Системный подход к организации учета тепловой энергии на муниципальном уровне Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

где 0[ и02- безразмерная температура проводника и изоляции соответственно; Т" - температура приведения (температура плавления полимера); I - безразмерная осевая (продольная) координата; х - безразмерная радиальная координата; х1 - граница сопряжения двух неоднородных сред (изоляции и металлического проводника); т - безразмерное время; Ре - число Пекле;

Qm - безразмерное максимальное тепловыделение при кристаллизации полимера.

Граничные условия:

дв2(хь1,х)_ aQjfa./.T).

п. ~ a j А, “ э Vi5v

ОХ ОХ А-2

02(лс1,/,х)=01(л|)/,т); (20)

- а (', т) ■ ■ [е2 (1.Л I)- е, (/, т)], (21)

где 0е (/,т)- относительная температура охлаждающей среды (воды, например).

(22)

В безразмерной форме начальные условия записываются следующим образом:

01(jc,/,O)=01o(x,/); е2(лг,/?0)= 02О(л:,/);

Т Т (23)

В1(*,О,т)=01(*,т) = ^. = вГо ; 02 (л:,0, т) = 0Э (д:, т) = = ©2i ;

Э01(О,/,т)=О;

дх

Таким образом, уравнения (15)-(17) с граничными условиями (19)-(22) и начальными условиями (23) являются математической моделью процессов теплопереноса и фазовых превращений при охлаждении кабельной жилы с экструдированной полимерной изоляцией.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИ СПИСОК

1. MtunpouiUH В.Н. Математическая модель для расчета температурных полей экструдированных изоляционных покрытий кабельных жил Н Вести. Самар, гос. техн, ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2004. Вып. 27. С. 8890.

2. Карташов ЭМ. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высш. шк., 2001. 550 с.

3. Зиннатуллин P.P., Труфанова И.М., Шилинг А,А. Исследование процессов теплопереноса и фазовых превращений при охлаждении провода с полимерной изоляцией Н V Минский между нар. форум по тепло- и массообмену; Тез. докл. и сообщ. Т. 2. 24-28 мая 2004 г, Минск, 2004. С. 130-131.

4. Полиэтилен. Справочное руководство / Под ред. М.И. Гарбара. Л.: Госхимиздат, 1955.

5. Оганесян К.Г. Расчет времени вулканизации при изолировании жил кабелей вулканизирующимся полиэтиленом // Электротехническая промышленность. Серия: Кабельная техника, 1975. № 12. С. 7-10.

6. Теплотехнический справочник. / Под ред. В.Н.Юренева Т. 2. М.: Энергия, 1976, 896 с.

Статья поступила в редакцию 18 ноября 2004 г.

УДК 621.311.22.002.56; 62! .317 В.И. Немченко, С.Ю. Абрамов

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОГАНИЗАЦИИ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА МУНИЦИПАЛЬНОМ УРОВНЕ

Представлены результаты системного анализа основных факторов, определяющих выбор приборов систем коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя. Изложены основные результаты внедрения приборного учета на муниципальном уровне.

Рассмотрены результаты системного подхода к решению многокритериальной технической задачи анализа работы системы централизованного теплоснабжения на примере г, Ново-куйбышевска Самарской области [1]. Организационно-технические мероприятия проводились в несколько этапов.

На первом этапе был образован Комитет по энергосбережению Администрации города, который и возглавил эти работы. С привлечением ведущих специалистов Самарского государственного технического университета и ОАО «Региональный центр энергоэффективности Самарской области» была разработана Концепция организации приборного учета тепловой энергии на объектах ЖКХ и Комитета по образованию, проведен анализ системы теплоснабжения, обоснован выбор базового прибора учета, определены типовые проектные решения, а также разработана Программа по установке приборов учета на объектах ЖКХ как составная часть Программы энергосбережения [1].

На втором этапе с 1997 г. на конкурсной основе проводятся проектные, монтажные и пус-ко-наладочные работы по установке приборов учета тепловой энергии и теплоносителя, а также холодной воды. В этот период выделилась головная организация по эксплуатации и метрологическому обеспечению действующего городского парка приборов учета и регулирования тепловой энергии - ОАО "Теплотехника”.

Снабжение города тепловой энергией осуществляется от НК ТЭЦ-1 ОАО «Самараэнерго». К момент)- начала работ по энергосбережению действующая система коммерческого учета на теплоисточнике не соответствовала «Правилам» [2], Количество отпущенного со станции тепла и теплоносителя определялось приборно-расчетным методом. Применялись индивидуальные измерительные комплекты для измерения объёмного расхода, температуры и давления теплоносителя и подпиточной поды по трубопроводам. С 2002 г. введена автоматизированная система коммерческого и внутристанционного учета НК ТЭЦ-1 на основе тепловычислителей С ПТ-961.

Существующая в г. Новокуйбышевске система теплоснабжения с точки зрения установки приборов обладает следующими особенностями.

1. Температурный график тепловой сети 150/70°С со срезками. Схема теплоснабжения двухтрубная открытая с водоразбором горячей воды на производственные, технологические и хозяйственные нужды из теплосети. Величина водоразбора по городу составляет до 40% от общего количества сетевой воды. Незначительное число потребителей, имеющих закрытую систему теплоснабжения, являются таковыми лишь условно и требуют в соответствии с [2] контроля баланса в подающих и обратных трубопроводах.

Существуют несоответствия и в выборе расчетной температуры наружного воздуха, 'Гак, температурный график отпуска тепла НК ТЭЦ-1 построен для (Рн в = -27°С, хотя для других тепловых станций ОАО '‘Самараэнерго” расчётная температура наружного воздуха 1РН в = -29°С. При этом для расчёта тепловых нагрузок потребителей принято 1РН в = —30°С.

2. Показатели качества теплоносителя в водяной системе теплоснабжения часто не соответствуют установленным в СНиП 2.04,07-86* [3].

3. Значительная протяженность магистральных и распределительных тепловых сетей, наличие закольцовок и радиальных участков затрудняют наладку гидравлического режима и приводят к «перетопу» головных потребителей и «недотопу» объектов, удаленных от теплоисточника.

4. Диапазон измерения расходов теплоносителя меняется в значительных пределах, так как в отопительный период тепловая нагрузка включает затраты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (1:2), а в летний период только горячее водоснабжение (1:30 и более).

5. В пусковые периоды имеется возможность значительного превышения максимальных проектных расходов, а в неотопительный период - возможность реверсной подачи теплоносителя по обратному трубопроводу.

6. Существующая система теплоснабжения города не имеет центральных тепловых пунктов, что не позволяет осуществлять квартальный или групповой учёт потребления тепла. Границей раздела балансовой принадлежности принята наружная стена здания, где размещается тепловой пункт. Такая ситуация обусловила организацию учета в каждом здании.

7. Индивидуальные тепловые пункты (ИТП) имеют ограниченные размеры и не предполагают протяженных прямых участков трубопроводов без местных гидравлических сопротивлений (арматуры, задвижек, насосов и т.д.).

В дополнение к действующим «Правилам» [2] сформулированы требования к приборам, вытекающие из конкретных условий теплоснабжения города:

- исключаются расходомеры, имеющие вращающиеся части;

- необходимо реверсивное измерение массы сетевой воды по обратному трубопроводу в неотопительный период и при заполнении сети;

- величина дополнительного гидравлического сопротивления, вносимого расходомером, должна быть минимальна;

- теплосчетчик должен оснащаться четырьмя расходомерами (подающий, обратный, ГВС и циркуляционный ГВС трубопроводы) или двумя расходомерами, нижний предел измерения которых и точность обеспечивают измерение летнего расхода ГВС;

- из-за отсутствия квартальных тепловых пунктов организация учета возможна только на ИТП жилых зданий.

Массовая установка приборов учета осуществляется с 1999 г. В связи с тем, что использовались различные источники финансирования, номенклатура устанавливаемых приборов определялась не только технической целесообразностью, но другими факторами. Основные типы приборов учета тепловой энергии, эксплуатируемые в настоящее время, представлены в табл.1.

Сформулированным требованиям в настоящее время наиболее полно отвечает теплосчетчик КМ-5-4 с двумя электромагнитными расходомерами; эти счетчики составляют 75% приборного парка города.

Установка теплосчетчиков КМ-5-4, имеющих отношение минимального расхода к максимальному расходу 1/1000, обеспечивает следующие преимущества в эксплуатации систем учета теплоснабжения и тепловых сетей города:

- минимальные отклонения диаметра замерного участка трубопроводов ИТП от диаметра трубопроводов теплового ввода, что вносит минимальное дополнительное гидравлическое сопротивление;

- достаточность установки двух расходомеров для измерений расхода теплоносителя в отопительный и неотопительный периоды;

- размещение приборов в наиболее доступном месте, часто вне ИТП, на первом этаже здания;

- перенос месячных архивов с домовых теплосчетчиков на персональный компьютер в ЕИРЦ (единый информационно-расчетный центр) при помощи УПД;

- распечатка месячных ведомостей с учетом фактической среднемесячной температуры холодной воды по. каждому узлу учета и группам потребителей для потребителей, служб ЖКХ, Энергосбыта и 3-го района Самарских тепловых сетей;

- анализ количественных и качественных показателей теплоснабжения, оперативная наладка систем теплопотребления, устранение непроизводственных утечек;

- оперативное разрешение организационно-технических вопросов между энергоснабжающей организацией и потребителями тепловой энергии.

Количество основных приборных комплектов, сгруппированных по заводам-изготовителям, показано на рисунке.

С 1998 г. по настоящее время значительная часть потребителей тепловой энергии ЖКХ и социальной сферы города охвачены приборным учетом отопления и ГВС. Объемы установки приборов отражены в табл. 2.

Анализ данных по приборам, установленным в г, Новокуйбышевске, показывает, что на долю теплосчетчиков с электромагнитными расходомерами приходится более 97% всего приборного парка.

Для отопительного периода 2001-2002 гг. проводилось сравнение расчетных среднестатистических температур наружного воздуха с фактическими среднесуточными температурами по данным ОАО «Самараэнерго». Из анализа данных следует, что средняя температура наружного воздуха в г. Новокуйбышевске за рассматриваемый период составила -1,б°С, что на 4,5°С выше, чем многолетняя среднестатистическая, равная -6,1°С. Минимальная температура не опускалась ниже -25°С. Продолжительность минимальных температур от -40 до -20°С составила 72 ч по сравнению с 298 ч для многолетних среднестатистических данных.

Температуры в диапазоне от -5 до +8°С стояли 3936 ч (79,22% длительности отопительного периода) по сравнению с 2614 ч (52,87% длительности отопительного периода) для среднестатистических данных. Эти показатели рекомендуется учитывать при расчете нормативных характеристик.

Основные приборные комплекты учета тепловой энергии и теплоносителя, находящиеся на обслуживании ОАО «Теплотехника» на 1.01.2004 г.

Наименование комплекта, изготовитель Годы установки Всего установлено Примечания

Теплосчетчик Б А 94/2 с электромагнитными расходомерами, АО «ЛЗАУЕОА», Эстония 1998-2000 18(3,61%)

Теплосчетчик-регистратор МТ20СЮ5 с электромагнитными расходомерами МР400, ЗАО “ВЗЛЕТ”, г. Санкт-Петербург 1999-2000 36 (7,22%) Рекомендован Комитетом по энергосбережению

Теплосчетчик-регистратор ТСР с электромагнитными расходомерами, ЗАО “ВЗЛЕГ’, г. Санкт-Петербург 2000-2001 49 (9,84%) Рекомендован Комитетом по энергосбережению

Теплосчетчик КМ5 с электромагнитными расходомерами, “ТБНЭнергосервис”, г. Москва 2000-2003 380 (76,30%) Рекомендован Комитетом по энергосбережению

Тепловыч ислителъ СПТ 941, СПТ961, НПО “Логика”, г. Санкт-Петербург, с ультразвуковыми расходомерами СУР-97, ООО «ЭАЛ», г. Самара 2000 4 (0,80%) Рекомендован Департаментом строительства области

Теплосчетчик СТС-3 с вычислителем ЗЦРЕКСАЬ с тахометрическими расходомерами, ЗАО «Теп-ловодомер», г. Мытищи 2000 2 (0,40%)

Теплосчетчик СТС-6 с вычислителем ЗЦРЕй.-САЬ-431 с тахометрическими расходомерами, ЗАО « Теплово домер», г, Мытищи 2000 9(1,80%) Рекомендован Департаментом энергетики области

Всего приборов без учета предприятий 498 (100%)

вА 94/2 МТ20003, ТСР КМ-5 СТ-3, СТ-6 Другие типы

Наименование

Рисунок. Основные приборные комплекты

Анализ потребления тепловой энергии выполнялся для типового 5-этажного жилого дома с ИТП, оборудованном коммерческой системой учёта тепловой энергии и теплоносителя на базе теплосчетчика КМ 5-4. Схема теплоснабжения открытая, разрешенный максимальный отпуск тепла - 0,4147 Гкал/ч (отопление 0,253 Гкал/ч, ГВС 0,1617 Гкал/ч); расчётный расход теплоносителя - 5,1838 т/ч (отопление 3,1625 т/ч; ГВС 2,0216 т/ч).

Анализ среднечасовых графиков температур и расходов теплоносителя за отдельно взятые сутки отопительного сезона 2001-2002 гг. позволяет сделать следующие выводы:

- температура в подающем трубопроводе значительно ниже (на 12-20°С) расчётной тем-

пературы по температурному графику, т.е. со стороны НК ТЭЦ-1 наблюдается систематическое занижение температуры сетевой воды («недотоп» потребителя);

- температура обратной сетевой воды соответствует расчётной, что свидетельствует о неудовлетворительной работе квартирных отопительных приборов. При соблюдении температурного графика отпуска тепла со стороны НК ТЭЦ-1 это привело бы к завышению температуры обратной сетевой воды выше допустимого отклонения + 3°С;

- расход сетевой воды на отопление в декабре 2001 г. практически соответствовал расчётному расходу 3,56 т/ч, а с января 2002 г. его значение увеличилось на 30-35% относительно расчётного. Это свидетельствует о неудовлетворительном гидравлическом режиме тепловых сетей.

Таблица 2

Количественные показатели установки приборов учета, находящихся на обслуживании ОАО «Теплотехника» на 1.01.2004 г.

Наименование Кол-во объектов всего/ с приборным учетом, шт./шт. Тепловая нагрузка всего/ с приборами учета, Гкал/ч/ Гкал/ч Процент охвата приборами учета тепловой нагрузки, %

г. Новокуйбышевск, в том числе: 828/498 557/247 44,34

- жилые дома комитета по ЖКХ: 740/386 377,19/207,679 55,64

МУЖРЭП №2, 199/89 /65,119

МУЖРЭП №3, №1 251/102 /67,01

МУЖРЭП №4, 290/104 /75,55

- объекты ГорУНО (школы и ДОУ) 67/61 33,1/32,504 98,18

- медицинские учреждения: ТФОМС Самарской области 21/19 8,232/7,794 94,68

Из анализа среднесуточных параметров теплопотребления за февраль 2002 г. следует, что расчётное теплопотребление за месяц составило 148 Гкал., а фактическое 115 Гкал. или 77,7% от расчетного. Это свидетельствует о недоотпуске тепла потребителю при пониженной температуре сетевой воды в подающем трубопроводе, завышенной температуре в обратном трубопроводе и завышенном значении расхода сетевой воды на отопление у потребителя. Так, в феврале 2003 г, по объектам МУЖРЭП № 1, 2, 3, 4 , оснащенным приборами учета, потребление тепловой энергии было на 11305 Гкал (16%) меньше, чем рассчитанное с учетом коэффициента балансового распределения 0,786. Расход сетевой воды на ГВС 86501 т/ч (9,92%) меньше расчетного.

Полученные результаты системного анализа свидетельствуют о необходимости продолжения совместных работ НК ТЭЦ-1, Самарских тепловых сетей МУЖРЭП и ОАО «Теплотехника» по наладке оборудования и режимов городских тепловых сетей, а также гидравлической балансировке систем и теплотехнического оборудования абонентов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1, Немченко В.И. Особенности учета тепловой энергии и теплоносителя в жилых районах многоэтажной застройки /Вести. Самар, гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки, Самара: СамГТУ, 2001. Вып. 13. С. 170-175.

2, Правила учета тепловой энергии и теплоносителя № 954 / Главгосэнергокадзор. М.: Изд-во МЭЦ, 1995, 68 с,

3, СНиП 2,04,07-86* Тепловые сети / Минстрой России. М.: ГП ЦПП 1997. 48 с.

Статья поступила в редакцию 1 апреля 2004 г.