CC BY
28
УДК 66.013
СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ ПЕРЕХОДЕ НА ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ ОТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
Ю.В. Ваньков1, И.Н. Запольская2, Е.В. Измайлова1, А.Р. Загретдинов1,
Л.В. Плотникова1
1Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия 2Филиал АО «Татэнерго» - Казанские тепловые сети, г. Казань, Россия
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4584-128, yvankov@mail.ru
Резюме: Отсутствие финансовой возможности осуществлять масштабную реконструкцию систем теплоснабжения приводит к прогрессирующему старению оборудования, росту убытков и тарифов. В статье рассматриваются результаты модернизации систем горячего водоснабжения (ГВС) путем ликвидации центральных тепловых пунктов (ЦТП) и сетей ГВС, а также переноса функции приготовления горячей воды с ЦТП в индивидуальные тепловые пункты (ИТП) многоквартирных домов (МКД). После реализации данных мероприятия ожидается не только снижение потерь тепловой энергии и теплоносителя у ресурсоснабжающей организации, но и социальный эффект, выраженный в создании качественно нового уровня надежности и экономичности системы ГВС для потребителей, комфортных условий проживания в МКД. Для оценки положительных результатов для потребителей от модернизации систем ГВС проведены расчетные исследования.
Ключевые слова: горячее водоснабжение, энергосбережение, тепловые потери, индивидуальный тепловой пункт, центральный тепловой пункт.
ENERGY CONSUMPTION REDUCTION DURING TRANSITION TO HOT WATER SUPPLY FROM INDIVIDUAL THERMAL POINTS
Yu.V. Vankov 1, I.N. Zapolskaya2, Е-V. Izmailova1, A.R. Zagretdinov1,
L.V. Plotnikova1
1 Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia 2 JSC Tatenergo branch, the Kazan thermal networks, Kazan, Russia
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4584-128, yvankov@mail.ru
Abstract: The lack of financial ability to carry out large-scale reconstruction of heat supply systems leads to progressive aging of equipment, an increase in losses and tariffs. The article discusses the results of modernization of hot water supply systems (HWS) through the elimination of central thermal points (CTP) and HWS networks, as well as transferring the function of preparing hot water from the CTP to individual thermal points (ITP) of apartment buildings. After the implementation of these measures, it is expected not only a reduction in heat and heat carrier losses from the resource-supplying organization, but also a social effect expressed in creating a qualitatively new level of reliability and efficiency of the HWS system for consumers and comfortable living conditions in apartment buildings. To assess the positive results for consumers from the modernization of hot water supply systems, computational studies were carried out.
Keywords: hot water supply, energy saving, heat losses, individual thermal station, central thermal points.
Введение
Климатические условия России делают теплоснабжение одним из наиболее социально значимых секторов экономики. Основным потребителем тепла (более 70%) является население. Следовательно, любые изменения в отрасли теплоснабжения как организационные, так и технологические, в обязательном порядке должны рассматриваться через призму «полезности» потребителям тепловой энергии [1-3].
При модернизации систем теплоснабжения необходимо обратить особое внимание на получение положительного эффекта потребителями, проживающими в многоквартирных домах (МКД).
Требования к коммунальной услуге «горячее водоснабжение» установлены в СанПин №2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения». Температура горячей воды в местах водоразбора должна быть не ниже 60°C и не выше 75°C, а качество воды у потребителя должно отвечать требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Теплоснабжающая организация не всегда имеет возможность четко соблюдать необходимые параметры, особенно это касается домов, где отсутствует циркуляция, что приводит к сливу воды до достижения ей нужной температуры и, как следствие, к потреблению ресурса в больших объемах.
Одним из способов снижения тепловых потерь и повышения эффективности теплоснабжения является вывод из эксплуатации центральных тепловых пунктов (ЦТП) и сетей горячего водоснабжения (ГВС) с переносом функции «приготовления» горячей воды к потребителю путем установки индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) с индивидуальными водо-водяными подогревателями [4-8].
Анализ теплопотребления многоквартирными домами после модернизации системы горячего водоснабжения путем установки индивидуальных тепловых пунктов
В качестве объекта исследования возьмем группу МКД участвующих в программе АО «Татэнерго» по установке индивидуальных тепловых пунктов. Для анализа эффекта от модернизации системы ГВС произведем сравнение теплопотребления до и после установки ИТП.
Объем реализации тепловой энергии на нужды ГВС между ресурсоснабжающей организацией и исполнителями коммунальных услуг определяется по показаниям приборов учета на основании П.2 ст.19 Федерального закона от 27.07.2010 №190-ФЗ, ст.13 Федерального закона от 23.11.2009 №261 "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", согласно п.5 Постановления №1034 «О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя», частями 1 и 2 ст.157 Жилищного кодекса РФ, ст.544 Гражданского кодекса РФ.
В Республике Татарстан установлен двухкомпонентный тариф на горячую воду, где отдельно оплачивается физический объем воды и её подогрев на основании показаний приборов учета. Приказом Минстроя России от 17.03.2014 №99/пр утверждена «Методика осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя», которая является методическим документом по определению количества поставленной (полученной) тепловой энергии и теплоносителя, в том числе для определения количества тепловой энергии и теплоносителя для подключений через ЦТП и ИТП.
При подключении потребителя к системе централизованного теплоснабжения через ЦТП учет ведется по каждому виду тепловой нагрузки. Теплосчетчики узла учета системы
горячего водоснабжения потребителей должны регистрировать за час (сутки, отчетный период) количество полученной тепловой энергии, а также следующие параметры:
а) массу теплоносителя, полученного по подающему трубопроводу, т;
б) массу теплоносителя, возвращенного по циркуляционному трубопроводу, т;
в) средневзвешенное значение температуры теплоносителя по подающему и циркуляционному трубопроводам за час, °С;
г) среднее значение давления теплоносителя по подающему и циркуляционному трубопроводам за час, МПа;
д) время работы теплосчетчика в штатном и нештатном режимах, час.
При отсутствии циркуляционного трубопровода соответствующие приборы не устанавливаются.
В соответствии с п. 48 «Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя», количество тепловой энергии, потребленное системой горячего водоснабжения, рассчитывается по формуле:
е=
| Мгв • (Игв - Ихв ) дТ - | Мц • (Иц - Ихв ) дТ
•10 3, Гкал,
Т0 Т0 где Т0 - время начала отчетного периода, час; - время окончания отчетного периода, час; Мгв - масса теплоносителя, полученного потребителем по подающему трубопроводу, т; йгв - удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе горячего водоснабжения на узле учета, ккал/кг; Нхъ - удельная энтальпия холодной воды на ЦТП, ккал/кг; Мц - масса теплоносителя, возвращенного потребителем по циркуляционному трубопроводу, т; кц - удельная энтальпия теплоносителя в обратном (циркуляционном) трубопроводе на узле учета, ккал/кг.
Данная формула легла в основу расчетов потребления тепловой энергии при системе потребления ГВС от ЦТП.
После перевода МКД на теплоснабжение от ИТП расчет потребления тепловой энергии на подогрев холодной воды в целях приготовления горячей воды следующий.
Определяется объем потребления МКД тепловой энергии на подогрев холодной воды в зимний период по формуле:
б = V • N, Гкал,
где V - объем холодной воды, который определяется сложением потребленного объема холодной воды по показаниям индивидуальных приборов учета и потребленного объема воды, направленного на содержание общедомового имущества с учетом установленного норматива Приказом № 62/о Министерства строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства Республики Татарстан", м3; N - норматив на подогрев холодной воды в целях предоставления коммунальной услуги по горячему водоснабжению, утвержденный Приказом № 189 Министерства строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства Республики Татарстан "Об утверждении нормативов расхода тепловой энергии, используемой на подогрев холодной воды в целях предоставления коммунальной услуги по горячему водоснабжению, в Республике Татарстан", Гкал.
Для летнего периода расчеты производятся по формуле (п. 34 «Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя»):
Т
е = брас ±бп + бнешт + |Му •(Иу -Ихв)дТ•Ю-3, Гкал,
То
где Т0 - время начала отчетного периода, час; Т - время окончания отчетного периода, час; 6рас - рассчитанное теплосчетчиком в штатном режиме количество тепловой энергии, Гкал;
Qп - количество тепловой энергии, израсходованной на компенсацию потерь тепловой энергии через изоляцию и с учетом утечки теплоносителя на участке трубопровода от границы балансовой принадлежности до узла учета, Гкал. Эта величина указывается в договоре и учитывается в случае, если узел учета оборудован не на границе балансовой принадлежности. При установке узла учета до границы балансовой принадлежности Qп берется со знаком "-", если после границы балансовой принадлежности, то со знаком "+"; Qнeшт - количество тепловой энергии, израсходованной потребителем за время действия нештатных ситуаций по показаниям приборов учета, Гкал; Mу - указанная в договоре масса утечки теплоносителя в теплопотребляюших установках, подключенных непосредственно к тепловой сети, т; ^ - удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе в месте обнаружения утечки, ккал/кг; hхв - удельная энтальпия холодной воды, используемой для подпитки систем теплоснабжения на источнике тепловой энергии, ккал/кг.
Анализ, проведенный по 233 МКД, переведенным с ЦТП на ИТП показал следующие изменения потребления тепловых ресурсов: при незначительном увеличении количества потребления тепловой энергии на подогрев холодной воды на 504,81 Гкал (на 1,39%), произошло существенно снижение потребления воды на 108 тыс. м3 (16,74%). Что говорит о повышении качества поставляемого ресурса и, как следствие снижение его фактического потребления.
В стоимостном выражении эффективность потребления тепловой энергии на нужды ГВС составила 1 193,6 тыс. руб. за период с января по июнь 2016 года, в том числе за счет снижения расходов на воду на 1952,9 тыс. руб., и рост платежей за тепловую энергию на 759,3 тыс. руб.
На рис. 1 представлен график изменения потребления тепловой энергии и холодной воды после установки ИТП в домах с разной площадью и количеством потребителей ГВС. Как видно из рисунка, наблюдается значительное снижение расхода холодной воды с относительно неизменной величиной расхода тепловой энергии на подогрев, что говорит о повышении качества коммунального ресурса за счет стабильности температуры и химического состава воды.
Необходимо отметить, что, несмотря на совокупный положительный результат, подробный анализ потребления в разрезе объектов теплоснабжения показывает различную динамику потребления.
Как видно из диаграммы на рис. 2, более 50% объектов теплоснабжения получили экономический эффект от перехода на ИТП путем снижения совокупного платежа за ГВС на 1 кв.м., 33% - получили незначительный рост платежа не более 10 руб. с кв.м., 16% - получили отрицательный экономический эффект с ростом совокупного платежа более 10 руб. с кв.м. При этом полученный эффект не зависит от площади дома и количества проживающих (см. табл. 1).
Рис. 1. Разница в потреблении тепловой энергии и холодной воды при подключении через ЦТП (за период январь - июнь 2014 г.) и ИТП (за период январь - июнь 2016 г.). Положительные значения показывают снижение потребления ресурса
Рис. 2. Структура объектов теплоснабжения по изменению совокупного платежа за ГВС на 1 кв.м. после перевода на ИТП за период январь - июнь 2014 и 2016гг.
Таблица 1
Изменение платежа за горячее водоснабжение по однотипным домам_
№ Площадь Кол-во Динамика изменения Динамика изменения Динамика
п/п дома, кв. м. жильцов потребления потребления изменения
тепловой энергии холодной воды платежа на 1
за период кв.м., руб.
Гкал % куб. м %
17021,43 773 -63,38 -12,3 2147,17 21,3 -3,32
15104,2 723 165,64 24,9 2106,50 23,0 19,02
14886,6 672 -36,44 -7,9 1468,25 17,2 -1,90
14399,6 544 18,04 4,8 679,05 11,8 2,74
12269 567 -36,52 -8,5 984,65 12,0 -3,03
11395 511 34,96 8,8 2058,65 28,4 7,88
3649,4 170 -89,71 -74,5 171,31 5,7 -36,13
3648,9 173 0,9 0,7 756,54 28,7 4,12
1454,2 75 -14,03 -34,2 238,11 22,1 -11,55
1450,6 79 2,01 3,6 428,77 37,3 7,43
Известно, что погодные условия не оказывают существенного влияния на уровень потребления горячей воды. Поэтому в расчетах данной зависимостью пренебрегли.
На взгляд авторов, основная причина увеличения платы за горячее водоснабжение по ряду домов - это отсутствие качественной регулировки ИТП, настройки необходимых и достаточных параметров для обеспечения приготовления горячей воды [9,10].
Одним из примеров достижения максимальной экономии энергетических ресурсов является общежитие по адресу ул. Кулахметова, д.3, где по программе ликвидации ЦТП установили ИТП стоимостью 519 тыс. руб. Согласно показаниям приборов учета, за 6 месяцев работы ИТП было снижено потребление:
- 303 Гкал тепловой энергии (39% от уровня 2014 года) на сумму 455,9 тыс. руб.;
- 1,5 тыс. м3 горячей воды (20% от уровня 2014 года) на сумму 26,5 тыс. руб.
Суммарная экономия жителей за 6 месяцев в денежном эквиваленте составила
482 тыс. руб. (38 руб. на 1 кв.м.). Соответственно, срок окупаемости вложенных средств в установку ИТП составил порядка 10 мес.
Заключение
Децентрализованная схема горячего водоснабжения зданий с использованием ИТП в полной мере отвечает современным требованиям, предъявляемым к качеству горячей воды согласно СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»:
- система может поддерживать постоянную температуру горячей воды, нет необходимости перегревать воду свыше 60°С;
- нагрев холодной воды непосредственно в доме значительно снижает вероятность ухудшения химического состава воды;
- система изолирована от других потребителей, что повышает гидравлическую устойчивость работы децентрализованной системы горячего водоснабжения.
Потенциал экономии энергетических ресурсов при переходе на ИТП оценивается на уровне:
1) снижение потребления тепловой энергии на ГВС в среднем до 20% (по ряду домов снижение доходило до 54%);
2) снижение потребления воды до 27% (по ряду домов до 64%).
К эффектам, не поддающимся учету, можно отнести повышение качества горячей воды и уменьшение периодов отключения ГВС.
При переходе потребителей с ЦТП на ИТП в рамках одного квартала позволяет исключить из тарифа затраты на содержание централизованной системы ГВС и снизить объем годовых тепловых потерь в квартальных сетях на 5%.
В результате модернизации системы ГВС посредством ликвидации ЦТП и сетей ГВС и установкой ИТП в МКД совокупный экономический эффект для ресурсоснабжающей организации и потребителей составляет 2,3 млрд. руб. Несмотря на разные источники финансирования, конечной оценкой является установленный тариф на тепловую энергию и дополнительные затраты, которые понесет потребитель в результате необходимости ежемесячного содержания ИТП в собственном доме. В табл. 2 представлен анализ изменения затрат в результате установки ИТП (1392 ИТП и 100 ЦТП).
Таблица 2
Сравнительный анализ затрат потребителя на приготовление горячей воды в составе тарифа на _тепловую энергию и в составе содержания ИТП в МКД_
Вид затрат Затраты на содержание ЦТП, включаемые в тариф на тепловую энергию, млн. руб. (без НДС) Затраты на содержание ИТП, которые несет МКД, млн. руб. (без НДС) Разница, млн. руб. (без НДС)
Потери тепловой энергии и холодной воды 108 -108
Расход электрической и тепловой энергии на производственные и хозяйственные нужды 70 8,5 -61
Фонд оплаты труда с отчислениями 53 -53
Ремонт, включая техническое обслуживание 42 95 53
Амортизация 37 -37
Налоги 6 -6
Прочие 10 -10
Всего 327 103,3 -224
Как видно из таблицы, потребитель в конечном счете несет в три раза меньше затрат после переноса функции приготовления горячей воды в ИТП, получая при этом повышение качества товара.
Литература
1. Семикашев В. В. Потребление тепловой энергии населением России // Проблемы прогнозирования. 2010. №4. С.73-86.
2. Некрасов А.С., Синяк Ю.В., Воронина С.А. Перспективы развития теплоснабжения России // Энергия: экономика, техника, экология. 2014. №2. С. 2-11.
3. Некрасов А.С., Воронина С.А. Состояние и перспективы развития теплоснабжения в России // Энергетик. 2004. №10. С. 7-11.
4. Звонарева Ю. Н., Ваньков Ю. В. Работа системы теплоснабжения при поэтапном внедрении автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов // Известия вузов. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2017 Т. 19, №1-2. С. 164-169.
5. Запольская И.Н., Ваньков Ю.В., Зиганшин Ш.Г., Валеев А.Ф., Зверев О.И. Снижение тепловых потерь энергоснабжающей организации модернизацией систем горячего водоснабжения // Вестник КГЭУ. 2017. №4 (36). С. 54-64.
6. Ваньков Ю.В., Запольская И.Н., Измайлова Е.В., Загретдинов А.Р., Валиев Р.Н. Снижение тепловых потерь энергоснабжающей организации модернизацией систем горячего водоснабжения // Вестник КГЭУ. 2018. №4. С. 13-24.
7. Семенов В.Г., Барон В.Г., Разговоров А.С. Индивидуальные тепловые пункты нового поколения // Энергосбережение. 2017. №7. С. 30-37.
8. Савина Н.В., Артюшевская Е.Ю. Управление теплосбережением: современные индивидуальные тепловые пункты // Вестник Амурского государственного университета. Серия: естественные и экономические науки. 2017. №79. С. 55-59.
9. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. Киев: Таю справи, 2007. 252 с.
10. Teekaram A., Palmer A. Variable-flow water systems. Design, installation and commissioning guidance. Bracknell: BSRIA, 2002. 81 p.
Авторы публикации
Ваньков Юрий Витальевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» Казанского государственного энергетического университета, e-mail: yvankov@mail.ru.
Запольская Ирина Николаевна - начальник отдела организации финансовых расчетов по тепловой энергии АО «Татэнерго», e-mail: zapolskaya@tatenergo.ru
Измайлова Евгения Вячеславовна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» Казанского государственного энергетического университета, e-mail: evgeniya-izmailova@yandex.ru.
Загретдинов Айрат Рифкатович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» Казанского государственного энергетического университета, e-mail: azagretdinov@yandex.ru.
Плотникова Людмила Валерьяновна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» Казанского государственного энергетического университета, e-mail: mikhailovalv@mail.ru.
References
1. Semikashev V.V. Potreblenie teplovoj ehnergii naseleniem Rossii // Problemy prognozirovaniya. 2010. №4. Pp.73-86.
2. Nekrasov A.S, Sinyak Yu.V., Voronina S.A. Perspektivy razvitiya teplosnabzheniya Rossii // EHnergiya: ehkonomika, tekhnika, ehkologiya. 2014. №2. Pp.2-11.
3. Nekrasov A.S., Voronina S.A. Sostoyanie i perspektivy razvitiya teplosnabzheniya v Rossii // EHnergetik. 2004. №10. Pp.7-11.
4. Zvonareva Yu. N., Vankov Yu.V. Rabota sistemy teplosnabzheniya pri poehtapnom vnedrenii avtomatizirovannyh individual'nyh teplovyh punktov // Proceedings of the higher educational institutions. ENERGY SECTOR PROBLEMS. 2017. Vol.19. № 1-2. Pp.164-169
5. Zapolskaya I.N., Vankov Yu.V., Ziganshin Sh.G., Valeev A.F., Zverev O.I. Snizhenie teplovyh poter' ehnergosnabzhayushchej organizacii modernizaciej sistem goryachego vodosnabzheniya // Kazan State Power Engineering University Bulletin. 2017. №4 (36). Pp.54-64
6. Vankov Yu.V., Zapolskaya I.N., Izmaylova E.V., Zagretdinov A.R., Valiyev R.N. Snizhenie teplovyh poter' ehnergosnabzhayushchej organizacii modernizaciej sistem goryachego vodosnabzheniya // Kazan State Power Engineering University Bulletin. 2018. №4. 13-24 pp.
7. Semenov V.G., Baron V.G., Razgovorov A.S. Individual'nye teplovye punkty novogo pokoleniya // EHnergosberezhenie. 2017. №7. Pp.30-37
8. Savina N.V., Artyushevskaya E.Yu. Upravlenie teplosberezheniem: sovremennye individual'nye teplovye punkty // Vestnik Amurskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: estestvennye i ehkonomicheskie nauki. 2017. №79. 55-59 pp.
9. Pyrkov V.V. Sovremennye teplovye punkty. Avtomatika i regulirovanie. Kiev: Taki Spravi, 2007.
252 p.
10. Teekaram A., Palmer A. Variable-flow water systems. Design, installation and commissioning guidance. Bracknell: BSRIA, 2002. 81 p.
Authors of the publication
Yuri V. Vankov - Kazan State Power Engineering University, Russia. E-mail: yvankov@mail.ru.
Irina N. Zapolskaya - JSC Tatenergo, Kazan, Russia. E-mail: zapolskaya@tatenergo.ru
Evgenia V. Izmailova - Kazan State Power Engineering University, Russia. E-mail: evgeniya-izmailova@yandex.ru.
Ayrat R. Zagretdinov - Kazan State Power Engineering University, Russia. E-mail: azagretdinov@yandex.ru.
Lyudmila V. Plotnikova - Kazan State Power Engineering University, Russia. E-mail: mikhailovalv@mail.ru.
Поступила в редакцию 22 февраля 2019 г.
