Все современные системы отопления частных домов и других жилых зданий можно условно разделить на 2 группы. К первой относятся традиционные способы обогрева, где используется единый источник тепла - котел, работающий на одном или нескольких энергоносителях. При этом тепловая энергия раздается по помещениям посредством теплоносителя – воды или воздуха. Здесь инновационные решения направлены на усовершенствование отопительного оборудования путем повышения его теплоотдачи, а также на внедрение современных средств автоматизации.

Ко второй группе следует отнести все системы, использующие новые технологии отопления с энергосберегающим оборудованием. В них не предусматривается сжигания углеводородов, из энергоносителей в обогреве дома участвует только электроэнергия. Это различные гелиосистемы, солнечные коллекторы и новейшие разновидности электрического отопления. Несмотря на всю привлекательность этих систем, большинство домовладельцев предпочитает устройство обогрева частных домов традиционными способами, а почему – рассказано в нашей статье.

Эволюция традиционных систем и котлов

В советские времена, когда никто не озабочивался стоимостью энергоносителей, отопительное оборудование и системы были достаточно примитивны, хотя делались весьма надежно и прослужили немало лет. Сейчас приоритеты изменились, стали актуальными современные энергосберегающие технологии, позволяющие экономить постоянно дорожающие энергоносители.

Благодаря этому традиционные системы стали совершеннее за счет внедрения таких решений:

• повышение КПД всех котельных установок, исключая электрические, поскольку их эффективность и без того очень высока (98-99%);
• использование новых материалов и технологий для изготовления радиаторов отопления;
• внедрения современных средств автоматики, управляющей работой систем в зависимости от погодных условий и времени суток, в том числе и дистанционно;
• применение низкотемпературных отопительных сетей – водяных теплых полов с автоматическим регулированием нагрева;
• реализация отбора тепла от выбрасываемого вытяжного воздуха при воздушном отоплении зданий (рекуперация).

Ярким примером энергосберегающего газового оборудования являются конденсационные котлы, где установлены самые современные теплообменники. Дело в том, что при сгорании метана образуется вода, которая тут же испаряется в пламени горелки и таким образом отнимает часть выделяемого тепла. Теплообменник конденсационного котла устроен так, чтобы заставлять пары конденсироваться и отдавать эту энергию обратно. За счет такого инновационного решения КПД теплогенератора достигает 96%.

Претерпели изменения и горелочные устройства, теперь они умеют самостоятельно дозировать количество топлива и воздуха, а также автоматически менять интенсивность горения. Это касается и твердотопливных котлов, сжигающих древесные гранулы – пеллеты. Благодаря чистоте данного вида твердого топлива, полной автоматизации процесса и развитой поверхности теплообмена современный пеллетный котел может работать с эффективностью до 85%.

Повышение КПД обычных дровяных котлов для обогрева частных домов может быть достигнуто только за счет отбора тепла у дымовых газов, средний показатель этих агрегатов составляет 70-75%.

Современные отопительные приборы изготавливаются из лучших теплопроводящих материалов – алюминиевого сплава и стали, хотя и у чугунных батарей в стиле ретро еще остается множество поклонников. Настоящая новинка в сфере отопления – водяные плинтусные конвекторы, выполненные из медных пластин и очень эффективно передающие тепло в помещения частного дома.

О теплых полах и воздушном отоплении

Широко применяющиеся напольные системы отопления нельзя назвать такими уж новыми. Но они проявили себя на практике как весьма экономичные и вот почему:

• теплоноситель в контурах теплого пола греется не более, чем до 45 °С;
• нагрев комнаты происходит всей поверхностью пола;
• система хорошо поддается управлению современными средствами автоматизации;
• нагретая стяжка долго сохраняет тепло после отключения нагрева.

Примечание. Помимо того, что теплый пол эффективно использует тепло, он обеспечивает его подачу в нижнюю зону помещения, что очень комфортно для находящихся там людей.

Современные решения в части воздушного обогрева зданий заключаются в том, чтобы не терять тепло, затраченное на нагрев вентиляционного воздуха. Отбор тепла у вытяжного воздуха осуществляется специальными теплообменниками – рекуператорами. Это действительно инновации в отоплении, поскольку они в состоянии вернуть до 80% затраченной энергии и передать ее приточному воздуху, существенно экономя энергоносители.

Новейшие отопительные системы

Пример довольно доступной и в то же время эффективной системы, подходящей как для загородного дома, так и для квартиры, – электрический теплый пол. Понеся сравнительно небольшие расходы на устройство такого обогрева, можно обеспечить жилище теплом и не покупать никаких котлов. Недостаток один - стоимость электроэнергии. Но учитывая, что современный напольный обогрев довольно экономичен, да при наличии многотарифного счетчика данный вариант может оказаться приемлемым.

Для справки. При устройстве электрического теплого пола используется 2 вида нагревателей: тонкая полимерная пленка с нанесенными углеродными элементами либо греющий кабель.

В южных регионах с высокой солнечной активностью неплохо себя показывает еще одна современная отопительная система. Это водяные солнечные коллекторы, устанавливаемые на кровле зданий или других открытых местах. В них с минимальными потерями вода нагревается напрямую от солнца, после чего подается в дом. Одна беда – коллекторы абсолютно бесполезны ночью, а также в северных регионах.

Различные гелиосистемы, берущие тепло от земли, воды и воздуха и передающие его в частный дом – это установки, в которых реализованы самые современные технологии отопления. Расходуя всего 3-5 кВт электроэнергии, эти агрегаты способны «перекачать» извне в 5-10 раз больше тепла, отсюда и название – тепловые насосы. Дальше с помощью этой тепловой энергии можно нагревать теплоноситель или воздух, - на ваше усмотрение.

Примером воздушного теплового насоса может служить обычный кондиционер, принцип работы у них одинаков. Только гелиосистема одинаково хорошо обогревает загородный дом зимой и охлаждает летом.

Выводы

Общеизвестный факт: чем инновация в системе отопления эффективнее, тем она дороже, хотя и требует меньших расходов при эксплуатации. И наоборот, дешевые в монтаже высокотехнологичные системы электрообогрева заставляют нас платить впоследствии за израсходованное электричество. Тепловые насосы же настолько дороги, что большинству граждан постсоветского пространства они недоступны.

Вторая причина, почему домовладельцы тяготеют к традиционным системам, - это прямая зависимость современного отопительного оборудования от наличия электроэнергии. Для жителей отдаленных районов этот факт играет большую роль, оттого они предпочитают строить печи из кирпича и топить дом дровами.

Энергосбережение в системах теплоснабжения

Выполнили: студенты гр.Т-23

Салаженков М.Ю

Краснов Д.

Введение

На сегодняшний день политика энергосбережения является приоритетным направлением развития систем энерго- и теплоснабжения. Фактически на каждом государственном предприятии составляются, утверждаются и воплощаются в жизнь планы энергосбережения и повышения энергоэффективности предприятий, цехов и пр..

Система теплоснабжения страны не исключение. Она довольно велика и громоздка, потребляет колоссальные объемы энергии и при этом происходят не менее колоссальные потери тепла и энергии.

Рассмотрим что из себя представляет система теплоснабжения, где происходят наибольшие потери и какие комплексы энергосберегающих мероприятий можно применить для увеличения «КПД» этой системы.

Системы теплоснабжения

Теплоснабжение – снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.

В большинстве случаев теплоснабжение – это создание комфортной среды в помещении – дома, на работе или в общественном месте. Теплоснабжение включает в себя также подогрев водопроводной воды и воды в плавательных бассейнах, обогрев теплиц и т.д.

Расстояние, на которое транспортируется тепло в современных системах централизованного теплоснабжения, достигает нескольких десятков км. Развитие систем теплоснабжения характеризуется повышением мощности источника тепла и единичных мощностей установленного оборудования. Тепловые мощности современных ТЭЦ достигают 2-4 Ткал/ч, районных котельных 300-500 Гкал/ч. В некоторых системах теплоснабжения осуществляется совместная работа нескольких источников тепла на общие тепловые сети, что повышает надёжность, манёвренность и экономичность теплоснабжения.

Нагретая в котельной вода может циркулировать непосредственно в системе отопления. Горячая вода нагревается в теплообменнике системы горячего водоснабжения (ГВС) до более низкой температуры, порядка 50–60 °С. Температура обратной воды может оказаться важным фактором защиты котла. Теплообменник не только передает тепло от одного контура другому, но и эффективно справляется с перепадом давлений, который существует между первым и вторым контурами.

Необходимая температура подогрева пола (30 °С) может быть получена путем регулирования темпера туры циркулирующей горячей воды. Перепад температур может быть также достигнут при использовании трехходового клапана, смешивающего в системе горячую воду с обратной.

Регулирование отпуска тепла в системах теплоснабжения (суточное, сезонное) осуществляется как в источнике тепла, так и в теплопотребляющих установках. В водяных системах теплоснабжения обычно производится так называемое центральное качественное регулирование подачи тепла по основному виду тепловой нагрузки - отоплению или по сочетанию двух видов нагрузки - отопления и горячего водоснабжения. Оно заключается в изменении температуры теплоносителя, подаваемого от источника теплоснабжения в тепловую сеть, в соответствии с принятым температурным графиком (то есть зависимостью требуемой температуры воды в сети от температуры наружного воздуха). Центральное качественное регулирование дополняется местным количественным в тепловых пунктах; последнее наиболее распространено при горячем водоснабжении и обычно осуществляется автоматически. В паровых системах теплоснабжения в основном производится местное количественное регулирование; давление пара в источнике теплоснабжения поддерживается постоянным, расход пара регулируется потребителями.

1.1 Состав системы теплоснабжения

Система теплоснабжения состоит из следующих функциональных частей:

1) источник производства тепловой энергии (котельная, ТЭЦ, гелиоколлектор, устройства для утилизации тепловых отходов промышленности, установки для использования тепла геотермальных источников);

2) транспортирующие устройства тепловой энергии к помещениям (тепловые сети);

3) теплопотребляющие приборы, которые передают тепловую энергию потребителю (радиаторы отопления, калориферы).

1.2 Классификация систем теплоснабжения

По месту выработки теплоты системы теплоснабжения делятся на:

1) централизованные (источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла);

2) местные (потребитель и источник теплоснабжения находятся в одном помещении или в непосредственной близости).

Основные преимущества централизованного теплоснабжения перед местным - значительное снижение расхода топлива и эксплуатационных затрат (например, за счёт автоматизации котельных установок и повышения их кпд); возможность использования низкосортного топлива; уменьшение степени загрязнения воздушного бассейна и улучшение санитарного состояния населённых мест. В системах местного теплоснабжения источниками тепла служат печи, водогрейные котлы, водонагреватели (в том числе солнечные) и т. п.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на:

1) водяные (с температурой до 150 °С);

2) паровые (под давлением 7-16 ат).

Вода служит в основном для покрытия коммунально-бытовых, а пар - технологических нагрузок. Выбор температуры и давления в системах теплоснабжения определяется требованиями потребителей и экономическими соображениями. С увеличением дальности транспортирования тепла возрастает экономически оправданное повышение параметров теплоносителя.

По способу подключения системы отопления к системе теплоснабжения последнии делятся на:

1) зависимые (теплоноситель, нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы);

2) независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления). (Рис.1)

В независимых системах установки потребителей гидравлически изолированы от тепловой сети. Такие системы применяются преимущественно в крупных городах - в целях повышения надёжности теплоснабжения, а также в тех случаях, когда режим давления в тепловой сети недопустим для тепло-потребляющих установок по условиям их прочности или же когда статическое давление, создаваемое последними, неприемлемо для тепловой сети (таковы, например, системы отопления высотных зданий).

Рисунок 1 – Принципиальные схемы систем теплоснабжения по способу подключения к ним систем отопления

По способу присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения:

1) закрытая;

2) открытая.

В закрытых системах на горячее водоснабжение поступает вода из водопровода, нагретая до требуемой температуры водой из тепловой сети в теплообменниках, установленных в тепловых пунктах. В открытых системах вода подаётся непосредственно из тепловой сети (непосредственный водоразбор). Утечка воды из-за неплотностей в системе, а также её расход на водоразбор компенсируются дополнительной подачей соответствующего количества воды в тепловую сеть. Для предотвращения коррозии и образования накипи на внутренней поверхности трубопровода вода, подаваемая в тепловую сеть, проходит водоподготовку и деаэрацию. В открытых системах вода должна также удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Выбор системы определяется в основном наличием достаточного кол-ва воды питьевого качества, её коррозионными и накипеобразующими свойствами. В Украине получили распространение системы обоих типов.

По числу трубопроводов, используемых для переноса теплоносителя, различают системы теплоснабжения:

однотрубные;

двухтрубные;

многотрубные.

Однотрубные системы применяют в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата и в открытых водяных системах, где вся поступающая от источника вода разбирается на горячее водоснабжение потребителей).

В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается к источнику тепла, где он подогревается и восполняется.

Многотрубные системы устраивают при необходимости выделения отдельных видов тепловой нагрузки (например, горячего водоснабжения), что упрощает регулирование отпуска тепла, режим эксплуатации и способы присоединения потребителей к тепловым сетям. В России преимущественное распространение получили двухтрубные системы теплоснабжения.

1.3 Виды потребителей тепла

Потребителями тепла системы теплоснабжения являются:

1) теплоиспользующие санитарно-технические системы зданий (системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения);

2) технологические установки.

Использование нагретой воды для отопления помещений – дело совершенно обычное. При этом применяются самые различные методы переноса энергии воды для создания комфортной среды в помещении. Один из самых распространенных – использование радиаторов отопления.

Альтернативой радиаторам отопления служит подогрев пола, когда отопительные контуры расположены под полом. Контур подогрева пола обычно подключен к контуру радиатора отопления.

Вентиляция – фанкойл, подающий горячий воздух в помещение, обычно используется в общественных зданиях. Часто применяют комбинацию отопительных устройств, например, радиаторов отопления и подогрева пола или радиаторов отопления и вентиляции.

Горячая водопроводная вода стала частью повседневной жизни и ежедневных потребностей. Поэтому установка для горячего водоснабжения должна быть надежной, гигиеничной и экономичной.

По режиму потребления тепла в течение года различают две группы потребителей:

1) сезонные, нуждающиеся в тепле только в холодный период года (например, системы отопления);

2) круглогодичные, нуждающиеся в тепле весь год (системы горячего водоснабжения).

В зависимости от соотношения и режимов отдельных видов теплопотребления различают три характерные группы потребителей:

1) жилые здания (характерны сезонные расходы тепла на отопление и вентиляцию и круглогодичный - на горячее водоснабжение);

2) общественные здания (сезонные расходы тепла на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха);

3) промышленные здания и сооружения, в том числе сельскохозяйственные комплексы (все виды теплопотребления, количественное отношение между которыми определяется видом производства).

2 Централизованное теплоснабжение

Централизованное теплоснабжение является экологически безопасным и надежным способом обеспечения теплом. Системы централизованного теплоснабжения распределяют горячую воду или, в некоторых случаях, пар из центральной котельной между многочисленными зданиями. Очень широк выбор источников, которые служат для получения тепла, включая сжигание нефти и природного газа или использование геотермальных вод. Использование тепла от низкотемпературных источников, например, геотермального тепла, возможно при применении теплообменников и тепловых насосов. Возможность использования неутилизированного тепла промышленных предприятий, излишков тепла от переработки отходов, промышленных процессов и канализации, целевых теплоцентралей или теплоэлектростанций в централизованном теплоснабжении, позволяет осуществить оптимальный выбор источника тепла с точки зрения и энергетической эффективности. Таким образом вы оптимизируете издержки и защищаете окружающую среду.

Горячая вода из котельной подается в теплообменник, который отделяет производственную площадку от распределительных трубопроводов сети центрального теплоснабжения. Затем тепло распределяется между конечными потребителями и через подстанции подается в соответствующие здания. В каждую из этих подстанций обычно входит по одному теплообменнику для отопления помещений и для горячего водоснабжения.

Существует несколько причин установки теплообменников для разделения теплоцентрали и сети центрального теплоснабжения. Там, где существуют значительные разности давлений и температур, которые могут нанести серьезный ущерб оборудованию и собственности, теплообменник может предохранить чувствительное отопительное и вентиляционное оборудование от попадания в них загрязненных или вызывающих коррозию сред. Еще одна важная причина разделения котельной, распределительной сети и конечных потребителей состоит в четком определении функций каждого компонента системы.

В теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) тепло и электричество производятся одновременно, причем побочным продуктом является тепло. Тепло обычно применяется в системах центрального теплоснабжения, что ведет к повышению энергоэффективности и экономичности. Степень использования энергии, получаемой от сгорания топлива, составит 85–90 %. Эффективность будет выше на 35–40 %, чем в случае раздельного производства тепла и электроэнергии.

В ТЭЦ сжигание топлива разогревает воду, которая превращается в пар высокого давления и высокой температуры. Пар приводит в действие турбину, соединенную с генератором, производящим электроэнергию. После турбины пар конденсируется в теплообменнике. Тепло, выделенное в ходе этого процесса, затем подается в трубы центрального теплоснабжения и распределяется между конечными потребителями.

Для конечного потребителя централизованное теплоснабжение означает бесперебойное получение энергии. Система централизованного теплоснабжения более удобна и эффективна, чем небольшие индивидуальные системы отопления домов. Современные технологии сжигания топлива и очистки выбросов снижают негативное воздействие на окружающую среду.

В многоквартирных домах или других зданиях, отапливаемых центральными тепловыми пунктами, главным требованием является отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и подогрев пола для большого количества потребителей при минимальных затратах энергии. Используя качественное оборудование в системе теплоснабжения, можно снизить общие расходы.

Другой очень важной задачей теплообменников в централизованном теплоснабжении является обеспечение безопасности внутренней системы путем отделения конечных потребителей от распределительной сети. Это необходимо из-за значительной разницы в величинах температур и давления. В случае аварии риск затопления может быть также сведен к минимуму.

В центральных тепловых пунктах часто встречается двухступенчатая схема подключения теплообменников (Рис.2, А). Такое подключение означает максимальное использование тепла и низкую температуру обратной воды при использовании системы горячего водоснабжения. Оно особенно выгодно при работе с теплоэлектроцентралью, где желательна низкая температура обратной воды. Данный тип подстанции может легко обеспечить теплоснабжение до 500 квартир, а иногда и более.

А) Двухступенчатое подключение Б) Параллельное подключение

Рисунок 2 – Схема подключения теплообменников

Параллельное подключение теплообменника ГВС (Рис.2, Б) менее сложно, чем двухступенчатое подключение, и может применяться при любом размере установки, которая не нуждается в низкой температуре обратной воды. Такое подключение обычно применяется для небольших и средних тепловых пунктов с нагрузкой приблизительно до 120 кВт. Схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения в соответствии с СП 41-101-95.

Большинство систем централизованного теплоснабжения выдвигают высокие требования к установленному оборудованию. Оборудование должно быть надежным и гибким, обеспечивая необходимую безопасность. В некоторых системах оно должно также соответствовать очень высоким санитарно-гигиеническим стандартам. Еще один важный фактор в большинстве систем – это низкие эксплуатационные расходы.

Однако в нашей стране система централизованного теплоснабжения находится в плачевном состоянии:

техническая оснащенность и уровень технологических решений при строительстве тепловых сетей соответствуют состоянию 1960-х годов, в то время как резко увеличились радиусы теплоснабжения, и произошел переход на новые типоразмеры диаметров труб;

качество металла теплопроводов, теплоизоляция, запорная и регулировочная арматура, конструкции и прокладка теплопроводов значительно уступает зарубежным аналогам, что приводит к большим потерям тепловой энергии в сетях;

плохие условия теплогидроизоляции теплопроводов и каналов тепловых сетей способствовали повышению повреждаемости подземных теплопроводов, что привело к серьезным проблемам замены оборудования тепловых сетей;

отечественное оборудование крупных ТЭЦ соответствует среднему зарубежному уров ню 1980-х годов, и в настоящее время паротурбинные ТЭЦ характеризуются высокой аварийностью, так как практически половина установленной мощности турбин выработала расчетный ресурс;

на действующих угольных ТЭЦ отсутствуют системы очистки дымовых газов от NOх и SOх, а эффективность улавливания твердых частиц часто не достигает требуемых значений;

конкурентоспособность СЦТ на современном этапе можно обеспечить только внедрением специально новых технических решений, как по структуре систем, так и по схемам, оборудованию энергоисточников и тепловых сетей.

2.2 Эффективность систем централизованного теплоснабжения

Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой. Нормальная работа систем теплопотребления суть обеспечение потребителей тепловой энергией соответствующего качества, и заключается для энергоснабжающей организации в выдерживании параметров режима теплоснабжения на уровне, регламентируемом Правилами Технической Эксплуатации (ПТЭ) электростанций и сетей РФ, ПТЭ тепловых энергоустановок. Гидравлический режим определяется характеристиками основных элементов системы теплоснабжения.

В процессе эксплуатации в действующей системе централизованного теплоснабжения из-за изменения характера тепловой нагрузки, подключения новых теплопотребителей, увеличения шероховатости трубопроводов, корректировки расчетной температуры на отопление, изменения температурного графика отпуска тепловой энергии (ТЭ) с источника ТЭ происходит, как правило, неравномерная подача тепла потребителям, завышение расходов сетевой воды и сокращение пропускной способности трубопроводов.

В дополнение к этому, как правило, существуют проблемы в системах теплопотребления. Такие как, разрегулированность режимов теплопотребления, разукомплектованность элеваторных узлов, самовольное нарушение потребителями схем присоединения (установленных проектами, техническими условиями и договорами). Указанные проблемы систем теплопотребления проявляются, в первую очередь, в разрегулированности всей системы, характеризующейся повышенными расходами теплоносителя. Как следствие – недостаточные (из-за повышенных потерь давления) располагаемые напоры теплоносителя на вводах, что в свою очередь приводит к желанию абонентов обеспечить необходимый перепад посредством слива сетевой воды из обратных трубопроводов для создания хотя бы минимальной циркуляции в отопительных приборах (нарушения схем присоединения и т.п.), что приводит к дополнительному увеличению расхода и, следовательно, к дополнительным потерям напора, и к появлению новых абонентов с пониженными перепадами давления и т.д. Происходит «цепная реакция» в направлении тотальной разрегулировки системы.

Все это оказывает негативное влияние на всю систему теплоснабжения и на деятельность энергоснабжающей организации: невозможность соблюдения температурного графика; повышенная подпитка системы теплоснабжения, а при исчерпании производительности водоподготовки – вынужденная подпитка сырой водой (следствие – внутренняя коррозия, преждевременный выход из строя трубопроводов и оборудования); вынужденное увеличение отпуска тепловой энергии для сокращения числа жалоб населения; увеличение эксплуатационных затрат в системе транспорта и распределения тепловой энергии.

Необходимо указать, что в системе теплоснабжения всегда имеет место взаимосвязь установившихся тепловых и гидравлических режимов. Изменение потокораспределения (его абсолютной величины включительно) всегда меняет условие теплообмена, как непосредственно на подогревательных установках, так и в системах теплопотребления. Результатом не нормальной работы системы теплоснабжения является, как правило, высокая температура обратной сетевой воды.

Следует отметить, что температура обратной сетевой воды на источнике тепловой энергии является одной из основных режимных характеристик, предназначенной для анализа состояния оборудования тепловых сетей и режимов работы системы теплоснабжения, а также для оценки эффективности мероприятий, проводимых организациями, эксплуатирующими тепловые сети, с целью повышения уровня эксплуатации системы теплоснабжения. Как правило, в случае разрегулировки системы теплоснабжения, фактическое значение данной температуры существенно отличается от своего нормативного, расчетного для данной системы теплоснабжения значения.

Таким образом, при разрегулировке системы теплоснабжения температура сетевой воды, как один из основных показателей режима отпуска и потребления тепловой энергии в системе теплоснабжения, оказывается: в подающем трубопроводе практически во всех интервалах отопительного сезона характеризуется пониженными значениями; температура обратной сетевой воды, несмотря на это, характеризуется повышенными значениями; перепад температур в подающих и обратных трубопроводах, а именно этот показатель (наряду с удельным расходом сетевой воды на присоединенную тепловую нагрузку) характеризует уровень качества потребления тепловой энергии, занижен по сравнению с требуемыми значениями.

Следует отметить еще один аспект, связанный с увеличением относительно расчетного значения расхода сетевой воды на тепловой режим систем теплопотребления (отопления, вентиляции). Для непосредственного анализа целесообразно воспользоваться зависимостью, которая определяет в случае отклонения действительных параметров и конструктивных элементов системы теплоснабжения от расчетных, отношение действительного расхода тепловой энергии в системах теплопотребления к его расчетному значению.

где Q- расход тепловой энергии в системах теплопотребления;

g- расход сетевой воды;

tп и tо - температура в подающем и обратном трубопроводах.

Данная зависимость (*), отображена на рис.3. По оси ординат отложены отношения действительного расхода тепловой энергии к его расчетному значению, по оси абсцисс отношение действительного расхода сетевой воды к его расчетному значению.

Рисунок 3 – График зависимости расхода тепловой энергии системами

теплопотребления от расхода сетевой воды.

В качестве общих тенденций, необходимо указать, что, во-первых, увеличение расхода сетевой воды в n раз не вызывает соответствующего этому числу увеличения расхода тепловой энергии, то есть коэффициент расхода теплоты отстает от коэффициента расхода сетевой воды. Во-вторых, при уменьшении расхода сетевой воды подача теплоты в местную систему теплопотребления уменьшается тем быстрее, чем меньше фактический расход сетевой воды по сравнению с расчетным.

Таким образом, системы отопления и вентиляции весьма слабо реагируют на перерасход сетевой воды. Так, увеличение расхода сетевой воды на эти системы относительно расчетного значения на 50% вызывает увеличение теплопотребления только на 10%.

Точка на рис.3 с координатами (1;1) отображает расчетный, фактически достижимый режим работы системы теплоснабжения после проведения наладочных мероприятий. Под фактически достижимым режимом работы подразумевается такой режим, который характеризуется существующим положением конструктивных элементов системы теплоснабжения, тепловыми потерями зданиями и сооружениями и определяющимся суммарным расходом сетевой воды на выводах источника тепловой энергии, необходимым для обеспечения заданной тепловой нагрузки при существующем графике отпуска тепловой энергии.

Также следует отметить, что увеличенный расход сетевой воды, ввиду ограниченного значения пропускной способности тепловых сетей, приводит к уменьшению необходимых для нормальной работы теплопотребляющего оборудования значений располагаемых напоров на вводах потребителей. Следует отметить, что потери напора по тепловой сети определяются квадратичной зависимостью от расхода сетевой воды:

То есть, при увеличении фактического расхода сетевой воды GФ в 2 раза относительно расчетного значения GР потери напора по тепловой сети увеличиваются в 4 раза, что может привести к недопустимо малым располагаемым напорам на тепловых узлах потребителей и, следовательно, к недостаточному теплоснабжению этих потребителей, что может вызывать несанкционированный слив сетевой воды для создания циркуляции (самовольному нарушению потребителями схем присоединения и т.п.)

Дальнейшее развитие такой системы теплоснабжения по пути увеличения расхода теплоносителя, во-первых, потребует замены головных участков теплопроводов, дополнительной установки сетевых насосных агрегатов, увеличения производительности водоподготовки и т.п., во-вторых, ведет к еще большему увеличению дополнительных издержек - расходов на компенсацию электроэнергии, подпиточной воды, потерь тепловой энергии.

Таким образом, технически и экономически более обоснованным представляется развитие такой системы за счет улучшения ее качественных показателей - повышения температуры теплоносителя, перепадов давления, увеличения перепада температур (теплосъема), что невозможно без кардинального сокращения расходов теплоносителя (циркуляционного и на подпитку) в системах теплопотребления и, соответственно, во всей системе теплоснабжения.

Таким образом, главным мероприятием, которое может быть предложено для оптимизации такой системы теплоснабжения, является наладка гидравлического и теплового режима системы теплоснабжения. Техническая сущность данного мероприятия заключается в установлении потокораспределения в системе теплоснабжения исходя из расчетных (т.е. соответствующих присоединенной тепловой нагрузке и выбранному температурному графику) расходов сетевой воды для каждой системы теплопотребления. Это достигается установкой на вводах в системы теплопотребления соответствующих дросселирующих устройств (авторегуляторов, дроссельных шайб, сопел элеваторов), расчет которых производится исходя из расчетного перепада давлений на каждом вводе, который рассчитывается исходя из гидравлического и теплового расчета всей системы теплоснабжения.

Следует отметить, что создание нормального режима функционирования такой системы теплоснабжения не ограничивается только проведением наладочных мероприятий, необходимо также проведение работ по оптимизации гидравлического режима системы теплоснабжения.

Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения: водоподогревательную установку источника теплоты, центральные тепловые пункты (при наличии таковых), тепловую сеть, контрольно-распределительные пункты (при наличии), индивидуальные тепловые пункты и местные системы теплопотребления.

Наладка начинается с обследования системы централизованного теплоснабжения. Проводится сбор и анализ исходных данных по фактическим эксплуатационным режимам работы системы транспорта и распределения тепловой энергии, сведений по техническому состоянию тепловых сетей, степени оснащённости источника теплоты, тепловых сетей и абонентов коммерческими и технологическими средствами измерения. Анализируются применяемые режимы отпуска тепловой энергии, выявляются возможные дефекты проекта и монтажа, подбирается информация для анализа характеристики системы. Проводится анализ эксплуатационной (статистической) информации (ведомостей учета параметров теплоносителя, режимов отпуска и потребления энергии, фактических гидравлических и тепловых режимов тепловых сетей) при различных значениях температуры наружного воздуха в базовые периоды, полученной по показаниям штатных СИ, а также проводится анализ отчетов специализированных организаций.

Параллельно разрабатывается расчетная схема тепловых сетей. Создается математическая модель системы теплоснабжения на базе расчетного комплекса ZuluThermo, разработки Политерм (г. С-Петербург), способного моделировать фактический тепловой и гидравлический режим работы системы теплоснабжения.

Необходимо указать, что существует достаточно распространенный подход, который заключается в максимальном снижении финансовых затрат, связанных с разработкой мероприятий по наладке и оптимизации системы теплоснабжения, а именно - затраты ограничиваются приобретением специализированного программного комплекса.

«Подводным камнем» при таком подходе является достоверность исходных данных. Математическая модель системы теплоснабжения, созданная на основе недостоверных исходных данных по характеристикам основных элементов системы теплоснабжения, оказывается, как правило, неадекватной действительности.

2.3 Энергосбережение в системах ЦТ

В последнее время имеют место критические замечания по поводу централизованного теплоснабжения на базе теплофикации - совместной выработки тепловой и электрической энергии. Как основные недостатки отмечаются большие теплопотери в трубопроводах при транспорте тепла, снижение качества теплоснабжения из-за несоблюдения температурного графика и требуемых напоров у потребителей. Предлагается переходить на децентрализованное, автономное теплоснабжение от автоматизированных котельных, в том числе и расположенных на крышах зданий, обосновывая это меньшей стоимостью и отсутствием необходимости прокладки теплопроводов. Но при этом, как правило, не учитывается, что подключение тепловой нагрузки к котельной лишает возможности выработки дешевой электроэнергии на тепловом потреблении. Поэтому эта часть невыработанной электроэнергии должна замещаться производством ее по конденсационному циклу, КПД которого в 2-2, 5 раза ниже, чем по теплофикационному. Следовательно, и стоимость электроэнергии, потребляемой зданием, теплоснабжение которого осуществляется от котельной, должна быть выше, чем у здания, подключенного к теплофикационной системе теплоснабжения, а это вызовет резкое увеличение эксплуатационных расходов.

С. А. Чистович на юбилейной конференции "75 лет теплофикации в России", проходившей в Москве в ноябре 1999 г., предложил, чтобы домовые котельные дополняли централизованное теплоснабжение, выполняя роль пиковых источников тепла, где недостающая пропускная способность сетей не позволяет осуществлять качественное снабжение теплом потребителей. При этом как бы сохраняется теплофикация и повышается качество теплоснабжения, но от этого решения веет стагнацией и безысходностью. Необходимо, чтобы централизованное теплоснабжение полностью выполняло свои функции. Ведь в теплофикации есть свои мощные пиковые котельные, и очевидно, что одна такая котельная будет экономичней сотен мелких, а если недостаточна пропускная способность сетей, то надо перекладывать сети или отсекать эту нагрузку от сетей, чтобы она не нарушала качество теплоснабжения других потребителей.

Большого успеха в теплофикации добилась Дания, которая, несмотря на низкую концентрацию тепловой нагрузки на 1 м2 площади поверхности, опережает нас по охвату теплофикацией на душу населения. В Дании проводится специальная государственная политика по предпочтению подключения к централизованному теплоснабжению новых потребителей тепла. В Западной Германии, например в г. Манхейме, быстрыми темпами развивается централизованное теплоснабжение на базе теплофикации. В Восточных землях, где, ориентируясь на нашу страну, также широко применялась теплофикация, несмотря на отказ от панельного домостроения, от ЦТП в жилых микрорайонах, оказавшимися неэффективными в условиях рыночной экономики и западного образа жизни, продолжает развиваться область централизованного теплоснабжения на базе теплофикации как наиболее экологически чистая и экономически выгодная.

Все сказанное свидетельствует о том, что на новом этапе мы должны не потерять свои передовые позиции в области теплофикации, а для этого необходимо выполнить модернизацию системы централизованного теплоснабжения, чтобы повысить ее привлекательность и эффективность.

Все плюсы совместной выработки тепла и электрической энергии относились на сторону электроэнергии, централизованное теплоснабжение финансировалось по остаточному принципу - порой ТЭЦ уже была построена, а тепловые сети еще не подведены. В результате создавались теплопроводы низкого качества с плохой изоляцией и неэффективным дренажом, подключение потребителей тепла к тепловым сетям осуществлялось без автоматического регулирования нагрузки, в лучшем случае с применением гидравлических регуляторов стабилизации расхода теплоносителя очень низкого качества.

Это вынуждало выполнять отпуск тепла от источника по методу центрального качественного регулирования (путем изменения температуры теплоносителя в зависимости от наружной температуры по единому графику для всех потребителей с постоянной циркуляцией в сетях), что приводило к значительному перерасходу тепла потребителями из-за различий их режима эксплуатации и невозможности совместной работы нескольких источников тепла на единую сеть для осуществления взаимного резервирования. Отсутствие или неэффективность действия регулировочных устройств в местах подключения потребителей к тепловым сетям вызвало также перерасход объема теплоносителя. Это приводило к росту температуры обратной воды до такой степени, что появлялась опасность выхода из строя станционных циркуляционных насосов и это вынуждало снижать отпуск тепла на источнике, нарушая температурный график даже в условиях достаточной мощности.

В отличие от нас, в Дании, например, все выгоды теплофикации в первые 12 лет отдаются на сторону тепловой энергии, а затем делятся пополам с электрической энергией. В результате Дания оказалась первой страной, где были изготовлены предварительно изолированные трубы для бесканальной прокладки с герметичным покровным слоем и автоматической системой обнаружения утечек, что резко снизило потери тепла при его транспортировке. В Дании впервые были изобретены бесшумные, безопорные циркуляционные насосы "мокрого хода", приборы учета тепла и эффективные системы авторегулирования тепловой нагрузки, что позволило сооружать непосредственно в зданиях у потребителей автоматизированные индивидуальные тепловые пункты (ИТП) с автоматическим регулированием подачи и учета тепла в местах его использования.

Поголовная автоматизация всех потребителей тепла позволила: отказаться от качественного метода центрального регулирования на источнике тепла, вызывающего нежелательные температурные колебания в трубопроводах теплосети; снизить максимальные параметры температуры воды до 110-1200С; обеспечить возможность работы нескольких источников тепла, включая мусоросжигательные заводы, на единую сеть с наиболее эффективным использованием каждого.

Температура воды в подающем трубопроводе тепловых сетей меняется в зависимости от уровня установившейся температуры наружного воздуха тремя ступенями: 120-100-80°С или 100-85-70°С (намечается тенденция к еще большему снижению этой температуры). А внутри каждой ступени, в зависимости от изменения нагрузки или отклонения наружной температуры, меняется расход циркулирующего в тепловых сетях теплоносителя по сигналу фиксируемой величины перепада давлений между подающим и обратным трубопроводами - если перепад давлений снижается ниже заданного значения, то на станциях включаются последующие теплогенерирующие и насосные установки. Теплоснабжающие компании гарантируют каждому потребителю заданный минимальный уровень перепада давлений в подводящих сетях.

Подключение потребителей проводится через теплообменники, причем, на наш взгляд, применяется избыточное количество ступеней подключения, что вызвано, видимо, границами владений собственностью. Так, была продемонстрирована следующая схема подключения: к магистральным сетям с расчетными параметрами в 125°С, находящимся в ведении производителя энергии, через теплообменник, после которого температура воды в подающем трубопроводе снижается до 120°С, подключаются разводящие сети, находящиеся в муниципальной собственности.

Уровень поддержания этой температуры задается электронным регулятором, воздействующем на клапан, устанавливаемый на обратном трубопроводе первичного контура. Во вторичном контуре циркуляция теплоносителя осуществляется насосами. Присоединение к этим разводящим сетям местных систем отопления и горячего водоснабжения отдельных зданий выполняется через самостоятельные теплообменники, устанавливаемые в подвалах этих зданий с полным набором приборов регулирования и учета тепла. Причем регулирование температуры воды, циркулирующей в местной системе отопления, выполняется по графику в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. В расчетных условиях максимальная температура воды достигает 95°С, в последнее время наблюдается тенденция ее снижения до 75-70°С, максимальное значение температуры обратной воды, соответственно, 70 и 50°С.

Подключение тепловых пунктов отдельных зданий выполняется по стандартным схемам с параллельным присоединением емкостного водонагревателя горячего водоснабжения либо по двухступенчатой схеме с использованием потенциала теплоносителя из обратного трубопровода после водонагревателя отопления с применением скоростных теплообменников горячего водоснабжения, при этом возможно использование напорного бака-аккумулятора горячей воды с насосом для зарядки бака. В контуре отопления для сбора воды при ее расширении от нагревания используются напорные мембранные баки, у нас большее применение имеют атмосферные расширительные баки, устанавливаемые в верхней точке системы.

Для стабилизации работы регулирующих клапанов на вводе в тепловой пункт обычно устанавливают гидравлический регулятор постоянства перепада давлений. А для выведения на оптимальный режим работы систем отопления с насосной циркуляцией и облегчения распределения теплоносителя по стоякам системы - "клапан-партнер" в виде балансового вентиля, позволяющего по замеренной на нем величине потерь давления выставить правильный расход циркулирующего теплоносителя.

В Дании не обращают особого внимания на увеличение расчетного расхода теплоносителя на тепловой пункт при включении нагрева воды на бытовые нужды. В Германии законодательно запрещено учитывать при подборе мощности тепла нагрузку на горячее водоснабжение, и при автоматизации тепловых пунктов принято, что при включении водонагревателя горячего водоснабжения и при заполнении бака-аккумулятора выключаются насосы, обеспечивающие циркуляцию в системе отопления, т. е. прекращается подача тепла на отопление.

В нашей стране также придается серьезное значение недопущению увеличения мощности источника тепла и расчетного расхода теплоносителя, циркулирующего в тепловой сети в часы прохождения максимума горячего водоснабжения. Но принятое в Германии для этой цели решение не может быть применено в наших условиях, поскольку у нас значительно выше соотношение нагрузок горячего водоснабжения и отопления, из-за большой величины абсолютного потребления бытовой воды и большей плотности заселения.

Поэтому при автоматизации тепловых пунктов потребителей применяют ограничение максимального расхода воды из тепловой сети при превышении заданного значения, определенного исходя из среднечасовой нагрузки ГВС. При теплоснабжении жилых микрорайонов это выполняется путем прикрытия клапана регулятора подачи тепла на отопление в часы прохождения максимума водопотребления. Задавая регулятору отопления некоторое завышение поддерживаемого графика температуры теплоносителя, возникающий при прохождении максимума водораздела недогрев в системе отопления компенсируется в периоды водоразбора ниже среднего (в пределах заданного расхода воды из тепловой сети - связанное регулирование).

Датчиком расхода воды, который является сигналом для ограничения, служит измеритель расхода воды, входящий в комплект теплосчетчика, установленного на вводе теплосети в ЦТП или ИТП. Регулятор перепада давлений на вводе не может служить ограничителем расхода, т. к. он обеспечвает заданный перепад давлений в условиях полного открытия клапанов регулятора отопления и горячего водоснабжения, установленных параллельно.

С целью повышения эффективности совместной выработки тепловой и электрической энергии и выравнивания максимума энергопотребления в Дании нашли широкое применение тепловые аккумуляторы, которые устанавливаются у источника. Нижняя часть аккумулятора соединена с обратным трубопроводом тепловой сети, верхняя через подвижный диффузор с подающим трубопроводом. При сокращении циркуляции в распределительных тепловых сетях происходит зарядка бака. При увеличении циркуляции излишний расход теплоносителя из обратного трубопровода поступает в бак, а горячая вода выдавливается из него. Необходимость теплоаккумуляторов возрастает в ТЭЦ с противодавленческими турбинами, в которых соотношение вырабатываемой электрической и тепловой энергии фиксировано.

Если расчетная температура воды, циркулирующей в тепловых сетях, ниже 100°С, то применяют баки-аккумуляторы атмосферного типа, при более высокой расчетной температуре в баках создается давление, обеспечивающее невскипание горячей воды.

Однако, установка термостатов вместе с измерителями теплового потока на каждый отопительный прибор ведет к почти двойному удорожанию системы отопления, а в однотрубной схеме, кроме того, увеличивается необходимая поверхность нагрева приборов до 15% и имеет место существенная остаточная теплоотдача приборов в закрытом положении термостата, что снижает эффективность авторегулирования. Поэтому альтернативой таким системам, особенно в недорогом муниципальном строительстве, являются системы пофасадного автоматического регулирования отопления - для протяженных зданий и центральные с коррекцией температурного графика по отклонению температуры воздуха в сборных каналах вытяжной вентиляции из кухонь квартир - для точечных зданий или зданий со сложной конфигурацией.

Однако надо иметь в виду, что при реконструкции существующих жилых зданий для установки термостатов необходимо со сваркой входить в каждую квартиру. В то же время при организации пофасадного авторегулирования достаточно врезать перемычки между пофасадными ветками секционных систем отопления в подвале и на чердаке, а для 9-этажных бесчердачных зданий массового строительства 60-70-х годов - только в подвале.

Следует отметить, что новое строительство в год не превышает по объему 1-2% сложившегося жилого фонда. Это свидетельствует о том, какое важное значение приобретает реконструкция существующих зданий с целью снижения затрат тепла на отопление. Однако все здания сразу автоматизировать невозможно, а в условиях, когда автоматизируются несколько зданий, реальная экономия не достигается, т. к. сэкономленный на автоматизированных объектах теплоноситель перераспределяется между неавтоматизированными. Отмеченное еще раз подтверждает, что необходимо опережающими темпами возводить КРП на существующих тепловых сетях, поскольку значительно легче автоматизировать одновременно все здания, питающиеся от одного КРП, чем от ТЭЦ, а другие уже созданные КРП не пропустят лишнее количество теплоносителя в свои распределительные сети.

Все вышеизложенное не исключает возможности подключения отдельных зданий к котельным при соответствующем технико-экономическом обосновании с увеличением тарифа на потребляемую электроэнергию (например, когда необходима прокладка или перекладка большого количества сетей). Но в условиях сложившейся системы централизованного теплоснабжения от ТЭЦ это должно иметь локальный характер. Не исключается возможность применения тепловых насосов, передачи части нагрузки на ПГУ и ГТУ, но при существующей конъюнктуре цен на топливо и энергоносители это не всегда рентабельно.

Теплоснабжение жилых зданий и микрорайонов в нашей стране, как правило, осуществляется через групповые тепловые пункты (ЦТП), после которых отдельные здания снабжаются по самостоятельным трубопроводам горячей водой на отопление и на бытовые нужды водопроводной водой, нагретой в теплообменниках, установленных в ЦТП. Порой из ЦТП выходит до 8 теплопроводов (при 2-зонной системе горячего водоснабжения и наличии значительной вентиляционной нагрузки), причем хотя и применяются оцинкованные трубопроводы горячего водоснабжения, но из-за отсутствия химводоподготовки они подвергаются интенсивной коррозии и после 3-5 лет эксплуатации на них появляются свищи.

В настоящее время в связи с приватизацией жилища и предприятий сферы обслуживания, а также с ростом стоимости энергоносителей, актуальным является переход от групповых тепловых пунктов к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это позволяет применить более эффективную систему пофасадного авторегулирования отопления для протяженных зданий или центральную с коррекцией по температуре внутреннего воздуха в точечных зданиях, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, снизив потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Причем это целесообразно делать не только в новом строительстве, но и при реконструкции существующих зданий. Такой опыт есть в Восточных землях Германии, где так же, как и у нас сооружались ЦТП, но сейчас их оставляют только как насосные водопроводные подкачивающие станции (при необходимости), а теплообменное оборудование вместе с циркуляционными насосами, узлами регулирования и учета переносят в ИТП зданий. Внутриквартальные сети не прокладывают, трубопроводы горячего водоснабжения оставляют в земле, а трубопроводы отопления, как более долговечные, используют для подачи перегретой воды в здания.

Для повышения управляемости тепловыми сетями, к которым будет подключено большое количество ИТП, и для обеспечения возможности резервирования в автоматическом режиме следует вернуться к устройству контрольно-распределительных пунктов (КРП) в местах подключения распределительных сетей к магистральным. Каждый КРП подключается к магистрали с обеих сторон секционных задвижек и обслуживает потребителей с тепловой нагрузкой 50-100 МВт. В КРП устанавливаются переключающие электрозадвижки на вводе, регуляторы давления, циркуляционно-подмешивающие насосы, регулятор температуры, предохранительный клапан, приборы учета расходов тепла и теплоносителя, приборы контроля и телемеханики.

Схема автоматизации КРП обеспечивает поддержание давления на постоянном минимальном уровне в обратной линии; поддержание постоянного заданного перепада давлений в распределительной сети; снижение и поддержание по заданному графику температуры воды в подающем трубопроводе распределительной сети. Вследствие этого в режиме резервирования возможна подача по магистралям от ТЭЦ уменьшенного количества циркуляционной воды с повышенной температурой без нарушения температурного и гидравлического режимов в распределительных сетях.

КРП должны располагаться в наземных павильонах, они могут блокироваться с водопроводными подкачивающими станциями (это позволит в большинстве случаев отказаться от установки высоконапорных, а потому более шумных насосов в зданиях), и могут служить границей балансовой принадлежности теплоотпускающей организации и теплораспределяющей (следующей границей между теплораспределяющей и теплоиспользующей организациями будет стена здания). Причем находиться КРП должны в ведении теплотпускающей организации, поскольку они служат для управления и резервирования магистральных сетей и обеспечивают возможность работы нескольких источников тепла на эти сети, с учетом поддержания заданных теплораспределяющей организацией параметров теплоносителя на выходе из КРП.

Правильное использование теплоносителя со стороны теплопотребителя обеспечивается применением эффективных систем автоматизации управления. Сейчас имеется большое количество компьютерных систем, которые могут выполнить любые по сложности задачи управления, но определяющими остаются технологические задания и схемные решения подключения систем теплопотребления.

В последнее время стали строить системы водяного отопления с термостатами, которые осуществляют индивидуальное автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов по температуре воздуха в помещении, где установлен прибор. Такие системы широко применяются за рубежом с дополнением обязательного измерения количества тепла, используемого прибором, в долях от общего теплопотребления системой отопления здания.

В нашей стране в массовом строительстве такие системы стали применять при элеваторном присоединении к тепловым сетям. Но элеватор устроен таким образом, что при неизменном диаметре сопла и одном и том же располагаемом напоре он пропускает постоянный расход теплоносителя через сопло, независимо от изменения расхода воды, циркулирующей в системе отопления. В результате в 2-трубных системах отопления, в которых термостаты, закрываясь, приводят к сокращению расхода теплоносителя, циркулирующего в системе, при элеваторном присоединении будет расти температура воды в подающем трубопроводе, а затем и в обратном, что приведет к увеличению теплоотдачи нерегулируемой части системы (стояков) и к недоиспользованию теплоносителя.

В однотрубной системе отопления с постоянно действующими замыкающими участками при закрывании термостатов горячая вода без остывания сбрасывается в стояк, что также приводит к росту температуры воды в обратном трубопроводе и за счет постоянства коэффициента смешения в элеваторе - к подъему температуры воды в подающем трубопроводе, а поэтому к тем же последствиям, как и в 2-трубной системе. Поэтому в таких системах обязательно осуществление автоматического регулирования температуры воды в подающем трубопроводе по графику в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Такое регулирование возможно за счет изменения схемного решения подключения системы отопления к тепловой сети: заменой обычного элеватора на регулируемый, путем применения насосного смешения с регулирующим клапаном или путем присоединения через теплообменник с насосной циркуляцией и регулирующим клапаном на сетевой воде перед теплообменником. [

3 ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

3.1 Перспективы развития децентрализованного теплоснабжения

Ранее принятые решения о закрытии малых котельных (под предлогом их низкой эффективности, технической и экологической опасности) сегодня обернулись сверх централизацией теплоснабжения, когда горячая вода проходит от ТЭЦ до потребителя путь в 25-30 км, когда отключение источника тепла из-за неплатежей или аварийной ситуации приводит к замерзанию городов с миллионным населением.

Большинство индустриально развитых стран шло другим путем: совершенствовали теплогенерирующее оборудование повышая уровень его безопасности и автоматизации, КПД газогорелочных устройств, санитарно гигиенические, экологические, эргономические и эстетические показатели; создали всеобъемлющую систему учёта энергоресурсов всеми потребителями; приводили нормативно-техническую базу в соответствие с требованиями целесообразности и удобства потребителя; оптимизировали уровень централизации теплоснабжения; перешли к широкому внедрению альтернативных источников тепловой энергии. Результатом такой работы стало реальное энергосбережение во всех сферах экономике, включая ЖКХ.

Постепенное увеличение доли децентрализованного теплоснабжения, максимальная приближения источника тепла к потребителю, учёт потребителем всех видов энергоресурсов позволят не только создать потребителю более комфортные условия, но и обеспечить реальную экономию газового топлива.

Современная система децентрализованного теплоснабжения представляет сложный комплекс функционально взаимосвязанного оборудования, включающего автономную теплогенерирующую установку и инженерные системы здания (горячее водоснабжение, системы отопления и вентиляции). Основными элементами системы поквартирного отопления, представляющего собой вид децентрализованного теплоснабжения, при котором каждая квартира в многоквартирном доме оборудуется автономной системой обеспечения теплотой и горячей водой, являются отопительный котел, отопительные приборы, системы подачи воздуха и отвода продуктов сгорания. Разводка выполняется с применением стальной трубы или современных теплопроводных систем - пластиковых или металлопластиковых.

Традиционное для нашей страны система централизованного снабжения теплом через ТЭЦ и магистральные теплопроводы, известна и обладает рядом достоинств. Но в условиях перехода к новым хозяйственным механизмам, известной экономической нестабильности и слабости межрегиональных, межведомственных связей, многие из достоинств системы централизованного теплоснабжения оборачиваются недостатками.

Главным из которых является протяженность теплотрасс. Cредний процент изношенности которых оценивается в 60-70% . Удельная повреждаемость теплопроводов в настоящее время выросла до 200 зарегистрированных повреждений в год на 100 км тепловых сетей. По экстренной оценке не менее 15% тепловых сетей требуют безотлагательной замены. В дополнению к этому, за последние 10 лет в результате недофинансирования практически не обновлялся основной фонд отрасли. Вследствие этого, потери теплоэнергии при производстве, транспортировке и потреблении достигли 70%, что привело к низкому качеству теплоснабжения при высоких затратах.

Организационная структура взаимодействия потребителей и теплоснабжающих предприятий не стимулирует последних к экономии энергетических ресурсов. Система тарифов и дотаций не отражает реальных затрат на теплоснабжение.

В целом, критическое положение, в котором оказалась отрасль, предполагает в ближайшем будущем возникновение крупномасштабной кризисной ситуации в сфере теплоснабжения для разрешения которой потребуются колоссальные финансовые вложения.

Насущный вопрос – разумная децентрализация теплоснабжения, поквартирное теплоснабжение. Децентрализация теплоснабжения (ДТ) – наиболее радикальный, эффективный и дешёвый способ устранения многих недостатков. Обоснованное применения ДТ в сочетании с энергосберегающими мероприятиями при строительстве и реконструкции зданий даст большую экономию энергоресурсов в Украине. В сложившихся сложных условиях единственным выходом является создание и развитие системы ДТ за счёт применения автономных тепло источников.

По квартирное теплоснабжение – это автономное обеспечение теплом и горячей водой индивидуального дома или отдельной квартиры в многоэтажном здании. Основными элементами таких автономных систем является: теплогенераторы – отопительные приборы, трубопроводы отопления и горячего водоснабжения, системы подачи топлива, воздуха и дымоудаления.

Объективными предпосылками внедрения автономных (децентрализованных) систем теплоснабжения является:

отсутствие в ряде случаев свободных мощностей на централизованных источниках;

уплотнение застройки городских районов объектами жилья;

кроме того, значительная часть застройки приходится на местности с неразвитой инженерной инфраструктурой;

более низкие капиталовложения и возможность поэтапного покрытия тепловых нагрузок;

возможность поддержания комфортных условий в квартире по своему собственному желанию, что в свою очередь является более привлекательным по сравнению с квартирами при централизованном теплоснабжении, температура в которых зависит от директивного решения о начале и окончании отопительного периода;

появление на рынке большого количества различных модификаций отечественных и импортных (зарубежных) теплогенераторов малой мощности.

Сегодня разработаны и серийно выпускаются модульные котельные установки, предназначенные для организации автономного ДТ. Блочно-модульный принцип построения обеспечивает возможность простого построения котельной необходимой мощности. Отсутствие необходимости прокладки теплотрасс и строительства здания котельной снижают стоимость коммуникаций и позволяют существенно повысить темпы нового строительства. Кроме того, это дает возможность использовать такие котельные для оперативного обеспечения теплоснабжения в условиях аварийных и чрезвычайных ситуаций в период отопительного сезона.

Блочные котельные представляют собой полностью функционально законченное изделие, оснащены всеми необходимыми приборами автоматики и безопасности. Уровень автоматизации обеспечивает бесперебойную работу всего оборудования без постоянного присутствия оператора.

Автоматика отслеживает потребность объекта в тепле в зависимости от погодных условий и самостоятельно регулирует работу всех систем для обеспечения заданных режимов. Этим достигается более качественное соблюдение теплового графика и дополнительная экономия топлива. В случае возникновения нештатных ситуаций, утечек газа, система безопасности автоматически прекращает подачу газа и предотвращает возможность аварий.

Многие предприятия, сориентировавшиеся к сегодняшним условиям и просчитав экономическую выгоду, уходят от централизованного теплоснабжения, от отдалённых и энергоёмких котельных.

Достоинствами децентрализованного теплоснабжения являются:

отсутствие необходимости отводов земли под тепловые сети и котельные;

снижение потерь теплоты из-за отсутствия внешних тепловых сетей, снижение потерь сетевой воды, уменьшение затрат на водоподготовку;

значительное снижение затрат на ремонт и обслуживание оборудование;

полная автоматизация режимов потребления.

Если брать во внимание недостаток автономного отопления от небольших котельных и относительно невысоких дымоотводящих труб и в связи с этим нарушение экологии, то значительное уменьшение потребления газа, связанное с демонтажем старой котельной, снижает и выбросы в 7 раз!

При всех достоинствах, у децентрализованного теплоснабжения имеются и негативные стороны. У мелких котельных, в том числе и "крышных", высота дымовых труб, как правило, значительно ниже, чем у крупных, из-за резко ухудшаются условия рассеивания. Кроме того, небольшие котельные располагаются, как правило, вблизи жилой зоны.

Внедрение программ децентрализации источников тепла позволяет в два раза сократить потребность в природном газе и в несколько раз снизить затраты на теплоснабжение конечных потребителей. Принципы энергосбережения, заложенные в действующей системе теплоснабжения украинских городов, стимулируют появление новых технологий и подходов, способных решить эту проблему в полной мере, а экономическая эффективность ДТ делает эту сферу весьма привлекательной в инвестиции.

Применение поквартирной системы теплоснабжения многоэтажных жилых домов позволяет полностью исключить потери тепла в тепловых сетях и при распределении между потребителями, и значительно снизить потери на источнике. Позволит организовать индивидуальный учет и регулирование потребления теплоты в зависимости от экономических возможностей и физиологических потребностей. Поквартирное теплоснабжение приведет к снижению единовременных капитальных вложений и эксплуатационных затрат, а также позволяет экономить энергетические и сырьевые ресурсы на выработку тепловой энергии и как следствие этого, приводит к уменьшению нагрузки на экологическую обстановку.

Поквартирная система теплоснабжения является экономически, энергетически, экологически эффективным решением вопроса теплоснабжения для многоэтажных домов. И все-таки, необходимо проводить всесторонний анализ эффективности применения той или иной системы теплоснабжения, принимая во внимание множество факторов.

Таким образом, анализ составляющих потерь при автономном теплоснабжении позволяет:

1) для существующего жилого фонда повысить коэффициент энергетической эффективности теплоснабжения до 0, 67 против 0, 3 при централизованном теплоснабжении;

2) для нового строительства только за счет увеличения термического сопротивления ограждающих конструкций повысить коэффициент энергетической эффективности теплоснабжения до 0, 77 против 0, 45 при централизованном теплоснабжении;

3) при использовании всего комплекса энергосберегающих технологий повысить коэффициент до 0, 85 против 0, 66 при централизованном теплоснабжении.

3.2 Энергоэффективные решения для ДТ

При автономном теплоснабжении можно использовать новые технические и технологические решения, позволяющие полностью устранить или значительно сократить все непроизводительные потери в цепи выработки, транспортировки, распределения и потребления тепла, и не просто путем строительства мини-котельной, а возможностью использования новых энергосберегающих и эффективных технологий, таких как:

1) переход на принципиально новую систему количественного регулирования выработки и отпуска тепла на источнике;

2)эффективное использование частотно-регулируемого электропривода на всех насосных агрегатах;

3) сокращение протяженности циркуляционных тепловых сетей и уменьшение их диаметра;

4) отказ от строительства центральных тепловых пунктов;

5) переход на принципиально новую схему индивидуальных тепловых пунктов с количественно-качественным регулированием в зависимости от текущей температуры наружного воздуха с помощью многоскоростных смесительных насосов и трехходовых кранов регуляторов;

6) установка "плавающего" гидравлического режима тепловой сети и полный отказ от гидравлической увязки подсоединенных к сети потребителей;

7) установка регулирующих термостатов на отопительных приборах квартир;

8) поквартирная разводка систем отопления с установкой индивидуальных счетчиков потребления тепла;

9) автоматическое поддержание постоянного давления на водоразборных устройствах горячего водоснабжения у потребителей.

Реализация указанных технологий позволяет в первую очередь минимизировать все потери и создает условия совпадения по времени режимов количества выработанного и потребленного тепла.

3.3 Выгоды децентрализованного теплоснабжения

Если проследить всю цепь: источник-транспорт-распределение-потребитель, то можно отметить следующее:

1 Источник тепла - значительно сокращается отвод земельного участка, удешевляется строительная часть (под оборудование не требуется фундаментов). Установленную мощность источника можно выбрать почти равной потребляемой, при этом предоставляется возможность не учитывать нагрузку горячего водоснабжения, так как в часы максимум она компенсируется аккумулирующей способностью здания потребителя. Сегодня это резерв. Упрощается и удешевляется схема регулирования. Исключаются потери тепла за счет несовпадения режимов выработки и потребления, соответствие которых устанавливается автоматически. Практически, остаются только потери, связанные с КПД котлоагрегата. Таким образом, на источнике имеется возможность сократить потери более чем в 3 раза.

2 Тепловые сети - сокращается протяженность, уменьшаются диаметры, сеть становится более ремонтопригодной. Постоянный температурный режим повышает коррозионную устойчивость материала труб. Уменьшается количество циркуляционной воды, ее потери с утечками. Отпадает необходимость сооружения сложной схемы водоподготовки. Отпадает необходимость поддержания гарантированного перепада давления перед вводом потребителя, и в связи с этим не нужно принимать меры по гидравлической увязке тепловой сети, так как эти параметры устанавливаются автоматически. Специалисты представляют, какая это сложная проблема - ежегодно производить гидравлический расчет и выполнять работы по гидравлической увязке разветвленной тепловой сети. Таким образом, потери в тепловых сетях снижаются почти на порядок, а в случае устройства крышной котельной для одного потребителя этих потерь вообще нет.

3 Распределительные системы ЦТП и ИТП. Необ

Описание:

Энергетика играет важную роль в жизни большого города, особенно такого как Москва. Занимающая территорию около 1000 км2 и насчитывающая более 10 млн жителей, Москва расположена в холодной климатической зоне. Продолжительность отопительного сезона составляет примерно 220 дней, и даже краткосрочное отключение энергоснабжения может привести к кризисной ситуации.

Современное состояние системы теплоснабжения в Москве и в России

Энергетика играет важную роль в жизни большого города, особенно такого как Москва. Занимающая территорию около 1000 км 2 и насчитывающая более 10 млн жителей, Москва расположена в холодной климатической зоне. Продолжительность отопительного сезона составляет примерно 220 дней, и даже краткосрочное отключение энергоснабжения может привести к кризисной ситуации. О современном состоянии системы теплоснабжения в Москве мы попросили рассказать М. А. Лапира – руководителя Департамента топливно-энергетического хозяйства г. Москвы.

Уважаемый Михаил Альбертович, в течение длительного времени вы работаете в топливно-энергетическом хозяйстве Москвы. Скажите, пожалуйста, как за это время изменилась система теплоснабжения в Москве и каково сегодня положение в целом по стране?

В 30-х годах в Москве было очень мало домов, оборудованных отоплением. Да и тепло в то время в Москве давали местные угольные котельные, часто подвальные, которых насчитывалось в городе около шести тысяч.

В 1950–1955 годах их начали активно ликвидировать, т. е. переводить дома на централизованное теплоснабжение. С тех пор было убрано большинство местных котельных, и сегодня централизованным теплоснабжением в Москве пользуется более 96 % потребителей.

Конечно и в наше время остались котельные, но они находятся в таких местах, куда не дошли тепловые сети либо неэффективно их проводить. Вместе с тем строятся и современные отдельные отопительные системы. Так, в микрорайоне Куркино дома обслуживаются собственными котельными. Это связано с тем, что проводить сети в данное место сложно и невыгодно. К тому же они нарушат уникальную природу.

В целом в России теплоснабжение обеспечивают около 500 ТЭЦ, 6,5 тыс. котельных мощностью более 20 Гкал/ч, более 180 тыс. мелких котельных и около 600 тыс. автономных индивидуальных теплогенераторов. Суммарная реализация тепла в стране составляет около 2 100 млн Гкал/год, в том числе жилищный сектор и бюджетная сфера потребляют около 1 100 млн Гкал, промышленность и прочие потребители – почти 1 000 млн Гкал. На теплоснабжение расходуется более 400 млн т. у. т./год.

В стране развита теплофикация: на ТЭЦ в наиболее экономичном теплофикационном режиме вырабатывается 71 % от общей выработки тепла. Только использование преимуществ комбинированной выработки тепловой и электрической энергии позволяет иметь относительно благоприятную среднюю цифру удельных расходов топлива на реализацию тепловой энергии – около 0,2 т. у. т./Гкал.

Расскажите, пожалуйста, что сегодня представляет собой топливно-энергетическое хозяйство Москвы?

Наша столица является крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в России. Годовой объем расхода электроэнергии и тепла составляет соответственно около 30 млрд кВт ч и 85 млн Гкал. Электротеплоснабжение города обеспечивают 14 ТЭЦ ОАО «Мосэнерго», 67 тепловых станций, 107 мелких отопительных котельных ГУП «Мостеплоэнерго» и другие источники. Все ТЭЦ вырабатывают тепло в комбинированном цикле, а это около 75 % всего вырабатываемого тепла.

В структуре теплового баланса города ТЭЦ, районные и квартальные тепловые станции обеспечивают около 96 % тепловой потребности, децентрализованные источники тепла – около 4 %.

Основным видом топлива, сжигаемым на энергетических объектах, является газ. Его доля в общем балансе топлива составляет около 97 %.

К сожалению, руководство города в соответствии с возложенными на него функциональными обязанностями не может активно влиять на снижение роста цен на газ, хотя неоднократно заявляло о недопустимости повышения цены на газ. Повышение цены неизбежно ведет и к повышению тарифов за услуги теплоснабжения, горячего водоснабжения, электроэнергии. По принятым законам тарифы должны регулироваться 1 раз в год, и в Москве мы будем выполнять принятые законы. В 2003 году Региональной энергетической комиссии Москвы удалось отстоять повышение тарифа на электрическую энергию на 14 %, что соответствует нормативной величине по Российской Федерации.

Какие, на ваш взгляд, основные проблемы стоят сегодня перед теплоснабжением и каковы перспективы его развития?

Перед энергетиками Москвы стоит сложная задача – обеспечить надежную работу энергетического хозяйства и повысить эффективность использования энергии для удовлетворения постоянно растущего спроса на энергоресурсы с одновременным улучшением экологической ситуации и экономией бюджетных средств.

Надежность и качество энергообеспечения потребителей Москвы напрямую зависит от своевременного и полного выполнения работ по реконструкции и техническому перевооружению объектов энергетического хозяйства города.

На сегодняшний день определены ориентировочные приросты тепловой и электрической нагрузки по Москве на перспективу. Наш завтрашний день во многом зависит от строительства в Москве, объемы которого не уменьшаются. Помимо жилья, появляется много объектов социальной направленности: культурных, спортивных, торговых центров. Все они требуют энергии, тепла. Предполагается, что потребление увеличится на 15 % до 2010 года.

Даже небольшое перечисление объектов энергетики, которые должны быть введены в ближайшие годы, дает представление о масштабах задач, которые должны быть решены энергетиками Москвы. Для инженерного обеспечения города необходимо в ближайшие годы построить пять новых тепловых станций, провести реконструкцию на 16 существующих, ввести в эксплуатацию шесть тепловых насосных перекачивающих станций, построить 24 км основных тепломагистралей от ТЭЦ-27 и ТЭЦ-21.

Учитывая возрастающие объемы строительства жилья коттедж-ного типа (малоэтажная застройка) в удаленных от центра новых жилых районах Москвы, таких как Куркино и др., неизбежно возникают решения по энергоснабжению этих районов за счет децентрализованных автономных источников.

Отмечу, что основной задачей всегда остается предотвращение и уменьшение аварийности в системе теплоснабжения.

В зимний период 2002–2003 годов в Москве было 2 033 аварийных отключений, причем максимальное по продолжительности отключение, которое имело место в двух районах, продолжалось одни сутки, а в остальных случаях не более 6–7 часов. Для сравнения в отопительном сезоне 2001–2002 годов было 2 312 аварийных отключений.

Для предотвращения и сокращения аварийных ситуаций на тепловых сетях основное внимание уделяется работам по следующим направлениям:

Применение при реконструкции тепловых сетей методом бесканальной прокладки трубопроводов в пенополиуретановой изоляции производства ЗАО «Мосфлоулайн», хорошо зарекомендовавших себя по качеству и надежности.

Наряду с внедрением металлических труб с эффективной пенополиуретановой изоляцией в системах горячего и холодного водоснабжения и газа применяются гибкие пластиковые трубы, позволяющие увеличить срок службы до 50 лет, сократить время монтажа (в 2–3 раза) и снизить теплопотери при эксплуатации. Начиная с 2002 года при замене труб для горячего водоснабжения используются трубы производства московского завода «АНД Газтрубпласт».

Какое значение придается энергосбережению в современных системах теплоснабжения? Какие энергосберегающие мероприятия являются приоритетными для Москвы?

В процессе реформирования ЖКХ все более важную роль играет внедрение новых энергосберегающих мероприятий в масштабах города. Основными из них являются:

ГТУ надстройки

на тепловых станциях ГУП «Мостеплоэнерго» для выработки электроэнергии;

Внедрение энергоблоков для энергообеспечения группы зданий;

Использование давления поступающего в Москву газа для выработки электроэнергии без сжигания топлива на газораспределительных станциях ГУП «Мосгаз»;

Внедрение теплонасосных установок, использующих тепло грунта и сточных вод для отопления зданий.

Энергосбережение сегодня особенно актуально, т. к. именно при внедрении энергоэффективных мероприятий у потребителя достигается максимальная экономия энергоресурсов.

Государственная энергосберегающая политика проводится в Москве через реализацию программ энергосбережения. Департамент топливно-энергетического хозяйства координирует все работы по проведению энергосберегающих мероприятий в городском хозяйстве.

Работа в Москве в области энергосбережения принимает все более системный характер. В нее вовлечены практически все отрасли народного хозяйства Москвы: наука, промышленность, энергетика, жилищная и социальная сферы.

Правительство РФ, Государственная Дума и, в частности, Комиссия Государственной Думы по энергосбережению настойчиво рекомендуют усилить роль государства в деле энергосбережения. Департамент топливно-энергетического хозяйства в течение двух лет работал над проектом городской программы по энергосбережению. С 2001 года работы по энергосбережению проводятся в соответствии с принятой Правительством Москвы Городской программой по энергосбережению на 2001–2003 годы в г. Москве.

Выполнение всего комплекса мероприятий программы только в 2002 году дало экономичес-кий эффект в 288 тыс. т. у. т. и составило 103 % от планируемой.

Каковы перспективы использования в Москве подомового и поквартирного учета тепла? Что сдерживает его массовое внедрение?

Важную роль в процессе реформирования ЖКХ должен сыграть не расчетный, а приборный учет потребляемых ресурсов.

В новом строительстве все жилые здания оснащаются подомовыми узлами учета тепла и воды.

Более сложной оказалась проблема с установкой приборов учета тепла в районах существующей жилой застройки. Расчет по приборам для всех жителей дома можно вести только тогда, когда приборы установлены в каждой квартире. А это не всегда возможно по техническим и экономическим причинам.

При маленьких расходах и разностях температур, характерных для одной квартиры, все более или менее доступные модели квартирных счетчиков дают большие погрешности. И несмотря на прямой способ измерения, мы не получим точный результат для каждой квартиры. Кроме того, квартирные счетчики не учитывают то тепло, которое расходуется в жилом доме вне квартир. Получаются большие расхождения между суммарной оплатой всех жильцов по показаниям квартирных счетчиков и счетами, предъявляемыми к оплате поставщиком тепла.

Чтобы избежать этих расхождений, на Западе в домах с квартирными счетчиками уже десятки лет применяется другая схема оплаты. Расчет с поставщиком тепла производится по общедомовому счетчику, а оплаты для жильцов рассчитываются путем распределения общей суммы пропорционально показаниям квартирных счетчиков с учетом общих затрат дома. Кроме того, есть целый ряд других проблем, связанных с внедрением квартирных счетчиков.

Несмотря на указанные трудности, город будет активно реализовывать программу по внедрению приборного учета в 2004–2005 годах, как это предусмотрено постановлением Правительства Москвы.

Как решаются в Москве экологические проблемы на источниках, вырабатывающих тепловую энергию?

Приоритетным направлением, которое координирует и контролирует Департамент топливно-энергетического хозяйства, является проведение природоохранных мероприятий на энергетических объектах города, которые выбрасывают около 6 % суммарного объема вредных веществ в атмосферу города. Большинство проводимых природоохранных мероприятий являются одновременно и энергосберегающими.

Природоохранные мероприятия на энергетических объектах проводились в соответствии с двумя принятыми Правительством Москвы экологическими программами (отраслевой и городской) и первоочередными природоохранными мероприятиями на период до 2003 года по реализации генерального плана развития города Москвы и концепции обеспечения экологической безопасности Москвы.

По сравнению с 1999 годом выбросы энергетических предприятий в 2000–2002 годах были снижены более чем на 20 тыс. т. Всего же за период осуществления мероприятий, включенных в указанные экологические программы, выбросы загрязняющих веществ на энергетических предприятиях по сравнению с 1992 годом снижены более чем в 3 раза.

Не следует забывать, что какие бы реформы в энергетике не проводились, главная задача остается неизменной – энергообеспечение Москвы должно оставаться надежным.

Байбаков С. А., инженер ОАО «ВТИ»

1. Существующее положение и проблемы.

В связи с особенностями климатических условий бесперебойное обеспечение населения и промышленности тепловой энергией в России является актуальной социальной и экономической проблемой. По данным различных источников для целей теплоснабжения в 2000 г. было произведено примерно 2020 млн.Гкал. На это было затрачено свыше 45% от общего потребления всех видов топлива, что примерно в 2 раза больше, чем расход топлива на нужды электроэнергетики и соответствует топливоемкости всех остальных отраслей экономики.

В настоящее время отпуск тепла потребителям крупных населенных пунктов в основном производится и будет производится в дальнейшем от достаточно мощных систем централизованного теплоснабжения (СЦТ), имеющих в качестве источников тепла крупные ТЭЦ или районные котельные.

Значительная часть потребностей в тепловой энергии в нашей стране, и особенно в городах, имеющих высокую концентрацию тепловых нагрузок, традиционно обеспечивается за счет крупных СЦТ на основе паротурбинных ТЭЦ с теплофикационными турбинами различной мощности, т.е. имеет место широкое использование теплофикации, использование которой объективно позволяет получить существенную экономию органического топлива. Так комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в России по различным источникам позволяет экономить от 20 до 30% топлива по сравнению с раздельной выработкой.

В современных условиях развитие теплофикации и систем теплоснабжения на ее основе стало испытывать конкуренцию со стороны децентрализованных схем и раздельной выработки тепловой и электрической энергии, обусловленную следующими обстоятельствами.

КПД электростанций с конденсационными турбинами значительно увеличился и достигает 40 - 43%. Вместе с тем удалось повысить КПД отопительных котельных, величина которого превышает КПД энергетических котлов ТЭЦ, а КПД использования топлива малых котельных практически может достигать 100%. Все это приводит к снижению относительной экономии топлива при теплофикации. Кроме того, развитие теплофикации требует значительных начальных затрат, а срок окупаемости при создании крупных ТЭЦ составляет около десяти лет. В современных экономических условиях это положение с учетом фактора мобильности объективно приводит к переходу на теплоснабжение от быстроокупаемых, автоматизированных и высокоэкономичных котельные различной мощности, включая крышные и домовые котельные установки заводской готовности, не смотря даже на то, что удельные капитальные затраты для таких котельных значительно выше аналогичного показателя для ТЭЦ.

Одной из основных проблем при традиционной схеме СЦТ является фактор надежности теплоснабжения. Как уже отмечалось, принятое расположение базовых и пиковых источников тепла, разработка режимов отпуска тепла и величины параметров сетевой воды определялись без учета этого фактора. В результате сложилась следующая ситуация.

Концентрация тепловой мощности и радиально-тупиковая структура тепловых сетей имеет весьма ограниченные возможности по резервированию тепловой мощности источников тепла. Аварийные переброски тепла могут производится в основном по концевым участкам тепловых сетей, имеющих малую пропускную способность. В соответствии с этим аварийные ситуации на источнике тепла или на головных участках магистралей тепловых сетей могут привести к значительному и длительному снижению подачи тепла потребителям.

Для повышения надежности теплоснабжения на источнике тепла предусматриваются возможность использования резервного теплогенерирующего оборудования (паровых теплообменников) с подачей пара из станционных паровых коллекторов или из отборов с более высокими параметрами пара и секционирование коллекторов теплофикационных установок ТЭЦ.

В тепловых сетях повышение надежности теплоснабжения обеспечивается различными способами резервирования и дублирования трубопроводов, что приводит к удорожанию тепловых сетей и усложнению их схем. При протяженных магистральных тепловых сетях повышение надежности обеспечивается секционированием магистральных трубопроводов, прокладкой нескольких ниток трубопроводов с меньшим диаметром и организацией перемычек между ними. Кроме того, предусматривается подключение потребителей к трубопроводам перемычек между соседними магистралями, обеспечивая тем самым возможность двусторонней подачи тепла.

Другим фактором, отрицательно сказывающимся на надежность тепловых сетей является использование достаточно высокого температурного графика 150/70 о С. При этом графике на 1 о С изменения температуры наружного воздуха приходится примерно 3.0 о С изменения температуры сетевой воды в подающей линии. Соответственно при возможных относительно быстрых внутрисуточных изменениях погодных условий, связанных с повышением или понижением температуры воздуха в отопительном периоде на 7-10 о С требуется изменение температуры в подающей линии на 21-30 о С. При этом изменения температуры воздуха и, соответственно, воды в трубопроводах как правило носят циклический характер.

В этих условиях опыт эксплуатации в качестве меры по повышению надежности предусматривает применение срезки температурного графика на максимальную температуру 120-130 о С, что приводит к недоотпуску тепла на отопление. При установке же на тепловых пунктах потребителей с независимой схемой присоединения отопления регуляторов нагрузки (температуры воды в контуре отопления) использование срезки температурного графика может привести к значительному увеличению расходов воды в тепловой сети и существенному изменению (усложнению) гидравлического режима тепловых сетей.

Снижение привлекательности получения тепла от систем теплоснабжения с использованием теплофикации приводит к отключению потребителей и их переходу на другие источники тепловой энергии. При этом объемы производства падают и тарифы на тепловую энергию для остальных потребителей возрастают.

В целях повышения привлекательности теплоснабжения на базе теплофикации необходимо предпринять организационные и технические меры по повышению надежности и экономичности производства и транспорта тепла, позволяющие продуманно и комплексно решать имеющиеся проблемы с учетом ожидаемого роста тепловых нагрузок существующих систем и изношенности основного оборудования, и в особенности установленных на ТЭЦ пиковых котлов.

Вместе с тем, как следует из опубликованных материалов по зарубежному опыту организации теплоснабжения, в настоящее время в Европейских странах (Дания, Германия) получило широкое распространение создание крупных систем централизованного теплоснабжения на базе параллельного подключения к общей тепловой сети нескольких источников различной мощности с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии (МиниТЭЦ, ПГУ ТЭЦ, ГТУ ТЭЦ).

Такой подход обусловлен значительной экономией топлива, получаемой при использовании теплофикации и возможностью наиболее эффективно решать экологические проблемы при сжигании органического топлива. При этом регулирование отпуска тепла в рассматриваемых системах производится в соответствии с графиком количественно-качественного регулирования при максимальной расчетной температуре в подающей линии на уровне 110 - 130 о С. Нормальная работа систем теплоснабжения в этих условиях возможна только при условии полной автоматизации потребителей тепловой энергии.

2. Анализ имеющихся предложений по структуре и схемам СЦТ.

Современные СЦТ представляют собой сложный инженерный комплекс из источников тепловой энергии (основных и пиковых) и потребителей тепла, связанных между собой тепловыми сетями различного назначения и балансовой принадлежности, имеющими характерные тепловые и гидравлические режимы с заданными параметрами теплоносителя. Величина параметров и характер их изменения определяются техническими возможностями основных структурных элементов систем теплоснабжения (источников, тепловых сетей и потребителей), экономической целесообразностью и, в немалой степени, наработанным опытом создания и эксплуатации таких систем.

В последнее время повышению эффективности комбинированной выработки тепловой энергии и систем теплоснабжения на ее основе уделяется пристальное внимание. Многими авторами и организациями разработаны различные предложения по возможным направлениям изменения структурных схем таких систем. При этом речь идет не о применении нового оборудования, каким является например использование для теплофикации парогазовых циклов, что само по себе позволяет повысить экономичность теплоснабжения, а именно о разработке нетрадиционных схем систем теплоснабжения в целом, в которых преимущества комбинированного производства тепловой энергии используются в наибольшей степени.

Одним из таких предложений является хорошо известное из технической литературы /1/ предложение д.т.н. Андрющенко А. И., суть которого заключается в переходе на централизованную подачу от ТЭЦ тепла только на горячее водоснабжение с его отпуском в районы теплопотребления по однотрубной схеме. При этом нагрузка отопления обеспечивается расположенными непосредственно в районах теплопотребления пиковыми источниками с различным составом теплогенерирующего оборудования и соответствующими тепловыми сетями. Подача воды и тепла от ТЭЦ в двухтрубные районные тепловые сети производится в виде их подпитки для компенсации непосредственного водоразбора на горячее водоснабжение в районных сетях, осуществляемого по открытой схеме.

Использование такой схемы СЦТ позволяет повысить эффективность комбинированной выработки за счет снижения температуры отвода тепла от теплофикационных отборов турбин при стабильной их годовой загрузке по отпуску тепла.

Однако системы теплоснабжения с подобной структурой очевидно могут применяться при полностью новом строительстве, а также при реорганизации схемы теплоснабжения предусматривающей использование или загородной КЭС или новой ТЭЦ с подачей тепла в существующие районные тепловые сети, у которых в качестве источников тепла используются городские квартальные котельные. Т.е. использование рассматриваемого предложения требует специальной организации системы, характеризующейся концентрацией значительной нагрузкой горячего водоснабжения и строительства тепловых сетей для ее передачи в районы теплопотребления.

Предлагаемая схема не может быть использована для сложившихся систем теплоснабжения городов на базе крупных ТЭЦ исходя из практической невозможности перноса нагрузки горячего водоснабжения на один из источников. Кроме того, при использовании открытых схем горячего водоснабжения следует учитывать необходимость создания соответствующей водоподготовки большой производительности и наличия исходной воды определенного качества.

Несколько вариантов изменения схем подключения пиковых источников в системах теплоснабжения и условиям работы тепловых сетей приведено авторами из Уляновского ГТУ в монографии /2/.

В основном можно рассматривать два предложения.

В первом из них предлагается подключать пиковые котельные на ТЭЦ параллельно сетевым подогревателям и перевести работу тепловых сетей на пониженный температурный график с использованием центрального количественного или качественно-количественного регулирования.

По этому поводу следует сказать, что при современных схемах автоматизации тепловых пунктов центральное изменение расхода воды на теплоисточнике невозможно, поскольку расход воды определяется регуляторами у потребителя тепла. Кроме того, вызывает сомнения возможность соблюдения ограничений по допустимым расходам воды через сетевые подогреватели турбин при значительных изменениях расходов в тепловых сетях, что может потребовать отключение турбин по отпуску тепла с их работой в чисто конденсационном режиме.

Кроме того, для существующих систем теплоснабжения непосредственный переход на пониженный температурный график также не возможен, поскольку при той же тепловой нагрузке значительно возросший расход сетевой воды не может быть пропущен по тепловым сетям с прежними диаметрами трубопроводов.

Во втором предложении рассматривается возможность перехода на полную децентрализацию установок пиковой мощности систем теплоснабжения с ее производством непосредственно у потребителей. Это предложение также вряд ли экономически обосновано по суммарным затратам в систему теплоснабжения, хотя и позволяет по словам авторов получить значительную экономию топлива.

Так в качестве пиковых источников предлагается использовать или электронагреватели или домовые газовые котельные. Все это вместе будет очевидно значительно дороже, чем реконструкция пиковой водогрейной котельной на ТЭЦ, поскольку потребует перекладки или электросетей или газопроводных труб. Кроме того, использование электроэнергии для целей отопления, как показывает предыдущий опыт, позволяет получить экономические преимущества лишь при наличии избытка дешевой электроэнергии, производимой например на ГЭС.

Режимы работы тепловых сетей при предлагаемых схемах авторами практически не рассматриваются.

Одним из последних по времени высказано предложение коллектива авторов из Белорусии (Шкода А. Н. и др.), заключающееся в переходе при теплоснабжении от ТЭЦ на трехтрубные схемы тепловых сетей с раздельной подачей тепла на отопление и горячее водоснабжение /3/. При этом на ТЭЦ нагрузка горячего водоснабжения обеспечивается в основном за счет использования теплофикационного пучка конденсатора и отбора нижней ступени, а подача тепла на отопление производится из верхних теплофикационных отборов.

Предложенный вариант схемы системы теплоснабжения имеет ряд преимуществ. Повышается КПД турбины за счет ликвидации чисто вентиляционного пропуска и выработка электроэнергии на тепловом потреблении при снижении параметров отвода тепла из цикла. При этом улучшаются режимы эксплуатации тепловых сетей отопления за счет стабилизации гидравлического режима и обеспечения возможности снижения температуры воды в подающей линии при положительных температурах воздуха в соответствии с отопительным графиком, связанной с отсутствием необходимости излома температурного графика. Использование аккумулирующих емкостей по горячему водоснабжению, устанавливаемых в районах теплопотребления, позволяет также иметь стабильный гидравлический и тепловой режим в трубопроводах системы горячего водоснабжения от ТЭЦ.

Для приведенной схемы СЦТ необходима установка на ТЭЦ оборудования по подготовке воды на горячее водоснабжение, и кроме того, применение такой схемы в действующих системах практически не возможно реализовать, поскольку почти для всех тепловых сетей от ТЭЦ требуется дополнительная прокладка трубопроводов сетей горячего водоснабжения. Предлагаемую схему можно рассматривать как вариант при создании новых централизованных систем теплоснабжения.

В приведенных работах подробно рассматривается в основном непосредственно источники тепла (теплофикационное оборудование турбин и пиковых котельных) и повышение экономичности при выработке тепла, но недостаточно внимания уделяется условиям и режимам работы присоединенных тепловых сетей и потребителей тепловой энергии, а также вопросам создания целостных систем на основе предлагаемых вариантов. В особенности это касается возможностей использования приведенных предложений для использования в уже сложившихся СЦТ с традиционной схемой.

Однако наличие указанных выше проблем при централизованном теплоснабжении и возможный рост тепловых нагрузок в городах потребует поставить вопрос о целесообразности их реконструкции и модернизации. При этом имеющиеся проблемы надо решать в комплексе, с учетом существующих условий и возможных режимов работы тепловых сетей и потребителей.

3. Предложения по изменению схем существующих СЦТ.

В качестве основных направлений для достижения поставленных выше целей следует в первую очередь рассматривать предложения позволяющие осуществить возможную децентрализацию источников тепла и снижение температурного графика тепловых сетей.

Для систем теплоснабжения с традиционной структурой снижение температурного графика тепловых сетей является дорогостоящей и трудновыполнимой задачей. Это определяется в основном возможностями регулирования подачи тепла на отопление в тепловых пунктах потребителей и принятыми при проектировании тепловых сетей диаметрами трубопроводов.

Ниже предлагается возможный вариант изменения структуры эксплуатирующихся в настоящее время СЦТ, осуществление которого позволит с наименьшими затратами обеспечить выполнение указанных условий.

Предлагается провести реконструкцию системы теплоснабжения, перенося пиковые источники тепла с ТЭЦ в районы теплопотребления. При этом требующие реконструкции пиковые котлы на ТЭЦ демонтируются, а новые пиковые источники тепла оборудуются на тепловых сетях всех крупных выводов ТЭЦ и подключаются к существующим магистралям в промежуточных точках. Принципиальная схема системы теплоснабжения при таком переносе пиковых источников приведена на рис. 1, на котором приведена также изначальная схема СЦТ (рис. 1 а) с традиционной структурой.

В качестве пиковых источников могут использоваться водогрейные котлы, а также различные другие типы теплогенерирующего оборудования, включая ПГУ или ГТУ ТЭЦ. Выбор типа пикового источника в общем случае определяется на основании результатов технико-экономических расчетов.

Перенос пиковых источников в районы теплопотребления разбивает тепловые сети с присоединенными потребителями на две зоны: зону между ТЭЦ и точкой подключения пикового источника (зона ТЭЦ); и зону после пикового источника (зону пиковой котельной). При этом в обеих зонах могут поддерживаться различные температурные (температурные графики) и соответствующие гидравлические режимы. Как это показано на рис.1, включение пиковых источников по сетевой воде может производится как последовательно с теплофикационным оборудованием ТЭЦ, так и параллельно оборудованию ТЭЦ. Каждая из схем подключения имеет свои преимущества или недостатки.

При последовательном подключении через пиковый источник будет проходить большой расход воды с относительно высокой температурой перед источником, что имеет значение при использовании водогрейных котлов. Такая схема предусматривает подачу тепла только в зону пикового источника при отсутствии возможности выдачи тепловой мощности в зону ТЭЦ.

При параллельном подключении через пиковый источник проходит сниженный расход с температурой обратной линии на входе, но при этом имеется возможность подачи воды и тепла в тепловые сети зоны ТЭЦ, обеспечивая тем самым возможность резервирования тепловой мощности ТЭЦ. На пиковом источнике при этом устанавливается насос смешения.

В реальных условиях может одновременно использоваться как параллельное, так и последовательное присоединение пиковых источников. Выбор конкретных схем определяется гидравлическими характеристиками существующих тепловых сетей и необходимыми условиями резервирования.

Предлагаемое изменение структуры системы теплоснабжения позволяет снизить тепловую мощность, отпускаемую непосредственно от ТЭЦ до уровня мощности теплофикационного оборудования турбин. При этом условии по существующим трубопроводам без изменения диаметра может быть пропущен прежний расход воды, что обуславливает возможность перехода в зоне ТЭЦ на пониженный температурный график.

Протяженность тепловых сетей после пикового источника сравнительно меньше общей протяженности сети изначальной системы, что позволяет допустить большие потери давления (напора) при условии обеспечения прежнего располагаемого напора у наиболее удаленных потребителей. В соответствии с этим в сетях после пикового источника также возможно перейти на пониженный график с увеличенными расходами сетевой воды.

Предлагаемая структурная схема СЦТ приводит к децентрализации источников тепла с возможностью их взаимного резервирования и одновременно позволяет перейти на пониженный температурный график в тепловых сетях, что должно обеспечить повышение надежности теплоснабжения. Переход на предлагаемую структурную схему СЦТ потребует только доведения до необходимого уровня автоматизацию тепловых пунктов потребителей.

Кроме указанных преимуществ, предлагаемая схема позволяет увеличивать присоединенную нагрузку и мощность системы теплоснабжения по отдельным направлениям тепловых сетей за счет наращивания мощности пиковых источников, не изменяя диаметры трубопроводов остальной сети и характеристики других источников тепла, входящих в СЦТ.

Следует отметить, что гидравлические и тепловые режимы тепловых сетей и источников тепла кроме прочих условий зависят также от места подключения пикового источника к тепловой сети, т.е. от удаления подключаемого пикового источника от ТЭЦ.

В качестве примера определения показателей режимов и оценки основных условий реконструкции СЦТ были рассмотрены требуемые параметры и режимы работы при изменении схемы системы централизованного теплоснабжения с условной расчетной тепловой нагрузкой потребителей 1 Гкал/ч.

К изначальной тепловой сети присоединены потребители только с нагрузкой отопления при расчетной температуре в помещениях +18 о С. При этих условиях и температурном графике традиционной схемы 150/70 о С расход воды в сети постоянен и равен 12.5 т/ч.

Принималось, что коэффициент теплофикации для изначальной традиционной схемы равен 0.5, т.е. из теплофикационных отборов турбин покрывается половина расчетной нагрузки системы. Другую половину обеспечивает пиковая котельная. График покрытия тепловой нагрузки системы теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха (относительной нагрузки отопления), принятый исходя из условия максимальной загрузки по теплу теплофикационных турбин ТЭЦ приведен на рис. 2

Рис. 2 График покрытия тепловой нагрузки системы теплоснабжения.

Для предварительного анализа будем считать, что присоединение тепловой нагрузки распределено равномерно по тепловой сети, которая представляет собой одну тупиковую магистраль переменного по длине сети диаметра. Общая относительная протяженность сети равна 1.

Схемы изначальной системы теплоснабжения и системы после переноса пикового источника (пиковой котельной) в район теплопотребления приведены на рис. 3. На этом же рис. приведены используемые в дальнейшем условные обозначения основных параметров режимов СЦТ.

а. Начальная (традиционная) схема СЦТ

б. Преобразованная схема СЦТ

Рис. 3 Схема преобразования СЦТ и условные обозначения.

Условные обозначения:

1 - Теплофикационное оборудование ТЭЦ

2 - Пиковый источник (пиковая котельная)

Для оценки изменения гидравлических режимов системы теплоснабжения было принято, что в тепловой сети при традиционной схеме имеет место линейное изменение напора по длине трубопроводов. При этом относительный располагаемый напор на ТЭЦ при традиционной схеме равен 1, а устойчивость сети (отношение располагаемого напора на абонентском вводе к располагаемому напору на ТЭЦ) составляет 0.2, т.е. располагаемый напор у последнего потребителя равен 20% от развиваемого напора на ТЭЦ.

По результатам проведенных расчетов будет в основном показана техническая возможность реализации переноса пикового источника в район теплопотребления и рекомендуемые при этом режимы работы системы теплоснабжения. Следует учитывать также, что выбор основных параметров и решений (соотношение мощностей, место расположения пикового источника, принимаемые температурные графики и т.д.) очевидно определяется не только чисто техническими, но и технико-экономическими условиями. В предлагаемом материале технико-экономические условия не рассматриваются.

Для новой системы теплоснабжения принят тот же график покрытия суммарной тепловой нагрузки системы, что и для изначальной сети, который приведен на рис. 2, т е. пиковый источник обеспечивает при расчетных условиях половину нагрузки и коэффициент теплофикации для СЦТ в целом остается равным 0.5.

Будем считать, что для потребителей, подключенных к сети после перенесенного пикового источника (зона ПК) принимается отопительный температурный график 130/70 о С. Для потребителей зоны ТЭЦ расчетный температурный график принят более низким исходя из возможности теплофикационных отборов турбин и равным 120/70 о С.

При условии автоматизации тепловых пунктов потребителей температура в обратной линии сети при реконструкции не изменится и останется равной этой температуре для исходной тепловой сети.

Возможная точка подключения пикового источника к тепловым сетям при принятых условиях определяется гидравлическим режимом исходной системы и условиями получаемых гидравлических режимов при переносе пикового источника, для которых должно быть выполнено требование обеспечения преждних располагаемых напоров на присоединенных потребителях.

Как показали проведенные расчеты теплогидравлических режимов преобразованной системы теплоснабжения наиболее близкая к ТЭЦ точка подключения пикового источника при условии обеспечения заданных располагаемых напоров у присоединенных потребителей составляет 60% от общей протяженности первоначальной тепловой сети, т.е удалена на 0.6 относительных единиц общей протяженности сети от ТЭЦ. При этом, расчетная тепловая нагрузка потребителей зоны ТЭЦ составит 0.6 Гкал/ч, а зоны пиковой котельной 0.4 Гкал/ч.

Для СЦТ после реконструкции сохраняется исходный график покрытия суммарных тепловых нагрузок системы. Однако графики покрытия нагрузок зон ТЭЦ и пиковой котельной для условий рис. 2 имеют более сложный характер.

График покрытия тепловых нагрузок потребителей зоны ТЭЦ в зависимости от относительной нагрузки отопления приведен на рис. 4, график покрытия тепловых нагрузок потребителей зоны пиковой котельной - на рис. 5

На рис. 4 показаны графики изменения нагрузки потребителей зоны ТЭЦ и отпуска тепла от ТЭЦ. Приведен также график подачи тепла от ТЭЦ в зону пикового источника (в зону ПК). Последний, при относительных нагрузках больших 0.83 (при низких температурах наружного воздуха) имеет отрицательные значения, что говорит о необходимости подачи тепла в зону ТЭЦ от пикового источника.

На рис 5 приведены графики нагрузки потребителей зоны ПК и отпуска тепла от пикового источника. На этом же рис. показан также график подачи тепла в зону ПК от ТЭЦ, который при относительных нагрузках больших 0.83 имеет отрицательные значения, свидетельствующие, как уже отмечалось, о подаче тепла от пикового источника в зону ТЭЦ.

Температурные графики СЦТ для зоны ТЭЦ и пиковой котельной приведены на рис. 6, на котором для сравнения показан также температурный график исходной СЦТ.

Как следует из рис. 6, температурный график от ТЭЦ преобразованной системы теплоснабжения имеет сложную зависимость от температуры наружного воздуха. Максимальная температура при расчетных условиях соответствует, как указывалось ранее 120 о С, а минимальная температура сетевой воды от ТЭЦ в точке начала (окончания) отопительного периода принята равной 70 о С. Рассматриваемый график имеет точку излома при относительной нагрузке равной 0.5, соответствующей точке включения пиковой котельной. Температура в этой точке определяет наибольший расход воды в трубопроводах зоны ТЭЦ, передаваемый в зону ПК, что обуславливает наиболее напряженный гидравлический режим зоны ТЭЦ и системы теплоснабжения в целом. Температура в точке излома определялась исходя из условий обеспечения необходимых гидравлических условий для присоединенных потребителей при принятой точке подключения переносимого пикового источника.

Следует отметить, что уровень температур в подающей линии от теплофикционной части ТЭЦ определяет эффективность комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и чем он ниже, тем выше удельная комбинированная выработка.

Соответствующие приведенным выше данным по температурам в различных частях схемы СЦТ при принятой точке переноса пикового источника графики расходов воды в зависимости от относительной нагрузки отопления (температуры наружного воздуха) на различных участках схемы системы теплоснабжения приведены на рис.7. Для сравнения на рисунке приведен требуемый график расхода сетевой воды от ТЭЦ для исходной системы теплоснабжения при температурном графике 150/70 о С.

Как следует из рис. 7 расход воды от ТЭЦ в реконструируемой системе теплоснабжения существенно ниже изначального значения в 12.5 т/ч и возрастает при понижении температуры наружного воздуха от 6.5 до 10.0 т/ч. Расход воды через пиковый источник при понижении температуры воздуха сначала снижается от 4.1 до 3.6 т/ч и далее возрастает до максимального значения при расчетных условиях, равного 8.7 т/ч.

Так же как и при отпуске тепла, в реконструируемой СЦТ имеют место перетоки воды между зоной ТЭЦ и зоной ПК. Расходы воды по зонам приведены на рис. 8 и 9.

На рис.8 приведены график суммарного расхода воды для потребителей зоны ТЭЦ, график расхода воды от ТЭЦ и график подачи воды в зону ТЭЦ от пикового источника. Последний имеет отрицательные значения для относительных нагрузок менее 0.83 и показывает, что при этих относительных нагрузках имеет место подача воды из трубопроводов зоны ТЭЦ (от ТЭЦ) на пиковый источник.

На рис. 9 приведены графики расходов воды в зоне пикового источника, а также графики расходов воды для потребителей зоны ПК, расхода воды через пиковый источник и расходов воды от ТЭЦ в зону ПК. При этом максимальное значение расхода воды, подаваемого от ТЭЦ на пиковый источник отмечается при относительной нагрузке, равной 0.5 и соответствующей точке включения пиковой котельной. Величина этого расхода составляет 3.3 т/ч.

По приведенным выше данным о расчетном гидравлическом режиме исходной сети и условиях подключения тепловой нагрузки были проведены расчеты гидравлических режимов и построены пьезометрические графики реконструируемой сети для характерных относительных нагрузок (температур наружного воздуха), приведенные на рис. 10.

На рис. показаны пьезометрические графики при расчетной температуре наружного воздуха, при наиболее напряженном гидравлическом режиме, соответствующем относительной нагрузке в точке начала работы пикового источника и, для сравнения, пьезометрический график тепловой сети исходной системы теплоснабжения. Как следует из рис. 10 требования по гидравлическим режимам для преобразованной СЦТ (требования по располагаемым напорам присоединенных потребителей) выполняются при всех режимах.

Полученные результаты расчетов показывают возможность технической реализации предлагаемого изменения схемы СЦТ, при этом результаты приведены для одного из возможных вариантов. Для принятых условий изменения схемы возрастают затраты на перекачку теплоносителя и ухудшаются показатели удельной комбинированной выработки тепловой энергии, поскольку отпуск тепла от теплофикационного оборудования ТЭЦ производится при более высоких температурах в подающей линии тепловой сети зоны ТЭЦ, чем для исходной схемы СЦТ. Однако для измененной схемы системы теплоснабжения снижется уровень максимальных температур в подающей линии, что вместе с децентрализацией источников тепла позволит повысить надежность теплоснабжения при некотором снижении его экономичности.

Технико-экономические показатели рассмотренного выше варианта реконструкции СЦТ при заданных расчетных температурных графиках определяются принятой точкой присоединения к тепловой сети пикового источника тепла. Так удаление точки подключения пикового источника от ТЭЦ приводит улучшению показателей гидравлических режимов, а именно к увеличению располагаемых напоров в тепловой сети. Это обстоятельство позволяет или увеличить расход воды от ТЭЦ при снижении температуры в подающей линии зоны ТЭЦ и улучшить тем самым показатели комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, или снизить располагаемые напоры на ТЭЦ и пиковом источнике, снижая дополнительный расход электроэнергии на перекачку теплоносителя. При этом следует учитывать также изменение тепловых потерь в тепловых сетях, связанное с изменением температурного режима тепловых сетей

Выбор основных параметров изменяемой схемы СЦТ является результатом технико-экономических оптимизационных расчетов и в предлагаемом материале не рассматривается.

4. Выводы.

1. Существующие развитые системы централизованного теплоснабжения на базе крупных городских ТЭЦ с традиционной схемой компоновки требуют реконструкции, как по используемому оборудованию, так и по структурным схемам. Такая реконструкция должна приводить в первую очередь к повышению надежности теплоснабжения и обеспечению возможностей по увеличению присоединяемой нагрузки.

2. Приведенные в современной технической литературе предложения по изменению схем систем теплоснабжения вызывают ряд замечаний. Большая часть этих предложений позволяет повысить эффективность использования комбинированной выработки но практически малоприменимы для действующих СЦТ из-за значительных затрат на их реализацию, связанных в основном с тепловыми сетями. Другие предложения требуют комплексного анализа и проведения дополнительных расчетов по режимам отпуска тепла и параметрам теплоносителя в различных точках схем с определением общих затрат на создание и эксплуатацию таких систем.

3. Предлагаемая в статье схема реконструкции традиционных систем теплоснабжения, связанная с переносом пиковых источников в район теплопотребления и их подключением к существующим магистралям тепловых сетей технически реализуема и позволяет повысить надежность теплоснабжения за счет улучшения условий резервирования и перехода на пониженные температурные графики. При этом не требуется перекладка тепловых сетей, а необходимо лишь доведение автоматизации схем присоединения тепловой нагрузки потребителей до современного уровня.

Список литературы

1. Андрющенко А. И. Комбинированные системы теплоснабжения. // «Теплоэнергетика». 1997. №5. С. 2-6.

2. Шарапов В. И., Орлов М. Е. Технологии обеспечения пиковой нагрузки систем теплоснабжения.М.: Издательство «Новости теплоснабжения», 2006.-208с.; ил.

3. Шкода А. Н., Шкода В. Н., Кухарчик В. М. Совершенствование технологий комбинированного теплоснабжения. «Электрические станции». 2008. №10. С 16-17.

Отопительный сезон в России длится около семи месяцев. Для владельцев частных домов и тех, кто только собирается ими стать вопрос эффективного отопления помещения становится сложной задачей, которую не так-то просто решить. Попробуем разобраться, что собой представляют современные системы отопления частного дома.

Чаще всего для отопления используют воду или различные антифризные жидкости, которые циркулируют по трубам. Жидкость нагревается при помощи газовых котлов, которые могут работать на жидком, твердом и газовом топливе. В последнее время в качестве нагревающих элементов стали использовать электродные и индукционные котлы.

Водяное отопление популярно за счет доступности и эффективности теплоносителя у владельцев коттеджей и прочего загородного жилья. Водяную систему легко смонтировать самостоятельно. Положительным моментом является то, что объем воды в системе остается постоянным.

Недостатки водяного отопления в длительном времени прогревания помещения, возможных протечках и разрывах труб. Нельзя отключать водяную систему зимой, так как вода замерзнет и разорвет трубы.

Прогрессивные отопительные системы

Устройство современных систем отопления частных домов принципиально отличается от традиционных способов обогрева. Отопительная техника с каждым годом стремительно развивается. Оборудование усовершенствуется, становится эффективнее.

Возникают новые источники энергии, отвечающие требованиям защиты окружающей природной среды и общему комфорту эксплуатации оборудования.

Инновационная разработка российских ученых – система инфракрасного отопления ПЛЭН. Она состоит из тончайшей полимерной пленки и резистивно-нагревательного элемента из углеродных нитей.

ПЛЭН излучает тепловую составляющую солнечного света, которая поглощается полом, потолком, мебелью и создает комфортную температуру помещения.

Характеристики

Максимальная температура поверхности этой конструкции – 60°C, но для создания наиболее комфортных условий в доме достаточно 30° – 40°С.

ПЛЭН можно уложить по всей поверхности основания помещения, накрыв сверху ламинатом или любым другим видом покрытия. Если же смонтировать систему на потолке, то вы получите ощущение тепла и комфорта как от солнца. Крепить конструкцию к стенам тоже можно, но ее эффективность от этого пострадает.

Одним из достоинств пленочного нагревателя является отсутствие жидкого теплоносителя. Это избавляет от установки сложных систем, протечек, замерзания жидкости. Кроме того, пленочные отопительные системы, имеют еще ряд преимуществ:

• не сушат воздух;
• отсутствуют интенсивные тепловые потоки;
• не создают конвективные потоки;
• пожаробезопасны;
• просты в монтаже;
• полностью безопасны для человека и окружающей среды.

Еще одним доводом в пользу ПЛЭН для загородного дома являются многолетние исследования ученых. Они доказали, что длинноволновое инфракрасное излучение при умеренной мощности оказывает полезное воздействие на организм человека.

Главный недостаток системы инфракрасного отопления – его высокая стоимость. Для устройства отопительной системы всего дома придется сделать серьезные денежные вложения, которые окупятся довольно не скоро.

Геотермальные системы

Инновация в отоплении частного дома – забор тепла из грунта, который находится на придомовом участке. Для этого используют геотермальную установку. Ее конструкция состоит из теплового насоса, работающего по принципу холодильника, только на обогрев.

Возле дома создается шахта, где необходимо расположить теплообменник. По нему грунтовые воды будут поступать в теплонасос, отдавать тепло, которое будет использоваться для обогрева строения.
При отоплении загородного дома в качестве теплоносителя используют антифриз. Для этого в шахте устанавливается специальный резервуар.

Очень просто использовать тепловую энергию, источником которой является солнечный свет. Новейшие системы отопления загородного дома, работающие от солнечной энергии, представляют собой коллектор и резервуар.

Структура трубок, из которых состоит коллектор, сводит потери тепла к минимуму. Исходя из конструкционных особенностей, солнечные коллекторы бывают вакуумные, плоские и воздушные.

Размещать их необходимо как можно выше.

Нюансы

Этот вид отопления подойдет только для теплых регионов страны, где яркое солнце светит хотя бы 20-25 дней в году. В противном случае должны быть установлены дополнительные системы отопления. Еще одним недостатком солнечных батарей является высокая стоимость и небольшой срок службы аккумуляторов, необходимых для накопления электроэнергии.

Гидротермальные системы

Если ваш загородный дом расположен рядом с незамерзающим водоемом, то необходимую теплоэнергию можно получать из воды.

Для этого на дно водоема укладывается зонд-теплообменник, а в доме монтируется тепловой насос. Чем больше размер зонда, тем эффективнее гидротермальная установка.

Воздушные системы

В теплых климатических зонах можно использовать систему воздух – воздух. Простейшие виды подобных теплонасосов – инверторные кондиционеры. Монтируются они как обычные кондиционеры. Эффективность их работы снижается при минусовой температуре, а при -30°C и ниже сводится к нулю.

Энергия ветра давно используется для получения электричества. Но ее также можно применять для обогрева загородного жилья. Учеными создан безредукторный ветроэлектрогенератор, который монтируется на вертикальной оси вращения на крыше дома. Для снижения шума при работе конструкции ось должна быть оснащена виброизолятором. В подвале размещают электрический водонагреватель и тепловой аккумулятор.

Это устройство довольно сложно в изготовлении, имеет большой размер и вес. Его долго и непросто монтировать. Для получения максимальной энергии ветра необходимо возвести достаточно высокую башню.

Плюсы и минусы

Несомненным достоинством этого вида отопления является его экологичность. Извлечение энергии из ветра не наносит никакого урона окружающей среде. Кроме того, эта энергия абсолютно бесплатна, а расходы на изготовление и монтаж оборудования относительно невелики.

Несмотря на несомненные достоинства, этот способ отопления загородных домов не пользуется популярностью, что связано с непостоянством силы и скорости ветра.

Электрообогрев помещений относится скорее к традиционным методам отопления, которые были модернизированы в последние десятилетия. Электрические приборы просты в эксплуатации, удобны и надежны. Их давно используют для местного обогрева.

Чтобы равномерно прогреть всю площадь помещения при помощи электричества используют теплые полы. Эта система удобна для использования в загородном частном доме.

Система «теплый пол»

Технология напольного отопления – это удобная и экономичная система прогрева помещения. В современных установках используются прогрессивные материалы. Для изготовления трубопроводов применяются легкие и прочные полимерные материалы.

Основой теплого электрического пола служит греющий кабель. Главное в этом виде отопления – качество кабеля, от которого зависит эффективность работы системы и длительность ее службы.
Теплые полы, использующие воду, не выделяют вредных веществ, электромагнитных излучений. Вода – дешевый и теплоемкий теплоноситель. Монтируется сеть трубопровода, по которой течет жидкость, между основанием и покрытием пола. По сравнению с электрической системой «теплый пол», этот вид отопления значительно дешевле.

Политика энергоснабжения, проводимая в последние годы, предполагает переход на возобновляемые источники энергии. Все чаще для производства электричества используется не газ и уголь, а солнце, ветер, энергия воды. Это экологически чистые источники энергии, которые не загрязняют выбросами и сбросами окружающую природную среду.