CC BY
165
УДК 658
Горячев В.Я., Голобоков С.В., Мартынов Н.В.
ПГУ
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Аннотация. Эффективность и надежность работы систем отопления производственных и жилых помещений может быть повышена путем настройки режимов работы с применением технологии тепловидения. В статье представлены типичные дефекты, нарушения режимов работы систем и рекомендации по оценке технического состояния.
Ключевые слова: система отопления, тепловизор, надежность теплоснабжения.
Надежность систем отопления промышленных и жилых зданий в условиях России, при типичных значениях температуры в зимнее время до минус 30 0С и продолжительности отопительного периода до 6 месяцев в год, является жизненно важной проблемой. Любой отказ системы отопления даже на несколько часов создает угрозу аварийной ситуации, размораживания водяного контура и выхода объекта из эксплуатации. Повторный запуск системы отопления требует колоссальных материальных затрат и в условиях отрицательных температур без специальной техники в принципе невозможен.
Надежность и безотказность систем отопления достигается путем проверки технического состояния, выполнения профилактических и ремонтных работ на этапе подготовке к отопительному сезону и непрерывным контролем режимов работы в процессе эксплуатации.
Особенностью систем отопления является высокая инерционность контуров, теплообменников, время прогрева больших помещений может достигать нескольких суток. Процедура наладки системы отопления достаточно длительная и трудоемкая. В современных системах применяются достаточно сложные устройства автоматики, позволяющие реализовать несколько алгоритмов работы. Обслуживание таких систем требует специальной аппаратуры и высокой квалификации персонала.
Широкие возможности для диагностики и оптимизации режимов работы систем отопления открывает технология тепловизионных исследований. Основой тепловизора является матрица, выполненная на основе полупроводникового кристалла. Оптическая система тепловизора направляет поток инфракрасных лучей на поверхность матрицы. Каждая точка - «пиксель» матрицы проводит измерение мощности излучения и полученные значения сохраняет в памяти устройства [1].
Далее встроенный процессор проводит обработку теплового снимка объекта. Определяется верхняя и нижняя граница температур исследуемого объекта. Задается цветовая диаграмма температур и формируется соответствие цвета яркостной температуре каждого пикселя. Измерения выполняются дистанционно, по энергетической светимости нагретой поверхности исследуемого объекта [1,2]. Современные тепловизоры измеряют значение температуры с погрешностью 0,10C.
В современных приборах автоматически выполняется отстройка от температурного фона - окружающей температуры. Кроме того, в памяти прибора заложены коэффициенты излучения основных материалов - металлы, пластмассы, кирпич, бетон, керамика и т.п., что позволяет автоматизировать обработку изображений и существенно повысить удобство в использовании.
Тепловизионные исследования системы отопления проводятся с целью проверки эффективности, обнаружения отклонений от нормального режима и поиска мест утечки тепла. Для удобства идентификации элементов и привязки к размещению элементов в здании параллельно с тепловым снимком представляется обыкновенная фотография [2,3].
Тепловые снимки систем отопления представлены на рис. 1 - 10.
На рис. 1 представлен радиатор отопления в нормальном режиме. Перепад температур между радиатором и воздухом в помещении составляет 30 0С. Температура радиатора 45 0С, напорной магистрали М5 - 50 0С. Вся поверхность радиатора имеет равномерный температурный фон, в верхней части радиатора температура на 5-7 0С выше, чем в нижней. Температура поверхности стены 20 0С, на снимке хорошо заметен эффект нагрева стенки - зеркала за радиатором отопления - около 30 0С.
Рис. 1 - Радиатор отопления в нормальном режиме
На рис. 2 представлен снимок ветвей системы отопления в режиме неравномерной подачи тепло-
носителя по ветвям.
Рис. 2 - Нарушение режима работы правой ветви системы отопления.
Отмечается нагрев стен и пола в местах заделки трубопроводов - М3. Температура поверхности пола вокруг левой трубы на 17 0С выше, чем вокруг правой. Поскольку бетон является теплоизолятором, температура теплоносителя в левом стояке будет гораздо выше, чем в правом.
Отдаваемая тепловая мощность правой ветви почти в 3 раза меньше, чем левой. Требуется регулировка подачи теплоносителя по ветвям системы. Следует выяснить причину неравномерной циркуляции теплоносителя.
Рис. 3 На рис.
Радиатор отопления в режиме малой мощности
3 представлен радиатор отопления и подводящие трубопроводы. Температура на входе
Половина радиатора не работает, имеет температуру 17 0С - на уровне температуры воздуха в помещении. Верхняя половина едва-едва нагрета. Недостаточна циркуляция теплоносителя, радиатор работает неэффективно, требуется регулировка подачи теплоносителя.
Т
Г*
27 0С, на выходе - 15 0С, температура на входе очень мала
Рис. 4 - Снимок неработающего радиатора
На рис. 4 представлен снимок отключенного радиатора. Теплоноситель не поступает, радиатор имеет температуру воздуха в помещении. Причин может быть две. Либо радиатор выключен, либо забиты ржавчиной подводящие трубки, в результате теплоноситель идет по байпасной трубе. На снимке также отмечается нагрев стен и пола в местах заделки трубопроводов.
На рис. 5 представлен снимок вентилей магистрального трубопровода.
Рис. 5 - Вентили магистрального трубопровода
Вентили расположены на открытом воздухе и имеют недостаточную тепловую изоляцию. Температура вентиля напорной магистрали около 70 0С, обратной магистрали - 30 0С. Изоляция трубопроводов выполнена минеральной ватой с защитой кровельным гидроизоляционным материалом. Потерь тепла через трубопровод не наблюдается. Требуется утепление теплотрассы и защита от сквозняков, например в виде навесного шкафа. Это позволит также решить проблему защиты системы отопления от внешнего вмешательства.
На рис. 6 представлен снимок надземной теплотрассы, часть трубопровода оголена, теплоизоляция разрушена, защита стеклотканью отсутствует полностью. Температура внешней поверхности трубопровода около 60 0С, температура окружающей среды - минус 5 0С. Тепловой снимок получается очень контрастным, что свидетельствует о большом перепаде температур между самой горячей и холодной точками [3].
Рис. 6 - Надземная теплотрасса промышленного объекта
Длительная эксплуатация такого трубопровода недопустима. Через поврежденный участок теряется значительная доля тепловой энергии, в результате температура теплоносителя на входе в здание будет гораздо ниже. В данном случае требуется восстановить теплоизоляцию и защиту.
На рис. 7 представлен фрагмент наземной теплотрассы.
Рис. 7 - Наземная теплотрасса
Утепление трубопроводов и защита листовым металлом выполнены качественно, потерь тепла не обнаружено. В месте перехода теплотрассы в подземную, над колодцем построена кирпичная тумба. Толщина стенок и ее тепловое сопротивление достаточно малы, отмечается поток тепла через всю поверхность и через щели между кирпичами. Судя по снимку, кладка выполнена с низким качеством, штукатурка и ветроизоляция отсутствует.
На рис.8 представлен снимок участка дороги, под которым проложена подземная теплотрасса, укладка труб в лоток. Тепловой снимок показывает значительные градиенты температур. Отмечается локальная зона повышенной теплоотдачи между т. М1 и М2 [5]. Причинами может быть малая глубина траншеи, плохая изоляция, нарушение технологии прокладки труб.
Рис. 8 - Участок дороги над подземной теплотрассой
Более вероятной причиной повышенной теплоотдачи в этой области может быть мокрый грунт. При температуре окружающей среды минус 15 0С, самая горячая точка поверхности дороги имеет температуру 0 0С. Зимой в этом месте тает снег и будет лужа. Мокрый грунт имеет малое тепловое сопротивление, все это вызывает повышенную потерю тепла при транспортировке теплоносителя.
Рис. 9 - Переход между корпусом и колодцем
\а
п
ОД
2Л
•Шч
На рис. 9. представлена обратная магистраль при переходе между корпусом и колодцем подземной магистрали. Трасса выполнена незащищенной стальной трубой диаметром 76 мм и длиной около 4 м. Распределение температур вдоль трубы показывает резкое снижение температуры внешних поверхностей и аналогично - теплоносителя на внутренних поверхностях трубы. Температура стенок падает с 6 0С на выходе из корпуса до минус 7 0С при вводе в колодец.
На снимке наблюдаем развитие аварийной ситуации. Циркуляция теплоносителя мала, его температура низкая. В конце трубы на внутренних поверхностях образовалась корка льда, т.к. температура внешних стенок отрицательная а сталь - хороший проводник тепла. Проходное сечение трубы заужено, создается дополнительное сопротивление насосам.
Процесс замораживания трубы в стадии завершения. Еще немного времени или понижение окружающей температуры, трубу перехватит, циркуляция воды прекратится, образовавшийся лед разорвет трубопровод.
Если не принять срочных мер по отогреву и восстановлению циркуляции теплоносителя отдельная ветвь системы отопления выйдет из строя.
Рис. 10 - Фасад жилого дома
На рис.10 представлен фасад жилого кирпичного 5-этажного дома. В правой части на 4 и 5 этажах форточки открыты, причем открыты достаточно долго. Участок кирпичной стены над форточками прогрелся, на тепловом снимке отчетливо виден температурный шлейф [4].
Причиной является неравномерная подача теплоносителя по ветвям системы отопления. В правой части через стояк подается избыточное количество теплоносителя, система работает с высокой нагрузкой. Кирпичное здание имеет достаточно высокое тепловое сопротивление, температура в правой части дома явно выше нормы. Жильцы, спасаясь от жары, вынуждены держать форточки открытыми.
В левой части форточки закрыты, температура соответствует фону. Подача теплоносителя в левый стояк меньше, температурный режим там нормальный или даже ниже нормы, поскольку подача теплоносителя в дом ограничена, и большая часть его ушла через соседнюю ветвь. Выравнивание подачи теплоносителя повысит эффективность системы.
Внедрение современных технологий, в частности, тепловизионных исследований, в сферу ЖКХ позволит облегчить настройку системы отопления и сократить затраты бюджетных средств на отопление зданий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инструкция по эксплуатации тепловизора «Testo-882».
2. Сайт www.testo.ru
3. Интернет-ресурс http://aitrents.com/media/wysiwyg/Downloads/Testo
4. Сайт www.e-v-t.ru/SHOP/FILES/TESTO/teplovisors testo building
5. Ллойд Дж. Системы тепловидения /Пер. с англ. под ред. Горячева А. И. — М.: Мир, 1978, с. 416.
