CC BY
75Энергетика. Автоматика
УДК 621.181
Н.В. Савина, Е.Ю. Артюшевская
УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОСБЕРЕЖЕНИЕМ: СОВРЕМЕННЫЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ
ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ
В статье рассмотрена возможность применения индивидуальных тепловых пунктов. Приведены современные решения внедрения индивидуальных тепловых пунктов с учетом особенностей потребителей.
Ключевые слова: тепловой пункт, тепловые сети, теплоснабжение, автоматизированные индивидуальные тепловые пункты, эффективность теплоснабжения.
MANAGEMENT ENERGY SAVING: THE MODERN INDIVIDUAL HEATING UNITS
The article considers the possibility of using individual heat points. The modern solution to the introduction of individual heat points, taking into account characteristics of consumers.
Key words: heater, heat networks, heat supply, automated individual heat substations, heat supply efficiency.
Введение
Неэффективное теплоснабжение приводит к огромному перерасходу энергетических, материальных и финансовых ресурсов. В условиях постоянного увеличения цен на энергоносители эффективное использование энергетических ресурсов стало одним из самых актуальных и приоритетных направлений государственной политики.
Отопление и горячая вода - важные составляющие комфортного проживания в жилом доме, особенно в холодное время года. Но расходы на коммунальные платежи довольно высоки. Однако эти затраты могут быть существенно снижены при использовании индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).
Индивидуальный тепловой пункт - это совокупность оборудования, с помощью которого осуществляются учет и распределение тепловой энергии и теплоносителя в системе отопления конкретного потребителя. ИТП подключен к распределительным магистралям городской сети тепловой энергии и водопровода.
В нашей стране получила широкое распространение система теплоснабжения с ЦТП - групповыми тепловыми пунктами, через которые осуществляется подача тепла по отдельным трубопроводам на отопление и горячее водоснабжение зданий. При этом требуется обеспечить температуру воздуха в квартирах не ниже минимально допустимого уровня (18°С). При наличии ЦТП в случаях жалоб населения на низкую температуру в помещениях часто не устраняются локальные причины ее возникновения, а увеличивается расход тепловой энергии на все здания, снабжающиеся от данного ЦТП. Это приводит к росту температуры обратной воды, перегрузке головных магистралей и хрони-
ческому отставанию в режиме работы концевых потребителей - в результате тепловые сети работают с превышением расчетного расхода воды как минимум на 30-40%.
Обычно системы отопления каждого дома или даже секции присоединяются к квартальным тепловым сетям от ЦТП через элеватор, основное положительное свойство которого - обеспечение постоянного коэффициента смешения (эжекции) независимо от изменения температур подаваемой или подмешиваемой воды и постоянного расхода воды из тепловой сети при неизменном располагаемом напоре независимо от изменения расхода воды, циркулирующей в системе отопления. Однако при регулировании отопления посредством термостатов это приводит к тому, что в однотрубных системах при закрытии термостатов из-за сброса горячей воды мимо отопительного прибора растет температура обратной воды, в результате чего возрастает температура воды в подающем трубопроводе и, соответственно, возрастает нерегулируемая теплоотдача трубопроводов стояков системы отопления, что снижает эффективность авторегулирования термостатами. В двухтрубных системах закрытие термостатов приводит к сокращению расхода воды, циркулирующей в системе, но расход сетевой воды, проходящей через сопло элеватора, остается неизменным, что также приводит к росту температуры воды в подающем трубопроводе системы отопления, а соответственно и к нерегулируемой теплоотдаче стояков. Во избежание этого необходимо осуществлять автоматическое регулирование температуры воды в подающем трубопроводе системы отопления по графику, в зависимости от наружной температуры в местах подключения систем отопления к тепловым сетям.
Обязательность осуществления автоматического регулирования отопления на вводе в здание как в системах с пофасадным авторегулированием, так и в системах с термостатами, недолговечность трубопроводов внутриквартальных сетей горячего водоснабжения, требования в современных рыночных условиях установки приборов учета тепла и воды в каждом здании - эти факторы ставят под сомнение необходимость теплоснабжения жилых зданий и микрорайонов в нашей стране через групповые тепловые пункты (ЦТП), после которых отдельные здания снабжаются по самостоятельным трубопроводам горячей водой на отопление и водопроводной водой - на бытовые нужды, нагретой в теплообменниках, установленных в ЦТП.
В связи с указанными обстоятельствами актуальным является переход от групповых тепловых пунктов (ЦТП) к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это решение, помимо повышения эффективности авторегулирования отопления, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, а также снизить потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Перенос центров приготовления горячей воды на бытовые нужды ближе к ее потреблению (в здание), ликвидация благодаря этому ЦТП и внутриквартальных сетей горячего водоснабжения не только повышает качество снабжения горячей водой жителей, но и оказывается эффективнее решения с ЦТП как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным затратам, поскольку в таком случае уменьшаются теплопотери, расход электроэнергии на перекачку и циркуляцию горячей воды, а также повышается эффективность авторегулирования отопления.
Автоматизированные ИТП в сочетании с индивидуальным автоматическим регулированием теплоотдачи отопительных приборов позволяют полностью осуществить в зданиях мероприятия по экономии тепла, воды, электроэнергии на перекачку, а также снизить затраты на прокладку трубопроводов систем тепловодоснабжения.
Работа ИТП построена по принципу автономности: в зависимости от наружной температуры аппаратура изменяет температуру теплоносителя в соответствии с расчетными значениями и подает его в отопительную систему дома. Потребитель больше не зависит от протяженности магистралей и внутриквартальных трубопроводов. Но удержание тепла полностью зависит от потребителя, а также от технического состояния здания и методов по сбережению тепла.
Современный индивидуальный тепловой пункт обеспечивает решение следующих задач: регулирование количества тепловой энергии, подаваемой на отопление, не по температуре в подающем трубопроводе, а по температуре в обратном трубопроводе с настройкой под конкретное здание;
регулирование циркуляции ГВС (снижение теплосодержания до уровня, утвержденного норматива);
минимизирование погрешности коммерческих приборов учета; решение проблемы появления накипи в теплообменниках.
Некоммерческим партнерством «Энергоэффективный город» организована работа по созданию ИТП на основе объединения отечественных массово апробированных технологий. Современные ИТП обладают существенно меньшими по сравнению с аналогами массогабаритными и стоимостными показателями.
Теплообменники
Развитие технической мысли в последние десятилетия дало возможность изменить сам принцип регулирования теплоснабжения зданий.
В Севастополе осуществляется серийный выпуск скоростных тонкостенных теплообменных аппаратов интенсифицированных (ТТАИ). В конструкции и технологии ТТАИ заложен блок новейших технических решений, имеющих определяющее значение для достижения высоких характеристик теплообменников. В результате исследований для еще советского военно-промышленного комплекса было получено решение, позволяющее интенсифицировать теплообмен без существенного роста гидравлического сопротивления теплообменников. Это позволило так профилировать трубки, что в их пристенной области вместо ламинарного движения жидкости возникли короткоживущие микровихри - некий аналог гидроподшипников, по которым перемещается основной поток. Технологические и конструктивные особенности ТТАИ обеспечивают возможность существенного уменьшения их габаритов и массы по сравнению с разборными пластинчатыми и традиционными кожухо-трубными аппаратами на те же теплогидродинамические параметры.
В конструкциях ИТП для снижения их стоимости сегодня массово применяется одноступенчатая параллельная схема, что приводит к увеличению расхода сетевой воды и температуры теплоносителя, возвращаемого в теплосеть. В данной конструкции за счет качества теплообмена эффект по снижению расхода первичного теплоносителя и температуры «обратки» получается такой же, как и при двухступенчатой смешанной схеме.
Дополнительное снижение стоимости получается за счет отказа от подогревателей с рассечкой для ввода циркуляционной воды ГВС, она подмешивается в горячую воду после или до теплообменника, с обеспечением регулирования уже смешанной воды на уровне нормативных требований.
Малый вес (существенно меньше пластинчатых) и небольшие габариты теплообменников позволили располагать их на стенах, потолке или под лестницей, что, кроме экономии места, позволяет предотвратить проблемы при затоплении подвала.
Основные преимущества использования аппаратов ТТАИ: экономия производственных площадей;
меньшая стоимость на стадии приобретения и существенно меньшая стоимость на стадии эксплуатации;
возможность размещения аппаратов в затесненных помещениях; простота транспортировки - не требуется использовать грузоподъемные средства; возможность монтажа на легких, не силовых конструкциях без использования фундаментов; простота технического обслуживания, легкое извлечение трубного пучка из корпуса; возможность создавать «планшетные» теплопункты, не занимающие полезные площади.
Система управления
Обычно в тепловых пунктах устанавливается несколько контроллеров, обеспечивающих раздельное регулирование температуры горячей воды и отопления в подающих трубопроводах. Некоторые продвинутые фирмы вводят корректировку температурного графика под тип здания. Реальное качество регулирования оказывается весьма посредственным из-за влияния не учитываемых факторов: установки пластиковых окон и остекления балконов; величины циркуляционного расхода на отопление; скорости ветра; инсоляции (влияния солнечной радиации); величины циркуляционного расхода по ГВС.
Обычно ИТП настраивается на сочетание самых неблагоприятных факторов, а в остальное время работает с перетопами.
Современные системы управления технологическими процессами основаны не на множестве контроллеров-регуляторов отдельных параметров, а на использовании процессоров (основа любого компьютера), управляющих всем комплексом влияющих друг на друга параметров. Для ИТП переход на такое управление позволяет «видеть» картину в целом и учитывать реакцию здания и жителей на погодные условия, оптимизируя подаваемое в дом количество тепловой энергии.
Переход на интеллектуальное управление приводит к снижению инвестиционных затрат на ИТП, так как один процессор выполняет сразу несколько функций:
комплексное регулирование параметров работы ИТП с учетом объемов потребляемой тепловой энергии и аналитическим распределением ее на системы ГВС и отопления с корректировкой режимов по температурам воды и теплоносителя, возвращаемых из этих систем здания;
замещение отдельного тепловычислителя, прибора учета (нескольких приборов);
создание и хранение сертифицированного архива всех измеряемых параметров;
передача данных и дистанционного управления.
Кроме того, предлагаемое аппаратное решение является составной частью распределенной информационной системы, которая способна решать огромное количество задач. Например, накапливаемые с течением времени данные позволяют системе удаленно проводить корректировку регулирования с учетом выявленных индивидуальных особенностей каждого здания.
При согласии заказчика ИТП подключается к отраслевой системе управления теплоснабжением, что позволяет обеспечить: дистанционный контроль и управление работой ИТП; дистанционный съем показаний приборов учета (вплоть до выписки счетов) и контроль их достоверности.
Владелец ИТП может либо заключить договор на обслуживание, либо разместить клон информационной системы у себя на компьютере, либо управлять ИТП с помощью «облачных» технологий, даже через смартфон.
При массовой установке ИТП теплоснабжающими организациями в аналитической системе можно решить множество технологических и управленческих задач.
Внедрение индивидуальных тепловых пунктов дает следующие преимущества при теплоснабжении потребителей:
1. Снижается расход топливных ресурсов для нужд теплоснабжения, что позволяет подключать к уже существующим ТЭЦ и котельным больше новых домов.
2. Оптимизируется режим работы тепловых сетей, что ведет к повышению надежности всей их работы.
3. Значительно сокращается выброс парниковых газов и вредных веществ в атмосферу, что способствует улучшению экологической обстановки в городах.
4. Переход от четырехтрубных к двухтрубным внутриквартальным системам доставки тепла позволит дополнительно сократить тепловые потери и вдвое снизить эксплуатационные расходы теплоснабжающих организаций на их обслуживание.
5. Резко уменьшаются объемы водоподготовки в котельных и на ТЭЦ с одновременным сокращением расхода химических реагентов, а за счет внедрения ИТП с теплообменниками для горячего водоснабжения снижается потребление электроэнергии на подготовку воды.
6. Сокращается потребление электроэнергии сетевыми насосами, что явно поспособствует увеличению их эксплуатационного ресурса.
С экономической точки зрения (что подкреплено исследованиями Н.В. Шилкина и В. И. Лив-чак [3-4]) переход на ИТП достаточно эффективен и низкие сроки окупаемости позволяют отнести этот способ экономии энергии к малозатратным и быстроокупаемым. Например, экономия тепловой энергии от автоматизации ЦТП составляет около 10% от годового потребления на отопление, а при ИТП - как минимум 25%.
На сегодняшний день вместо реконструкции ЦТП целесообразен переход на ИТП. Оснащение систем теплоснабжения ИТП решает ряд важных проблем как для отрасли в целом, так и для конкретных ее предприятий и конечных потребителей тепла.
1. Семенов, В.Г., Барон, В.Г., Разговоров, A.C. Индивидуальные тепловые пункты нового поколения // Новости теплоснабжения. - 2017. - № 6 (202).
2. Ильин P.A., Столяров, Д.В. Комплексная модернизация тепловых пунктов в системах централизованного теплоснабжения // Символ науки. - 2015. - № 12-1. - С. 42-45.
3. Шилкин, Н.В. Экономические аспекты внедрения индивидуальных тепловых пунктов // Энергосбережение. - 2007. - № 3.
Ливчак, В.И. Установка ИТП в зданиях вместо замены изношенного оборудования в ЦТП и перекладки сетей горячего водоснабжения // Энергосбережение. - 2008. - № 1.
