагрузку в диапазоне от 45 % до 100 % от общей, наблюдается снижение расхода теплоносителя на нужды отопления и горячего водоснабжения (ГВС), а также снижается требуемое количество тепла, за счет гидравлической балансировки системы и рационального теплопотребления. Экономия тепловой энергии в среднем составляет 18%.

Ключевые слова: Система теплоснабжения; гидравлическая балансировка системы; энергетическая эффективность, автоматический индивидуальный тепловой пункт.

CHANGE OF OPERATING PARAMETERS OF HEAT SUPPLY SYSTEMS DURING STEP-BY-STEP IMPLEMENTATION OF AIHP

YuN. Zvonareva, KS. Kuzborskaya

Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia

nkulinaun@mail.ru

Abstract: THE PURPOSE. Consider improving the efficiency of district heating systems when introducing new technologies. Investigate the effects of the phased implementation of automated individual heat points (AIHP) in consumers with the option of equipment starting from the most distant consumer from the central heat point (CTP) to the closest. To make a general assessment of the efficiency of the district heating system when introducing automated individual heating stations. METHODS. In solving the set tasks, the method of modeling the operating modes of the analysed heat supply system was used, implemented by means of the software complex "ZuluThermo" and natural tests at a real object - heat networks Yelabuga. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, presents the experience of introducing similar projects in large cities of the Republic of Tatarstan, presents the results ofpreviously completed studies when equipping a consumer from the closest to the most distant from the Central Service Center. The dependence of the percentage of equipment of AIHP consumers on key indicators of the heat supply system was revealed. CONCLUSION. As a result of the work, the optimal

percentage of the equipment of AIHP subscriber units of the total number of consumers was determined. It was established that the percentage of equipment of AIHP consumers, whose heat load is less than 45% of the total, does not make significant changes in violation of the mode of operation of heat supply systems. When transferring part of consumers to AIHP, which have a connected heat load in the range from 45% to 100% of the total, there is a decrease in coolant consumption for heating and hot water, as well as a decrease in the required amount of heat due to hydraulic balancing of the system and rational heat consumption. Thermal energy savings averaged 18%.

Key words: Heat supply system; hydraulic balancing of the system; energy efficiency; automatic individual heating point.

Введение

Одним из стратегических направлений, призванным повысить эффективность в сфере теплоснабжения, является переход от центральных тепловых пунктов (ЦТП) к автоматизированным индивидуальным тепловым пунктам (АИТП). Опыт регионов Российской Федерации показывает, что проведение данных мероприятий позволяет сэкономить от 30 до 50% от общего числа потребляемых энергоресурсов. При этом срок окупаемости работ при комплексной модернизации систем теплоснабжения составляет не более 5-7 лет, что является вполне приемлемым показателем их эффективности.

Набережные Челны - один из первых городов в России, кто выполнил и утвердил схему теплоснабжения. В рамках этого проекта была проделана работа по повышению эффективности системы теплоснабжения города, а именно установке автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) в многоквартирных домах. В целом по городу за последние 5 лет, несмотря на ежегодный ввод 200-250 тыс. м2 нового жилья, наблюдается существенное снижение потребления энергоресурсов. Так, с 2009 по 2013 годы потребление холодной воды снизилось с 22,6 млн м2 в год до 16,9 млн м2 или на 25 %, потребление электроэнергии - с 410,3 млн кВт ч до 342,3 млн кВт ч или на 17%, тепловой энергии - на 17,5 % (0,73 млн Гкал), теплоносителя (с учетом постепенного перехода на закрытую схему горячего водоразбора) - на 54 % (9,3 млн т). Все это позволило снизить платежи населения на сумму более 500 млн рублей. На сегодняшний день по жилому фонду Набережных Челнов оснащенность АИТП составляет 98 %, и более 60 % - в учреждениях социальной сферы [1, 2].

В Елабуге работу по массовой замене ЦТП на АИТП инициировала ООО «УК «КЭР Холдинг», ставшая в 2011 году собственником ресурсоснабжающей организации (РСО) города АО «Елабужское подразделение тепловых сетей» (АО «ЕПТС»). ООО «УК «КЭР-Холдинг» была подготовлена программа действий по превращению нерентабельного предприятия в прибыльное, рассчитанная на несколько лет.

Планировалось оснастить всех потребителей г. Елабуга полнокомплектными АИТП российского производства, состоящих из блочного модуля учета, блочного модуля регулирования и блочного модуля водоподготовки для системы горячего водоснабжения (ГВС) [3].

Массовое внедрение АИТП повлекло за собой переналадку тепловых сетей, повышение требований к качеству холодной воды и т.д. В результате выведены из эксплуатации сети ГВС длиной 22 км. В десятках домов, не имевших нормального ГВС, появилась горячая вода, отопление стало более устойчивым. Информация о неисправностях в сетях, нарушении режимов тепловодоснабжения, неисправностях приборов появлялась на рабочих местах операторов в реальном времени. Дополнительно велась работа по перекладке труб, перераспределению тепловых потоков, повышению эффективности работы котельных. Фактически достигнутая экономия, от внедрения всего комплекса мероприятий, составляет порядка 3,5 млн. рубл/год в денежном эквиваленте, в натуральном выражении произошло сокращение расхода теплоносителя, циркулирующего в системе на 27%, и, как следствие, на 18,5 % сократились затраты на электроэнергию, используемую на привод насосов при перекачке теплоносителя. На сегодняшний день среди подключенных к сетям ЕПТС-потребителей осталось лишь 15% абонентов, использующих ЦТП [4, 5].

В г. Перми группа «Т Плюс» активно реализует проекты по переводу потребителей тепловой энергии Кировского района на индивидуальные тепловые пункты (ИТП). Проекты комплексные и подразумевают установку АИТП в многоквартирных жилых домах и реконструкцию тепловых сетей. Данный район Перми - Закамский тепловой узел - выбран пилотным регионом в связи с тем, что «Т Плюс» контролирует там всю технологическую цепочку - от источника до потребителя, что позволяет минимизировать

согласования, избежать конфликтов и сократить сроки осуществления проекта.

Одной из ключевых проблем выбранного для проекта района является значительная географическая распределенность тепловой сети, приводящая к несбалансированности гидравлических режимов и, как следствие, высокой аварийности и недостаточному качеству услуги для потребителей. Порядка 70 % потребителей имеют так называемые «перетопы», свыше 19,4 % - «недотопы». Кроме того, уровень потерь при транспортировке теплоэнергии крайне высок - порядка 26 % [6].

Осуществление пилотной части проекта в 2014 году привело к первым положительным результатам, которые были достигнуты по итогам отопительного периода 2014-2015 гг. За счет установки энергоэффективного оборудования в 14 зданиях произошло снижение объема теплопотребления в среднем на 25 %, водопотребление снизилось на 30%, повысилось качество услуг теплоснабжения. Для потребителей с «перетопами» затраты на тепло снизились за счет снижения объема теплопотребления [ 7].

Эффективность реализации мероприятий по переходу от ЦТП к АИТП уже на начальном этапе определяет ряд обстоятельств:

1. Увеличенные, относительно норматива, фактические потери тепловой энергии в модернизируемых системах, связанные с нехваткой финансирования на своевременную замену всех изношенных и аварийных участков тепловых сетей.

2. Разбалансировка эксплуатируемых систем, связанная с отсутствием жесткого контроля всей цепочки взаимодействия между элементами системы (источник-сети-потребитель).

3. Отсутствие ежегодного анализа фактического теплопотребления и его корректировка со стороны договорных отделов предприятий тепловых сетей.

Все это однозначно приводит к завышенным показателям расхода теплоносителя, циркулирующего в системе, и как следствие к дополнительным затратам на подготовку и транспортировку теплоносителя.

Гидравлическая балансировка тепловых сетей является основополагающим фактором, определяющим экономичность работы системы в целом. Присоединенные объекты теплопотребления должны быть подключены к системе теплоснабжения таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно с соблюдением балансов по давлению в каждой точке системы, вне зависимости от ее удаленности от источника. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления, появляются «перетопы» на приближенных участках и «недотопы» на концевых, часть нереализованной тепловой энергии возвращается по обратному трубопроводу на источник, что приводит к дополнительным потерям [8].

Также большую роль играют схемы присоединение систем горячего водоснабжения (ГВС). Система ГВС должна быть подключена по циркуляционной схеме. Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около 35-45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивается впустую. Одним из способов, позволяющих значительно снизить потери энергии в системах ГВС, является производство горячей воды прямо в тепловых пунктах зданий (АИТП) [ 9].

Кроме того, это оказывает непосредственное влияние на конечного потребителя, который вынужден оплачивать отражаемые в тарифе дополнительные затраты генераторов и транспортировщиков тепловой энергии.

Каждый отопительный сезон услуги ЖКХ значительно возрастают, а качество услуг не соответствует нормативным. Это связано с тем, что действующие системы теплоснабжения не реконструируются должным образом, эксплуатируются по несколько десятков лет и требуют все больше затрат на поддержание оптимального отпуска тепловой энергии. Коммунально-бытовые службы не отслеживают и не пересчитывают тепловые нагрузки на свои здания, как требуют того новые нормативные документы, ежегодно формируя платежные квитанции с увеличивающимися цифрами на оплату услуг ЖКХ.

Решением вышеперечисленных проблем является изменение подхода к концепции оптимизации систем теплоснабжения. Необходимо выработать структурный план действий, который позволит рационально распределять инвестиции в модернизацию систем теплоснабжения с наибольшим технико-экономическим эффектом.

Теоретические основы

Суть концепции - разработка стратегии поэтапного внедрения АИТП, с учетом всех существующих и описанных выше проблем.

Данный подход позволит решить не только технические проблемы, такие как изношенность тепловых сетей, устаревшее оборудование, невозможность регулирования тепловой энергии, но и экономические - уменьшить затраты на реконструкцию тепловых сетей, сократить платежи за потребление тепловой энергии, структурировать распределение инвестиций.

Действующие программы энергосбережения требуют снижения теплопотребления и тепловых потерь в зданиях, что вполне реализуется при внедрении систем автоматического регулирования тепловой энергии.

Ранее были проведены исследования по поэтапному внедрению АИТП в системах теплоснабжения и оценке энергоэффективности по оснащению от наиболее приближенному к ЦТП потребителю к более удаленному [10].

В результате работы был определен оптимальный процент оснащённости абонентских узлов АИТП от общего числа потребителей.

Установлено, что процент оснащенности потребителей АИТП, тепловая нагрузка которых составляет менее 30 % и/или более 75 % от общей, не вносит значимых изменений в нарушение режима работы систем теплоснабжения.

Оснащение АИТП потребителей, имеющих тепловую нагрузку в диапазоне 30-75 % от общей, приводит к гидравлической разрегулировке всей системы, что влечет за собою ряд проблем в тепловых сетях города: увеличение давления в подающем трубопроводе, и как следствие, увеличение показателей расхода электрической энергии, требуемых на перекачку теплоносителя, повышенные значения температуры воды в обратном трубопроводе, недостаточный теплосъем у потребителя [11].

В рамках выполняемой работы проведен анализ поэтапного внедрения автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов для оценки энергоэффективности системы централизованного теплоснабжения при варианте оснащения АИТП от самого удаленного от ЦТП потребителя к самому приближенному.

Данные мероприятия предполагают монтаж типичных тепловые схем подключения абонентов к тепловой сети в соответствии с СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов», с учетом теплопотребления и автоматическим поддержанием гидравлического режима, выдерживание температуры горячей воды и температурного графика в системе отопления зданий.

Для определения оптимального числа абонентов, подключенных к тепловым сетям через АИТП, с учетом влияния на гидравлическую устойчивость рассматриваемой системы теплоснабжения, при исследовании использовались современные экспериментальные и численные методы моделирования различных режимов работы СЦТ [12].

Методы

Для осуществления исследования в работе, так же как и ранее, был применен расчет системы теплоснабжения с помощью программного комплекса «2иЫ1Ъегто», который позволяет смоделировать и рассчитать централизованную систему теплоснабжения.

Созданная с помощью программного комплекса «ZuluThermo» математическая модель, на основании которой производились расчеты, представляет собой связанный граф, где узлами являются объекты, а дугами графа - участки тепловой сети. Каждый объект математической модели относится к определенному типу, характеризующему исследуемую инженерную сеть, и имеет режимы работы, соответствующие его функциональному назначению. Тепловая сеть включает в себя следующие основные объекты: источник, участок, потребителей и узловые элементы: центральный тепловой пункт, запорно-регулирующую арматуру и другие элементы [13].

Перед началом расчетов внешнее представление сети, в зависимости от типов и режимов работы элементов, были перекодированы во внутреннее представление, по которому и проводился расчет.

Исследования проводились на реальной тепловой сети 9 микрорайона г. Елабуга АО «ЕПТС» (рис.1). Это позволило провести анализ полученных при расчете параметров и апробировать результаты расчета на действующей системе.

Рис. 1. Схема теплоснабжения 9-го микрорайона Fig. 1. Heat supply scheme of the 9th microdistrict of г. Елабуга Yelabuga

Результаты работы

Название предприятия: Елабужское предприятие тепловых сетей (АО «ЕПТС»), Источник теплоснабжения находится на геодезической отметке 149 м, расчетная температура наружного воздуха г. Елабуга согласно составляет -31 °С. Температурный график 115/70 °С. Напор в подающем и обратном трубопроводе составляет 61/41 м.

Суммарная присоединенная нагрузка исследуемой системы до внедрения АИТП составила 10,01 Гкал/ч, в том числе: на отопление 8,04 Гкал/час, на ГВС 1,97 Гкал/час. Требуемое количество теплоты, с учетом тепловых потерь в системе, составляет 10,3 Гкал/час.

Подключение ЦТП выполнено по схеме с двухступенчатым смешанным подключением подогревателей ГВС и непосредственным присоединением системы отопления (СО) (рис. 2).

Рис. 2. Схема подключения с двухступенчатым смешанным подключением подогревателей ГВС и непосредственным присоединением систем отопления

Fig. 2. Connection diagram with two-stage mixed connection of hot water heaters and direct connection of heating systems

Для вариантов внедрения АИТП была использована схема с параллельным подключением подогревателей ГВС и насосным присоединением системы отопления и системы вентиляции (СВ) (насос на перемычке) (рис. 3).

Т2

а™

Рис. 3. Схема присоединения потребителя с параллельным подключением подогревателей ГВС и насосным присоединением систем отопления и вентиляции

Fig. 3. Connection diagram of the consumer with parallel connection of hot water heaters and pump connection of heating and ventilation systems

Для оценки влияния процента оснащенности потребителей АИТП на ключевые параметры работы системы было проведено 6 расчётов:

- расчёт системы теплоснабжения от ЦТП с потребителями, подключенными по элеваторной схеме, до установки АИТП,

- расчёт системы теплоснабжения при переводе потребителей на АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых составляет 12 % от общей тепловой нагрузки района,

- расчёт системы теплоснабжения при переводе потребителей на АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых составляет 20% от общей тепловой нагрузки района,

- расчёт системы теплоснабжения при переводе потребителей на АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых составляет 45% от общей тепловой нагрузки района,

- расчёт системы теплоснабжения при переводе потребителей на АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых составляет 73% от общей тепловой нагрузки района,

- расчёт системы теплоснабжения при переводе потребителей на АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых составляет 100% от общей тепловой нагрузки района.

В результате проведенных расчетов были построены графики и сделаны следующие выводы (рис. 4).

Процент оснащенности потребителей АИТП. %

Рис. 4. Изменение требуемого количества Fig. 4. Change in the required amount of thermal

тепловой энергии на рассматриваемую систему, energy for the system under consideration, with a

при различном проценте оснащения different percentage of equipment of consumers of

потребителей АИТП AITP

За счет внедрения автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов снижается расход тепловой энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения. Так, уже при оснащенности потребителей АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых составляет 12% от общей и больше, снижается расход энергии на отопление, а при оснащенности потребителей АИТП, суммарная тепловая нагрузка которых более 45 % сокращается требуемое количество расхода теплоносителя.

За счет внедрения автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов снижается расход тепла на отопление (рис. 5) и ГВС (рис. 6): так уже при оснащенности 12 % потребителей АИТП и больше снижается расход энергии на отопление, а при 45 % оснащенности АИТП падает расход энергии на ГВС. При 100 % внедрении АИТП наблюдаются самые низкие показатели расхода на отопление и ГВС.

Рис. 5. Изменение тепловой нагрузки на систему Fig. 5. Change in the heat load on the heating system отопления при различном проценте with different percentages of equipment of AITP оснащенности потребителей АИТП consumers

Рис. 6. Изменение тепловой нагрузки на систему горячего водоснабжения при различном проценте оснащенности потребителей АИТП

Fig. 6. Changes in the heat load on the hot water supply system with different percentages of equipment of AITP consumers

При оснащенности потребителей, присоединенных по элеваторной схеме подключения и потребителей, переведенных на АИТП с тепловой нагрузкой 12 % от общей, было установлен самый наибольший суммарный расход на систему отопления - 273,6 т/час; при 100 % оснащения АИТП суммарный расход на отопление составляет 229,8 т/час (рис.7).

При проведении мероприятий по полному (100%) оснащению АИТП, за счет исключения «перетопов», наблюдается снижение тепловой нагрузки на 10 %. Требуемое количество тепловой энергии в системе теплоснабжения исследуемого микрорайона при этом составляет 9,66 Гкал/ч, наблюдаются самые низкие показатели расхода теплоносителя

Процент оснащенности потребителей ЛШТI. %

Рис.7. Расход теплоносителя, циркулирующего в Fig. 7. Flow rate of the coolant circulating in the системе system

Сокращение объема теплоносителя, циркулирующего в системе теплоснабжения, составляет 16 %, что явно сказывается на коммунальных платежах для населения, и влияет на снижение затрат на подготовку и транспортировку теплоносителя для генерирующего источника и транспортной компании.

Поскольку произвольное изменение расхода воды в наших системах отопления приводит к их поэтажной разрегулировке, местное количественное регулирование (расходом теплоносителя) теплопотребления при зависимом присоединении систем отопления через элеваторы может производиться только пропусками, т.е. полным прекращением циркуляции воды в системе отопления в течение определенного периода времени на протяжении суток. Частичное сокращение расхода сетевой воды на отопление на источнике при неизменном расходе воды в местной системе отопления может производиться при установке на абонентском вводе смесительного насоса или при независимом присоединении систем отопления, а также при установке на ИТП водоструйных элеваторов с регулируемым сечением рабочего сопла [14].

При присоединении потребителей по элеваторной схеме через ЦТП наблюдается самая низкая температура обратного трубопровода, что обуславливается типичным температурным режимом 95/70 °С с качественным регулированием.

Покрытие нагрузки ГВС вызывает не только ограничение нижнего предела температуры прямой сетевой воды, но и нарушение других условий, принятых при расчете типового отопительного температурного графика. Так, в закрытых системах теплоснабжения, в которых отсутствуют регуляторы расхода сетевой воды на отопление, переменный расход воды на ГВС приводит к изменению расходов сетевой воды и сопротивления сети, располагаемых напоров на источнике и у потребителей, и, в конечном счете - расходов воды в системах отопления.

В этом случае к использованию рекомендуются так называемые «повышенные» графики для закрытых систем теплоснабжения, когда температура прямой сетевой воды в зависимости от нагрузки ГВС принимается на 3-5 °С выше, чем при типовом графике, а расход воды в системе теплоснабжения определяется только по отопительной нагрузке. При этом наличие установок ГВС в отапливаемых зданиях снижает температуру обратной сетевой воды против чисто отопительного графика, что приводит к дополнительному энергетическому эффекту.

Для отечественных систем теплоснабжения характерны преимущественное применение закрытой смешанной и параллельной схем включения на ИТП и ЦТП установок ГВС и работа источников по чисто отопительному графику с изменением расхода сетевой воды в течение отопительного периода, вызванного только нагрузкой ГВС [15].

Здесь необходимо отметить, что желание понизить температуру воды после систем отопления зданий, запроектированных и работающих по графику 95/70 °С, абсолютно нереально без их серьезной технической модернизации и больших финансовых затрат.

Заключение

Для повышения энергетической эффективности систем теплоснабжения муниципальных образований в работе были проработаны основные ключевые вопросы, связанные с проведением мероприятий по внедрению АИТП.

Выявлена зависимость процента оснащения потребителей АИТП на ключевые показатели работы системы теплоснабжения

В результате работы был определен оптимальный процент оснащённости абонентских узлов АИТП от общего числа потребителей.

Установлено, что процент оснащенности потребителей АИТП, тепловая нагрузка которых составляет менее 45 % от общей, не вносит значимых изменений в нарушение режима работы систем теплоснабжения.

При переводе части потребителей на АИТП, имеющих подключенную тепловую нагрузку в диапазоне от 45 % до 100 % от общей, наблюдается снижение расхода теплоносителя на нужды отопления и ГВС, а также снижается требуемое количество тепла, за счет гидравлической балансировки системы и рационального теплопотребления. Экономия тепловой энергии составляет 16-20%.

Также при внедрении АИТП с установкой ГВС допустимо применять повышенный температурный график, что приводит не только к энергетической экономии при теплоснабжении, но и также обеспечивает денежную экономию при транспортировке теплоносителя, включая тот факт, что при установке автоматизированного индивидуального теплового пункта сокращаются затраты на модернизацию и реконструкцию сетей ГВС, переводя СЦТ с четырехтрубной системы на двухтрубную.

Несмотря на полученные результаты, направления исследований будут продолжены

Для завершения разработки стратегии поэтапного внедрения АИТП необходимо провести еще ряд экспериментов, которые позволят вычислить итоговый процент оснащенности потребителей АИТП, влияющий на эффективность системы в целом. Для расширения данной темы необходимо дать оценку влияния полученного процента оснащённости потребителей АИТП на гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения в хаотичном порядке.

Литература

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Схема теплоснабжения муниципального образования г. Набережные Челны на 2021 год на период до 2035 года. Набережные Челны: ООО «ИЦ «Энергоаудит», 2020. Т.4. 82 с.

2. Жуков В.К., Камалетдинов И.И., Минаков А.А. Экономическая эффективность массового внедрения индивидуальных тепловых пунктов в городе Елабуге // Энергосовет. 2014. № 5 (36). С. 36-37.

3. ИТП против ЦТП. Зачем Казань меняет схему горячего водоснабжения еженедельник «Аргументы и Факты». 2017. № 13. URL: https://kazan.aif.ru/society/details/itp_protiv_ctp_ (дата обращения 14.12.2019).

4. Стенников В.А. Обеспечение параметрической надежности теплоснабжающих систем // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т.19, № 3-4. С. 20-30.

5. Gabrielaitiaene I Evaluation of approaches for modeling temperature wave propagation in district heating pipelines // Heat transfer engineering. 2008. No.1. pp. 45 -46.

6. Wernstedt F. An agent-based approach to monitoring and control of district heating systems // Lecture notes in computer science. 2017. V. 2358. p. 801.

7. Звонарева Ю.Н.,. Ваньков Ю.В. Работа системы теплоснабжения при поэтапном внедрении автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. Издательство: КГЭУ. 2017. Т. 19 №1-2. С. 31-40.

8. Филимонов А.Г. Особенности перехода Казани на АИТП при реализации комплексной программы повышения эффективности системы теплоснабжения // Вестник КГЭУ. 2019. №2 (42). С. 127-137.

9. Morvaj B. Optimising urban energy systems: Simultaneous system sizing, operation, and district heating network layout // Energy. 2016. V. 116. Pt 1. pp 619-636.

10. Абдулаев Д.А. Гидравлическая устойчивость тепловой сети // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 1 (52). С. 67-85.

11. Zvonareva Yu.N., Vankov Yu.V., Shlychkov V.V. Commercial effectiveness assessment of implementation the energy efficiency raising of the building project due to introduction of automatic heat consumption control // Публикация по итогам Научно-

технической международной конференции «ПромИнжиниринг-2017» SHS Web of Conferences 35, 01124 (2017). doi: 10.1051/shsconf/20173501124.

12. Звонарева Ю.Н. Оценка экономического эффекта для потребителей при установке автоматизированных узлов учета и регулирования тепловой энергии // Инженерный вестник Дона. 2015. №4.С. 156-161.

13. Кузборская К.С., Звонарева Ю.Н. Сравнение схем подключения потребителей в автоматизированном индивидуальном тепловом пункте // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом и жилищно-коммунальном хозяйстве: материалы 6 Национальной науч.-практ. конф. Казань, 2020. № 2. С. 324-327.

14. Кузборская К.С., Звонарева Ю.Н. Оценка влияния поэтапного внедрения АИТП на системы теплоснабжения // Тинчуринские чтения-2020: Энергетика и цифровая трансформация: материалы Международной молодежной науч. конф. Казань, 2020. № 2. С.106-109.

15. Запольская И.Н., Звонарева Ю.Н. Повышение эффективности систем ГВС установкой автоматизированных ИТПи // Вестник КГЭУ. 2017, № 4(36). С. 23-34.

Авторы публикации

Звонарева Юлия Николаевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения», Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия. E-mail: skulinaun@mail.ru.

Кузборская Кристина Станиславовна - магистр, Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия.

References

1. Scheme of heat supply for the municipality of Naberezhnye Chelny for 2021 for the period until 2035. Naberezhnye Chelny: LLC «ECEnergoaudit» 2020;4:82.

2. Zhukov VK, Kamaletdinov II, Minakov AA. Economic efficiency of mass introduction of individual thermal points in the city of Elabuga. Energosovet. 2014;5(36):36-37.

3. ITP versus TTC. Why does Kazan change the hot water supply scheme: weekly «Arguments and Facts». 2017. №. 13. URL: https://kazan.aif.ru/society/details/itp_protiv_ctp_

4. Stennikov VA. Provision of parametric reliability of heat supply systems. Izvestiya of higher educational institutions. Energy problems. 2017;19(3-4):20-30.

5. Gabrielaitiaene I. Evaluation of approaches for modeling temperature wave propagation in district heating pipelines. Heat transfer engineering. 2008;1:45-46.

6. Wernstedt F. An agent-based approach to monitoring and control of district heating systems. Lecture notes in computer science. 2017;2358:801.

7. Zvonareva UN, Vankov YV, Vera Yu. The work of heat supply system in a phased implementation of automated individual heating stations. News of higher educational institutions. Energy problem. Publisher: Kazan state power engineering University (Kazan). 2017;19(1-2):31-40.

8. Filimonov AG. Features of the transition of Kazan to AITP in the implementation of a comprehensive program to improve the efficiency of the heat supply system. Bulletin KSPEU. 2019;2 (42):127-137.

9. Morvaj B. Optimising urban energy systems: Simultaneous system sizing, operation, and district heating network layout. Energy. 2016;116(1):619-636.

10. Abdulaev DA. Hydraulic stability of the heating network. Construction of unique buildings and structures. 2017;1(52):67-85.

11. Zvonareva YuN, Vankov YuV, Shlychkov VV. Commercial effectiveness assessment of implementation the energy efficiency raising of the building project due to introduction of automatic heat consumption control. SHS Web of Conferences 35, 01124 (2017). doi: 10.1051/shsconf/20173501124.

12. Zvonareva YuN. Assessment of the economic effect for consumers during the installation of automated metering and control units for heat energy. Engineering Bulletin of the Don. 2015;4:156-161.

13. Kuzborskaya KS, Zvonareva YuN. Comparison of consumer connection schemes in an automated individual heating station. Instrument-making and automated electric drive in fuel and energy and housing and communal services: materials of the 6 National scientific-practical.

conf. Kazan, 2020;2:324-327.

14. Kuzborskaya KS, Zvonareva YuN. Assessment of the impact of the phased introduction of AITP on heat supply systems. Tinchurin Readings-2020: Energy and Digital Transformation: Materials of the International Youth Scientific. conf. Kazan, 2020;2:106-109.

15. Zapolskaya IN, Vankov YuV. Improving the efficiency of hot water supply systems by installing automated ITP. Bulletin KSPEU. 2017;4 (36):23-34.

Authors of the publication

Julia N. Zvonareva - Kazan state power engineering university, Russia. E-mail: skulinaun@mail.ru

Kristina S. Kuzborskaya - Kazan state power engineering university, Kazan, Russia.

Получено 21 июня 2021 г.

Отредактировать 30 июня 2021г.

Принято 01 июля 2021г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.