CC BY
7УДК 658.264
ОБ АКТУАЛЬНОСТИ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕВОДА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ С ЧЕТЫРЁХТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА ДВУХТРУБНУЮ
Данилов Павел Викторович, магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: Pawa93@bk.ru
Научный руководитель: Закируллин Рустам Сабирович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: rustam.zakirullin@gmail.com
Аннотация. Цель статьи - выявить проблемы перехода с четырёхтрубной на двухтрубную систему теплоснабжения жилых районов населённых мест.
В период массового жилищного строительства 1950-1980 гг. теплоснабжение жилых районов организовывалось по четырёхтрубной схеме. В условиях рыночной экономической системы требуется учёт и обеспечение эффективного использования ресурсов на каждом этапе производства, распределения и потребления тепловой энергии. Использование четырёхтрубных систем имеет целый ряд проблем, в качестве решения которых возникла идея замены четырёхтрубных систем теплоснабжения двухтрубными.
Выполненный литературный обзор и патентный поиск подтверждают, что данный вопрос находит отражение как в исследовательских работах, так и в практико-ориентированных проектах и разработках. Наряду с этим проанализированы преимущества и недостатки двухтрубной системы теплоснабжения.
Ключевые слова: теплоснабжение, тепловые сети, четырёхтрубный, двухтрубный, схема, реконструкция, тепловой пункт.
Для цитирования: Данилов П. В. Об актуальности проблемы перевода потребителей с четырехтруб-ной системы теплоснабжения на двухтрубную // Шаг в науку. - 2021. - № 2. - С. 25-30.
ON THE URGENCY OF THE PROBLEM OF TRANSFERRING CONSUMERS FROM A FOUR-PIPE HEAT SUPPLY SYSTEM TO A TWO-PIPE SYSTEM
Danilov Pavel Viktorovich, postgraduate student, training program 08.04.01 Construction, Orenburg State University, Orenburg e-mail: Pawa93@bk.ru
Research advisor: Zakirullin Rustam Sabirovich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Heat and Gas Supply, Ventilation and Hydromechanics, Orenburg State University, Orenburg e-mail: rustam.zakirullin@gmail.com
Abstract. The purpose of the article is to identify the problems of transition from a four-pipe to a two-pipe heat supply system for residential areas of populated areas.
During the period of mass housing construction 1950-1980 heat supply to residential areas was organized according to a four-pipe scheme. Under the conditions of a market economic system, accounting and ensuring the efficient use of resources at each stage ofproduction, distribution and consumption of heat energy is required. The use offour-pipe systems has a number ofproblems, as a solution to which the idea of replacing four-pipe heat supply systems with two-pipe ones arose.
The performed literature review and patent search confirm that this issue is reflected both in research works and in practice-oriented projects and developments. Along with this, the advantages and disadvantages of a two-pipe heat supply system are analyzed.
Key words: heat supply, heating networks, four-pipe, two-pipe, scheme, reconstruction, heating point. Cite as: Danilov, P. V. (2021) [On the urgency of the problem of transferring consumers from a four-pipe heat supply system to a two-pipe system]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 2, рр. 25-30.
Основной задачей теплоснабжения является подача тепловой энергии в требуемом качестве (температура) и количестве (расход теплоносителя) на
нужды отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения и промышленных технологических процессов. В соответст-
вии с этим, система теплоснабжения включает три основных элемента:
1. Источник теплоснабжения (АЭС, ТЭЦ, котельная, индивидуальный источник), на котором теплота выделяется в результате физико-химических процессов (ядерная реакция, горение топлива) и передаётся теплоносителю (вода, пар).
2. Системутрансиорта и преобразованияиа-раметров теплоуосителя,оТтспоривак>рраю доставку теплоносителя от источника теплоснабжения до мест теплопотребления с промежуточным преобразованием его ммртметроо тру без такового (тепловые сети и сооарженям нт них, оаиловыз пункты).
3. Систему теплопотребления, в которой теплота от терооносиртуя отбиртннта зв необходимые нужды (тсплопотфаРояющие усреоовзи систем отоплерия, вентолшдаа, тонн и цион иро-вания, горячего водоснабжения, технологических процессов).
По месту расп о ложения источника теплоты
относительно точек теплопотребления системы теплоснабжения подразделяются на централизованные (источник обслуживает большую группу объектов теплопотребления и связан с последними магистральными и распределительными тепловыми сетями) и децентрализованные (источник обслуживает объект теплопотребления, в котором сам и находится,расгфедзлительныа тепловые сети аясутствуюр). В нсторитотечестббнного теплоснабжения сложилось так, что в СССР задача организации централизованного теплоснабжения была поставнкна оз государснббнням ррявне, в связи с рем, уто[я зиилозо форда ыозетзнтяк мест с централизованным теплоснабжением является преобла-отющед [з]. Пт резрказосм онализа литературных иттоуниооз[с], ,8] и ярмцентного боотношения долей потребителей с централизованным и децентрализованным теплоснабжением (сюда же относится и горячее водоснабжение) авторами разработаны схемы, приведённые на рисунках 1 и 2.
Дало еонндЫыотнтЯ в оыыатом фзтвт тстннёшшн маао
Рисунок 1. Соотношиние ценарзотздванногв теплоснырзсвшс1
Рисунок 2. Соотношение централизованного и децентрализованного горячего водоснабжения
С периода массового жилищного строительства 1950-1980 гг. теплоснабжение жилых районов организовано преимущественно по четырёхтрубной схеме с подачей воды на нужды отопления-вентиляции и горячего водоснабжения по раздельным тепловым сетям, Т1-Т2 и Т3-Т4 соответственно. Разделение теплогидравлических потоков и приготовление горячей воды на нужды горячего водоснабжения при этом происходит в центральных тепловых
пунктах (ЦТП), расположенных в обслуживаемых районах (при теплоснабжении от ТЭЦ и крупных котельных) или непосредственно в зданиях котельных (при теплоснабжении от так называемых «малых районных» котельных). Типичные разновидности схем четырёхтрубной системы теплоснабжения жилых районов городов, разработанные авторами на основании данных [8], [10], [17], приведены на рисунках 3 и 4.
Рисунок 3. Четырёхтрубная система теплоснабжения без преобразовмшя температуры Т1-Т2 в ЦТП
§
ï Г]
Т?
£
IUI
ce
ЦТП
<D
T3
Г1 Г7 Г 94
T4
Квартальная сеть
ИТП
Внутренние системы
Рисунок 4. Четырёхтрубная система теплоснабжения с преобразованием температуры Т1-Т2 в ЦТП (неза-висимаясхема)
В условиях плановой экономики недостаткам энергоэффективности подобных схем уделялось мало внимания. Однако в рыночной экономической системе, где требуется учёт и обеспечение эффективности расходования ресурсов на каждом этапе производства, распределения и потребления тепловой энергии, что, в частности, подкреплено законодательно1, необходимо учитывать следующие главные проблемы четырёхтрубных систем теплоснабжения [1], [4], [17]:
1. Потери теплоты в окружающую среду как с трубопроводов Т1-Т2, так и с трубопроводов Т3-Т4.
2. Сложная эксплуатация, высокая стоимость строительства и ремонта в связи с высокой материалоёмкостью.
3. Более низкая надёжность теплоснабжения по такой системе в целом в связи с наличием большего числа элементов, подверженных повреждениям и авариям.
С целью решения указанных проблем возникла идея замены четырёхтрубных систем теплоснабжения жилых районов населённых мест двухтрубными. При этом теплоноситель подводится непо-
средственно к зданиям, а разделение теплогидрав-лических потоков по отдельным системам тепло-потребления предусматривается в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП). Там же размещается оборудование для горячей воды.
Принципиальная схема двухтрубной системы теплоснабжения, разработанная авторами на основании данных [8], [10], [17], приведена на рисунке 5.
Обзор литературных источников по теме перевода потребителей с четырёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную показал, что в современных публикациях, посвящённых развитию систем теплоснабжения, внимание уделяется в большей степени вопросам выработки тепловой энергии [6] или потребления2. В объёме модернизации районных систем теплоснабжения исследователи предлагают реконструкцию ЦТП с применением ЧРП насосного оборудования и установкой современных теплообменников пластинчатого типа, а также в качестве эффективного решения в условиях сложившейся застройки - перевод ЦТП на независимые схемы с заменой стальных трубопроводов внутриквартальных тепловых сетей на полимерные [7], [9], [13].
1 Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 № 261-ФЗ.
2 Дубсон М. И. Опыт эксплуатации тепловых сетей и индивидуальных тепловых пунктов предприятия «Ригас Силтумс» // Новости теплоснабжения. - 2008. - № 4 (92). - С. 14-20.
Рисунок 5. Двухтрубная система теплоснабжения
Однако в работах В. И. Ливчака показано, что ИТП оказываются эффективнее решения с ЦТП как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам [8]. Того же мнения придерживается Ч. Б. Шаль-кявичюс [5], [11]. Расчётно-теоретический анализ эффективности применения двухтрубной системы теплоснабжения вместо четырёхтрубной выполнен Л. А. Шабалиным и Е. А. Бирюзовой в [17].
В [15] высказано мнение, что организацию учёта теплопотребления от каждого объекта в надлежащем качестве можно организовать только с полноценным ИТП на объекте, и приводится технология системы диспетчеризации узлов учёта тепловой энергии. С другой стороны, в свете наметившейся за рубежом тенденции к применению низкотемпературных графиков качественного регулирования от источников теплоснабжения [16] ЦТП становятся «лишним звеном», но в то же время, к примеру, в Китайской Народной Республике присоединение новых абонентов к ЦТП осуществляется и в настоящее время [18].
С точки зрения действующей отечественной нормативно-технической документации, водяные тепловые сети надлежит проектировать, как правило, двухтрубными [12]. В [10] проанализированы технические решения и теплогидравлические режимы работы тепловых пунктов при различных схемах теплоснабжения и сделан вывод о том, что в современных условиях оптимальным решением для обеспечения автоматизации работы теплопо-требляющих систем и точного соответствия расчётного теплопотребления фактическому является полноценный ИТП на объекте теплоснабжения.
Заслуживает внимания практический зарубежный опыт. В городе Рига Латвийской республики в период с 1997 по 2001 годы был осуществлён переход на двухтрубную схему теплоснабжения, что позволило исключить 134,77 км трубопровода сетей
централизованного горячего водоснабжения и эксплуатационные затраты по 185 ЦТП. Этот переход, с параллельным выполнением и других смежных мероприятий, позволил за период с 1997 по 2007 год в целом по теплосетевому хозяйству сократить тепловые потери с 19,57 % до 13,02 % (6,55 процентных пунктов) и уменьшить среднечасовой расход утечек воды с 194 до 65 т/ч (на 129 т/ч)3. В городе Киев (Украина) также был осуществлён перевод потребителей на двухтрубную систему теплоснабжения с ликвидацией ЦТП и оборудованием полноценных ИТП в жилых домах.
Актуальность вопроса перевода потребителей с четырёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную подтверждает и то, что исследователи обращаются как к техническим, так и прикладным сторонам данного вопроса. Так, в статье Алексахи-на А. А. и Бобловского А. В. [1] предложены формулы для оценки увеличения расхода сетевой воды от источника теплоснабжения при таком переводе. С. В. Чичерин в статье [14] приводит основы методики экономического моделирования и расчёта показателей эффективности проекта перевода потребителей с четырёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную.
Вышеизложенное позволило авторам определить следующие проблемы, которые могут возникнуть при переходе на двухтрубную систему теплоснабжения:
1. Необходимость увеличения пропускной способности квартальных водопроводных сетей, рассчитанных ранее только на расходы холодной воды. После перевода района на двухтрубную систему теплоснабжения водопроводная сеть должна будет обеспечить подачу ещё и расходов воды, нагреваемых в ИТП для нужд горячего водоснабжения. По опыту города Казань, без увеличения пропускной способности водопроводных сетей
3 Дубсон М. И. Опыт эксплуатации тепловых сетей и индивидуальных тепловых пунктов предприятия «Ригас Силтумс» //
Новости теплоснабжения. - 2008. - № 4 (92). - С. 14-20.
возникает проблема перебоев как в горячем, так и в холодном водоснабжении.
2. Современное оборудование представляет собой сложный комплекс технических устройств, для эксплуатации, наладки и обслуживания которого необходим высококвалифицированный персонал. Управляющим компаниям придётся заключать сервисные договоры со сторонними организациями, что дополнительными затратами ляжет на жильцов.
3. Проблема балансовой принадлежности ИТП. Если ИТП передаётся в состав общедомового имущества, то теплоснабжающая организация теряет прямой доступ к нему и не может оперативно произвести наладку при аварии или разрегулировке с нарушением теплоснабжения потребителей или теплогидравлического режима работы наружной тепловой сети.
4. Доступ посторонних лиц. ИТП размещаются в подвалах, среди которых большинство таких, что не закрываются на замок. По опыту Казани [2], в таких подвалах нередки случаи воровства технических устройств или вандализма с приведением оборудования ИТП в неработоспособное состояние. Так или иначе, это дополнительные затраты для жильцов: восстанавливать оборудование либо приобретать и поддерживать систему видеонаблюдения или охраны.
Таким образом, в настоящее время проблема перевода потребителей с четырёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную актуальна. Для её решения выполняются как исследовательские работы, так и практико-ориентированные проекты и разработки.
Литература
1. Алексахин А. А. К вопросу о переходе на двухтрубные системы теплоснабжения микрорайонов // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2015. - № 11(142). - С. 26-31.
2. Ахмерова Г. М. Проблемы перехода от ЦТП на АИТП в Казани. // Новости теплоснабжения. - 2016. - № 5 (189). - С. 37-39.
3. Башмаков И. А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России // Новости теплоснабжения. - 2008. - № 2 (90). - С. 6-10.
4. Жуков В. К. [и др.] Экономическая эффективность массового внедрения индивидуальных тепловых пунктов в городе Елабуге // Энергосовет. - 2014. - № 5(36). - С. 36-37.
5. Индивидуальная система горячего водоснабжения // Патент СССР № SШП3639A1, 1984. / Шаль-кявичюс Ч. Б.
6. Кобец Н. Теплоэнергетика: чему надо учиться в Риге // Эксперт Сибирь. - 2017. - № 11-12(490).
7. Колосов М. В. Применение ОРС технологии в системах диспетчеризации узлов учёта тепловой энергии // Вестник Череповецкого государственного университета. - 2016. - № 5 (74). - С. 10-12.
8. Ливчак В. И. Теплоснабжение жилых микрорайонов города на современном этапе. // Энергосбережение. - 2005. - № 1. - С. 47-57.
9. Лукин С. В. [и др.] Использование теплоты, отводимой от стальных слябов кристаллизаторами и повецкого государственного университета. - 2017. - № 3 (78). - С. 28-37.
10. Пырков В. В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. - К.: II ДП «Таю спра-ви», 2007. - 252 с.
11. Система квартирного отопления // Патент СССР № SU987302A1, 1983. Бюл. № 1 / Шалькяви-чюс Ч. Б.
12. СП 124.13330.2012. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003.
13. Черней М. И. Опыт применения конденсаторных установок и схем частотного регулирования в централизованной системе теплоснабжения мун. Кишинэу // Проблемы региональной энергетики. - 2013. № 1 (21). - С. 48-56.
14. Чичерин С. В. Вариантный анализ сценариев модернизации центральных тепловых пунктов // Вестник Череповецкого государственного университета. - 2017. - № 5. - С. 53-61.
15. Чичерин С. В. Надежность и эффективность среднетемпературного теплоснабжения // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета. Естественные и инженерные науки. - 2017. - Т 23. - № 2. - С. 75-80.
16. Чичерин С. В. Планирование и оценка преимуществ увеличения нагрузки системы централизованного теплоснабжения // Вестник Восточно-сибирского государственного университета технологий и управления. - 2017. № 2(65). - С. 17-23.
17. Шабалин Л. А. Анализ 2-х трубной и 4-х трубной системы теплоснабжения // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти профессора Данилова Н. И. (1945-2015) - Даниловских чтений (Екатеринбург, 10-14 декабря 2018 г.). - Екатеринбург: УрФУ 2018. - С. 489-491.
18. Sheng X., & Lin D. Energy saving analyses on the reconstruction project in district heating system with distributed variable speed pumps. Applied Thermal Engineering, 2016. 101, pp. 432-445.
Статья поступила в редакцию: 18.12.2020; принята в печать: 21.05.2021. Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
