Приводятся рекомендации по выбору оптимальной системы теплоснабжения. Современные системы теплоснабжения (стс) представляют собой достаточно сложные технические системы со значительным количеством разнообразных по своему функциональному назначению элемент

14.07.2020 Столярные работы

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.

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.

Различают два вида теплоснабжения - централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:

1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;

2. районное - ТС городского района;

3. городское - ТС города;

4. межгородское - ТС нескольких городов.

Процесс ЦТС состоит из трех операций - подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.

Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.

Различают две основные категории потребления тепла:

Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование;

Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на :

Низкопотенциальное, с температурой до 150 0 С;

Среднепотенциальное, с температурой от 150 0 С до 400 0 С;

Высокопотенциальное, с температурой выше 400 0 С.

относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 0 С (в прямом трубопроводе), минимальная - 70 0 С (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа.

В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.

Весь комплекс оборудования ис-точника теплоснабжения, тепловых сетей и абонентских установок на-зывается системой централи-зованного теплоснабже-ния.

Системы теплоснабжения клас-сифицируются по типу источника теплоты (или способу приготовле-ния теплоты), роду теплоносителя, способу подачи воды на горячее водоснабжение, числу трубопрово-дов тепловой сети, способу обеспе-чения потребителей, степени цент-рализации.

По типу источника теплоты раз-личают три вида теплоснабжения:

Централизованное теплоснабже-ние от ТЭЦ, называемое тепло-фикацией;

Централизованное теплоснабже-ние от районных или промышлен-ных котельных;

Децентрализованное теплоснаб-жение от местных котельных или индивидуальных отопительных аг-регатов.

По сравнению с централизован-ным теплоснабжением от котель-ных теплофикация имеет ряд пре-имуществ, которые выражаются в экономии топлива за счет комбини-рованной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ; в возможности широкого использова-ния местного низкосортного топли-ва, сжигание которого в котельных затруднительно; в улучшении сани-тарных условий и чистоты воздуш-ного бассейна городов и промыш-ленных районов благодаря концент-рации сжигания топлива в неболь-шом количестве пунктов, размещен-ных, как правило, на значительном расстоянии от жилых кварталов, и более рациональному использова-нию современных методов очистки дымовых газов от вредных при-месей.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения разделяются на водяные и паровые. Паровые системы распространены в основ-ном на промышленных предприя-тиях, а водяные системы применя-ются для теплоснабжения жилищ-но-коммунального хозяйства и не-которых производственных потреби-телей. Объясняется это рядом пре-имуществ воды как теплоносителя по сравнению с паром: возмож-ностью центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, меньшими энергетическими потеря-ми при транспортировке и большей дальностью теплоснабжения, отсут-ствием потерь конденсата греюще-го пара, большей комбинированной выработкой энергии на ТЭЦ, повы-шенной аккумулирующей способ-ностью.

По способу подачи воды на го-рячее водоснабжение водяные си-стемы делятся на закрытые и открытые.

В закрытых системах се-тевая вода используется только как теплоноситель и из системы не отбирается. В местные установки горячего водоснабжения поступает вода из питьевого водопровода, на-гретая в специальных водоводяных подогревателях за счет теплоты се-тевой воды.

В открытых системах се-тевая вода непосредственно посту-пает в местные установки горя-чего водоснабжения. При этом не требуются дополнительные тепло-обменники, что значительно упро-щает и удешевляет устройство або-нентского ввода. Однако потери воды в открытой системе резко возрастают (от 0,5—1 % до 20— 40 % общего расхода воды в систе-ме) и состав воды, подаваемой по-требителям, ухудшается из-за при-сутствия в ней продуктов коррозии и отсутствия биологической обра-ботки.

Достоинства закрытых систем теплоснабжения заключаются в том, что их применение обеспечи-вает стабильное качество горячей воды, поступающей в установки го-рячего водоснабжения, одинаковое с качеством водопроводной воды; гидравлическую изолированность воды, поступающей в установки го-рячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети; простоту контроля герметичности системы по величине подпитки.

Основными недостатками закры-тых систем являются усложнение и удорожание оборудования и экс-плуатации абонентских вводов из-за установки водо-водяных подо-гревателей и коррозии местных установок горячего водоснабжения вследствие использования недеаэрированной воды.

Основные достоинства открытых систем теплоснабжения заключают-ся в возможности максимального использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева большого количества подпиточной воды. Поскольку в закрытых систе-мах подпитка не превышает 1 % расхода сетевой воды, возможность утилизации теплоты сбросной и продувочной воды на ТЭЦ с закры-той системой значительно ниже, чем в открытых системах. Кроме того, в местные установки горячего водоснабжения в открытых систе-мах поступает деаэрированная во-да, поэтому они меньше подвер-жены коррозии и более долго-вечны.

Недостатками открытых систем являются : необходимость устройст-ва на ТЭЦ мощной водоподготовки для подпитки тепловой сети, что удорожает станционную водоподготовку, особенно при повышенной жесткости исходной сырой воды; усложнение и увеличение объема санитарного контроля за системой; усложнение контроля герметичности системы (поскольку величина под-питки не характеризует плотность системы); нестабильность гидравли-ческого режима сети.

По числу трубопроводов разли-чают одно-, двух- и многотрубные системы. Причем для открытой си-стемы минимальное число трубо-проводов — один, а для закры-той— два. Самой простой и перс-пективной для транспортировки теплоты на большие расстояния яв-ляется однотрубная открытая си-стема теплоснабжения. Однако об-ласть применения таких систем ог-раничена в связи с тем, что ее реа-лизация возможна лишь при усло-вии равенства расхода воды, необ-ходимого для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагруз-ки, расходу веды для горячего водоснабжения потребителей дан-ного района. Для большинства районов нашей страны расход воды на горячее водоснабжение значи-тельно меньше (в 3—4 раза) рас-хода сетевой воды на отопление и вентиляцию, поэтому в теплоснаб-жении городов преимущественное распространение получили двух-трубные системы. В двухтрубной системе тепловая сеть состоит из двух линий: подающей и обратной.

По способу обеспечения потре-бителей теплотой различают одно-
ступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одно-
ступенчатых системах потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям непосредственно. Узлы присоединения потребителей к сети
называются абонентскими вводами или местными теп-ловыми пунктами (МТП). На абонентском вводе каждого здания устанавливаются подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, контрольно-измерительные приборы и регулирующая армату-ра для изменения параметров теп-лоносителя в местных системах по-требителей.

В многоступенчатых системах между источником теплоты и по-требителями размещаются цент-ральные тепловые пункты или под-станции (ЦТП), в которых пара-метры теплоносителя изменяются в зависимости от расходования теп-лоты местными потребителями. На ЦТП размещаются центральная по-догревательная установка горячего водоснабжения, центральная смеси-тельная установка сетевой воды, подкачивающие насосы холодной водопроводной воды, авторегулирующие и контрольно-измеритель-ные приборы. Применение много-ступенчатых систем с ЦТП позво-ляет снизить начальные затраты на сооружение подогревательной ус-тановки горячего водоснабжения, насосных установок и авторегулирующйх устройств благодаря уве-личению их единичной мощности и сокращению числа элементов обо-рудования.

Оптимальная расчетная произ-водительность ЦТП зависит от планировки района, режима работы потребителей и определяется на ос-нове технико-экономических расче-тов.

По степени централизации теп-лоснабжение можно разделить на групповое — теплоснабжение группы зданий, районные - теплоснабжение нескольких групп зданий, городское - теплоснабжение нескольких районов, межгородское - теплоснабжение нескольких городов.

Устройство и конструкции тепловых сетей.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; изоляционная конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающая при его эксплуатации.

Трубы являются ответственными элементами трубопроводов и должны отвечать следующим требованием:

Достаточная прочность и герметичность при максимальных значениях давления и температуры теплоносителя,

Низкий коэффициент температурных деформации,

Обеспечивающий небольшие термические напряжение при переменном тепловом режиме тепловой сети,

Малая шероховатость внутренней поверхности,

Антикорозинная стойкость,

Высокая термическая сопротивление стенок трубы,

Способствующее сохранению теплоты и температуры теплоносителя,

Неизменность свойств материала при длительном воздействий высоких температур и давлений, простота монтажа,

Надежность соединения труб и др.

Имеющейся стальные трубы не удовлетворяют в полной мере всем предъявлемым требованиям, однако их механические свойства, простота, надежность и герметичность соединений (сваркой) обеспечили им преимущественное применение в тепловых сетях.

Трубы для тепловых сетей изготавливаются в основном из сталей марок Ст2сп, Ст3сп, 10, 20, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС.

В тепловых сетях применяются бесшовные горячекатаные и электросварные. Бесшовные горячекатаные трубы выпускаются с наружными диаметрами 32 - 426мм. Бесшовные горячекатаные электросварные трубы используется при всех способах прокладки сетей. Электросварные трубы используются при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются к использованию при канальных и надземных прокладках сетей.

Опоры . При сооружений тепловых сетей применяются опоры двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение при температурных деформациях. Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в характерных точках сети и воспринимают усилия, возникающие в месте фиксации как в радиальном, так и в осевом направлениях под действием веса, температурных деформаций и внутреннего давления.

Компенсаторы . Компенсация температурных деформации в трубопроводах производится специальными устройствами, называемыми компенсаторами. По принципу действия они разделяются на две группы:

Компенсаторы радиальные или гибкие, воспринимающие удлинения теплопровода изгибом или кручением криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

Компенсаторы осевые, в которых удлинение воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинных вставок.

Наиболее широкое применение в практике имеют гибкие компенсаторы различной конфигурации, выполненные из самого трубопровода (П - и -S-образные, лирообразные со складками и без них и т.д.). Простота устройства, надежность, отсутствия необходимости в обслуживании, разгруженность неподвижных опор - достоинство этих компенсаторов.

К недостаткам гибких компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое сопротивление, увеличенный расход труб, поперечное перемещение деформируемых участках, требующее увеличение ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций, бесканальных трубопроводов, а так же большие габариты, затрудняющие их применение в городах при насыщенности трассы городскими подземными коммуникациями.

Осевые компенсаторы выполняются скользящего типа (сальниковые) и упругими (линзовые компенсаторы).

Сальниковый компенсатор изготавливается из стандартных труб и состоит из корпуса, стакана и уплотнение. При удлинений трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая выполняется из прографиченного асбестового шнура, пропитанного маслом. Со временем набивка истирается и теряет упругость, поэтому требуется периодическая подтяжка сальника и замена набивки. От этого недостатка свободны линзовые компенсаторы, изготавливаемые из листовой стали. Линзовые компенсаторы сварного типа находят основное применение на трубопроводах низкого давления (до 0,4-0,5 МПа).

Конструктивное выполнение элементов трубопровода зависит так же от способа его прокладки, который выбирается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов.

Система теплоснабжения

Вопросы

1. Понятие системы теплоснабжения и ее классификация.

2. Централизованные системы отопления и их элементы.

3. Схемы тепловых сетей.

4. Прокладка тепловых сетей.

1. Комплексное инженерное оборудование сельских населенных пунктов./А.Б. Кеатов, П.Б. Майзельс, И.Ю. Рубчак. – М.: Стройиздат, 1982. – 264 с.

2. Кочева М.А. Инженерное оборудование и благоустройство застроенных территорий: Учебное пособие. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун.-т., 2003.–121 с.

3. Инженерные сети и оборудование территорий, зданий и стройплощадок / И.А. Николаевская, Л.П. Горлопанова, Н.Ю. Морозова; Под. ред И.А. Николаевской. – М: Изд. центр «Академия», 2004. – 224 с.

Понятие системы теплоснабжения и ее классификация

Система теплоснабжения - совокупность технических устройств, агрегатов и подсистем, обеспечивающих: 1) приготовление теплоносителя, 2) его транспортировку, 3) распределение в соответствии со спросом на теплоту по отдельным потребителям.

Современные системы теплоснабжения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Надежная прочность и герметичность трубопроводов и установленной
на них арматуры при ожидаемых в эксплуатационных условиях давлениях температурах теплоносителя.

2. Высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло- и электросопротивление, сопротивление, а также низкие воздухопроницаемость и водопоглощение изоляционной конструкции.

3. Возможность изготовления в заводских условиях всех основных»
элементов теплопровода, укрупненных до пределов, определяемых типом и
костью подъемно-транспортных средств. Сборка теплопроводов на трассе!
готовых элементов.

4. Возможность механизации всех трудоемких процессов строительства и монтажа.

5. Ремонтопригодность, т. е. возможность быстрого обнаружения причин
возникновения отказов или повреждений и устранение неполадок и их последствий путем проведения ремонта в заданное время.

В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от источника теплоты (теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или крупной котельной) к потребителям по специальным трубопроводам - тепловым сетям.

Системы теплоснабжения состоят из трех основных элементов: генератора, в котором вырабатывается тепловая энергия; теплопроводов, по которым тепло подводится к нагревательным приборам; нагревательных приборов, служащих для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемого помещения или воздуху в системах вентиляции, или водопроводной воде в системах горячего водоснабжения.

В малых населенных пунктах применяются в основном две системы теплоснабжения: местные и централизованные. Центральные системы не характерны для застройки не выше трех этажей.

Местные системы - в которых все три основных элемента находятся в одном помещении или в смежных. Радиус действия таких систем ограничивается несколькими помещениями незначительных размеров.

Централизованные системы характерны тем, что тепловой генератор удален из отапливаемых зданий или потребителей горячего водоснабжения в специальное здание. Таким источником тепла может быть котельная для группы зданий, поселковая котельная или теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).

К местным системам отопления относятся: печное на твердом топливе, печное и калориферное газовое, поэтажные или квартирные водяные системы и электрическое.

Печное отопление на твердом топливе. Отопительные печи устраиваются в населенных пунктах с небольшой теплоплотностью. По санитарно-гигиеническим и противопожарным соображениям их разрешается устраивать только в одно- и двухэтажных зданиях.

Конструкции комнатных печей весьма разнообразны. Они могут быть различной формы в плане, с различной отделкой наружной поверхности и с различными схемами дымооборотов, расположенных внутри печи, по которым происходит движение газов. В зависимости от направления движения газов внутри печей различают многооборотные канальные и бесканальные печи. Во-первых, движение газов внутри печи происходит по каналам, соединенным последовательно или параллельно, во-вторых, движение газов происходит внутри полости печи свободно.

небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Примером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях получение тепла и передача его воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Центральной системой теплоснабжения называют систему снабжения теплом одного здания любого объема, от одного источника тепла. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих тепло от котла, установленного в подвале здания, или отдельно стоящих котельных. От этого котла может подаваться тепло для систем вентиляции и горячего водоснабжения этого здания.

Централизованными системы теплоснабжения называются в том случае, когда от одного источника тепла (ТЭЦ или районных котельных) подается тепло для многих зданий. По виду - источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При районномтеплоснабжении источником тепла служит районная котельная, а при теплофикации - ТЭЦ (теплоэлектроцентраль).

Теплоноситель подготавливается в районной котельной (или ГЭЦ). Подготовленный теплоноситель по трубопроводам поступает в системы отопления и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированного в нем тепла и отводится по специальным трубопроводам к источнику тепла. Теплофикация от районного теплоснабжения отличается не только видом источника тепла, но и самим характером производства тепловой энергии.

Теплофикация может быть охарактеризована как централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Кроме источника тепла, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикации одинаковы.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы - водяные и паровые системы теплоснабжения.

Теплоносителем называется среда, которая передает тепло от источника тепла к теплопотребляющим приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В системах теплоснабжения, применяемых в нашей стране для городов и жилых районов, в качестве теплоносителя используют воду. На промышленных площадках, в промышленных районах для систем теплоснабжения применяют воду и пар. Пар в основном применяется для силовых и технологических потребностей.

В последнее время начали применять и на промышленных предприятиях единый теплоноситель - воду, нагретую до разных температур, которую используют и при технологических процессах. Применение единого теплоносителя упрощает схему теплоснабжения, ведет к уменьшению капитальных затрат и способствует качественной и дешевой эксплуатации.

К теплоносителям, применяемым в системах централизованного теплоснабжения, предъявляются санитарно-гигиенические, технико-экономические и эксплуатационные требования. Главнейшее санитарно-гигиеническое требование заключается в том, что любой теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях микроклиматических условий для находящихся в них людей, а в промышленных зданиях и для оборудования. Теплоноситель не должен обладать высокой температурой, так как это может вести к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов и вызывать разложение пыли органического происхождения и неприятно воздействовать на человеческий организм. Максимальная температура на поверхности нагревательных приборов не должна быть выше 95-105 °С в жилых и общественных зданиях; в промышленных зданиях допускается до 150 °С.

Технико-экономические требования к теплоносителю сводятся к тому, чтобы при применении того или иного теплоносителя стоимость тепловых сетей, по которым транспортируется теплоноситель, была наименьшей, а также малой была масса нагревательных приборов и обеспечен наименьший расход топлива для нагревания помещений.

Эксплуатационные требования заключаются в том, чтобы теплоноситель обладал качествами, позволяющими проводить центральную (из одного места, например котельной) регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изменять расходы тепла в системах отопления и вентиляции вызван, переменными температурами наружного воздуха. Эксплуатационным показателем теплоносителя считается также срок службы отопительно-вентиляционных систем при применении того или иного теплоносителя.

Если сравнить по перечисленным основным показателям воду и пар, можно отметить следующие их преимущества.

Преимущества воды: сравнительно низкая температура воды и поверхности нагревательных приборов; возможность транспортирования воды на большие расстояния без значительного уменьшения ее теплового потенциала; возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления; простота присоединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ или в районных котельных; большой срок службы I систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара: возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но также для силовых и технологических нужд; быстрый прогрев и быстрое охлаждение систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещения с периодическим обогревом; пар низкого давления (обычно применяемый в системах отопления зданий) имеет малую объемную массу (примерно в 1650 раз меньше объемной массы воды); это обстоятельство в паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы теплоснабжения по тем же соображениям могут применяться при самом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого района; более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов; простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара; отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара, кроме перечисленных преимуществ воды, можно отнести дополнительно: повышенные потери тепла паропроводами из-за более высокой температуры пара; рок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за более интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов.

Несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, его применяют для систем отопления значительно реже воды и то лишь для тех помещений, в которых длительно не находятся люди. Строительными нормами и правилами паровое отопление допускается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в помещениях промышленных зданий. В жилых зданиях паровые системы не применяют.

В системах воздушного отопления и вентиляции зданий, где нет непосредственного соприкосновения пара с воздухом помещений, его применение в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя разрешается. Пар также можно использовать для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения.

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

(, Хабаровский центр энергоресурсосбережения)

В Хабаровске и Хабаровском крае, как и во многих других регионах Росси, преимущественно используются «открытые» системы теплоснабжения .

Под «открытой» системой в термодинамике понимается система, обменивающаяся массой с окружающей средой, т. е. «неплотная» система.

В данной публикации под «открытой» системой понимается система теплоснабжения, в которой система горячего водоснабжения (ГВС) подключена по «открытой» системе, т. е. с непосредственным водоразбором из трубопроводов системы теплоснабжения, а система отопления и вентиляции подключены по зависимой схеме присоединения к тепловым сетям.

Открытые системы теплоснабжения имеют следующие недостатки:

1. Большие расходы подпиточной воды и, следовательно, большие затраты на водоподготовку. При данной схеме теплоноситель может использоваться как продуктивно (на нужды ГВС), так и непродуктивно: несанкционированные утечки.

К несанкционированным утечкам относятся:

Утечки через запорно-регулирующую арматуру;

Утечки при повреждении трубопроводов;

Утечки через стояки системы отопления (сбросы) при разрегулированных системах отопления и при недостаточных перепадах давления на элеваторных вводах;

Утечки (сбросы) при ремонтах системы отопления, когда приходится полностью сливать воду и затем снова наполнять систему, а если выходные задвижки «не держат», то приходится «обесточивать» целый квартал или врезку.

Пример – авария в ноябре 2001 г. в Хабаровске на микрорайоне Большая – Вяземская. Чтобы провести в одной из школ ремонт системы теплоснабжения, пришлось отключить целый квартал.

2. При открытой схеме ГВС потребитель получает воду непосредственно из тепловой сети. В этом случае горячая вода может иметь температуру 90оС и более и давление 6-8 кгс/см2, что приводит не только к перерасходу тепла, но и потенциально создает опасную ситуацию как для санитарного оборудования, так и для людей.

3. Неустойчивый гидравлический режим теплопотребления (один потребитель вместо другого).

4. Плохое качество теплоносителя, который содержит большое количество механических примесей, органических соединений и растворенных газов. Это приводит к уменьшению срока эксплуатации трубопроводов систем теплоснабжения из-за повышенной коррозии и к уменьшению их пропускной способности из-за «обрастания», что нарушает гидравлический режим.

5. Невозможность, в принципе, создания комфортных условий у потребителя при использовании элеваторных систем отопления.

Необходимо ответить, что практически все тепловые пункты абонентов г. Хабаровска оборудованы элеваторным тепловым вводом.

Главное достоинство элеватора – это то, что он не потребляет энергии на свой привод. Сложилось мнение, что элеватор имеет низкий КПД, и это было бы справедливо, если для его работы необходимо было бы расходовать энергию. На самом деле для работы смешения используется разность давлений в трубопроводах системы теплоснабжения. Если бы не элеватор, то пришлось бы дросселировать поток теплоносителя, а дросселирование – это потеря энергии. Поэтому применительно к тепловым вводам, элеватор – это не насос с низким КПД, а устройство для вторичного использования энергии, затраченной на привод циркуляционных насосов ТЭЦ. Также к достоинствам элеватора можно отнести то, что для его обслуживания не требуются высококвалифицированные специалисты, так как элеватор – это простое, надежное и непритязательное в эксплуатации устройство.

Основной недостаток элеватора – это невозможность пропорционального регулирования тепловой мощности, так как при не изменяющемся диаметре отверстия соплового аппарата он имеет постоянный коэффициент смешения, а процесс регулирования предполагает возможности изменения этой величины. По этой причине на Западе элеватор отвергнут как устройство для тепловых пунктов. Отметим, что данный недостаток можно ликвидировать, если использовать элеватор с регулируемым соплом.

Однако практика использования элеваторов с регулируемым соплом показала их низкую надежность при плохом качестве сетевой воды (наличие механических примесей). Кроме того, такие устройства имеют небольшой диапазон регулирования. Поэтому в г. Хабаровске эти устройства не нашли широкого применения.

Другой недостаток элеватора – это ненадежность его работы при малом располагаемом перепаде давления. Для устойчивой работы элеватора необходимо иметь перепад давления от 120 кПа и более. Однако до настоящего времени в г. Хабаровске проектируются элеваторные узлы при перепаде давления 30-50 кПа. При таком перепаде нормальная эксплуатация элеваторных узлов, в принципе, невозможна и поэтому очень часто потребители с такими узлами работают на «сброс», что приводит к сверхнормативным потерям сетевой воды.

Применение элеваторных узлов тормозит внедрение в системах теплоснабжения энергосберегающих мероприятий, таких как комплексное автоматическое регулирование параметров теплоносителя в здании и адекватную этим задачам конструкцию системы отопления, обеспечивающих точность и стабильность комфортных условий и экономичный расход тепла.

Комплексное автоматическое регулирование включает в себя следующие базовые принципы:

регулирование в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) или автоматизированных узлах управления (АУУ), обеспечивающих в соответствии с отопительным графиком изменение температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;

индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе при помощи термостата, обеспечивающего поддержание заданной температуры в помещении.

Все вышеизложенное привело к тому, что, начиная с 2000 г., в г. Хабаровске начался масштабный переход от «открытых» зависимых систем теплоснабжения к «закрытым» независимым системам с автоматизированными тепловыми пунктами.

Реконструкция системы теплоснабжения с применением энергосберегающих мероприятий и переходом от «открытых» зависимых систем к «закрытым» независимым системам позволит:

Повысить комфортность и надежность обеспечения теплом за счет поддержания необходимой температуры в помещениях вне зависимости от погодных условий и параметров теплоносителя;

Повысит гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения: гидравлический режим магистральных тепловых сетей нормализуется вследствие того, что автоматика не допускает сверхнормативного превышения потребления тепла;

Получить экономию тепла в размере 10-15% за счет регулирования температуры теплоносителя в соответствии с температурой наружного воздуха и ночного снижения температуры в отапливаемых зданиях до 30% в переходный период отопительного сезона;

Увеличить срок эксплуатации трубопроводов системы отопления здания в 4-5 раз, вследствие того, что при независимой схеме теплоснабжения во внутреннем контуре системы отопления циркулирует чистый теплоноситель, не содержащий растворенного кислорода и поэтому отопительные приборы и подводящие трубопроводы не забиваются грязью и продуктами коррозии;

Резко уменьшить подпитку тепловых сетей и, следовательно, затраты на водоподготовку, а также повысить качество горячей воды.

Применение независимых систем теплоснабжения открывает новые перспективы в развитии внутриквартальных сетей и внутренних систем отопления: использование гибких предизолированных пластиковых распределительных трубопроводов, имеющих срок службы около 50 лет, полипропиленовых труб для внутренних систем, штампованных панельных и алюминиевых радиаторов и т. п.

Однако переход в Хабаровске к современным системам теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами поставил перед проектными и монтажными организациями, энергоснабжающей организацией, потребителями тепла ряд проблем таких как:

Отсутствие круглогодичной циркуляции теплоносителя в магистральных тепловых сетях.

Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения.

Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения.

Рассмотрим эти проблемы более подробно.

Проблема №1 Отсутствие круглогодичной циркуляции в магистральных трубопроводах тепловых сетей.

В Хабаровске магистральные трубопроводы системы теплоснабжения находятся под циркуляцией только в течение отопительного сезона: примерно с середины сентября до середины мая. В остальное время теплоноситель поступает по одному из трубопроводов: подающему или обратному, причем часть времени он подается по одному, а часть по другому трубопроводу.

Это приводит к большим неудобствам и дополнительным затратам при внедрении энергосберегающих технологий в системах теплоснабжения, в частности, в системах горячего водоснабжения (ГВС). Из-за отсутствия циркуляции в межотопительном сезоне приходится использовать смешанную «открыто-закрытую» систему ГВС: «закрытую» в отопительном сезоне и «открытую» в межотопительном сезоне, что увеличивает капитальные затраты на монтаж и оборудование теплового пункта на 0,5-3%.

Проблема №2. Устаревший подход к проектированию и монтажу внутренних систем теплоснабжения зданий.

В доперестроечный период развития нашего государства правительством была поставлена задача по экономии металла. В связи с этим началось массовое внедрение однотрубных нерегулируемых систем отопления, что было обусловлено более низкими (по сравнению с двухтрубными) металлозатратами, затратами на монтаж и более высокой теплогидравлической устойчивостью в многоэтажных зданиях.

В настоящее время при вводе новых объектов в городах России, таких как Москва и Санкт-Петербург, а также на Украине в целях энергосбережения обязательно применение терморегуляторов перед нагревательными приборами, что фактически, за незначительным исключением, предопределяет проектирование двухтрубных систем отопления.

Поэтому широкое распространение однотрубных систем при оснащении каждого отопительного прибора термостатом потеряло смысл. В регулируемых системах отопления при установке термостата перед нагревательным прибором двухтрубная система отопления оказывается высокоэффективной и обладающей повышенной гидравлической устойчивостью. При этом расхождения по металлозатратам по сравнению с однотрубными находятся в пределах ±10%.

Следует также отметить, что за рубежом однотрубные системы отопления практически не применяются

Схемы двухтрубных систем могут быть различными, однако наиболее целесообразно применять независимую схему, так как при применении терморегуляторов (термостатов) зависимая схема ненадежна в эксплуатации из-за низкого качества теплоносителя. При незначительных отверстиях в термостатах, измеряемых миллиметрами, они быстро выходят из строя.

В предлагается применять однотрубные системы отопления с терморегуляторами только для зданий не более 3-4 этажей. Там же отмечается нецелесообразность применения в системах отопления с терморегуляторами чугунных нагревательных приборов, так как в процессе эксплуатации из них вымываются формовочная земля, песок, окалина, которые забивают отверстия терморегуляторов.

Применение независимых схем теплоснабжения открывает новые перспективы: использование полимерных или металлополимерных трубопроводов для внутренних систем, современных нагревательных приборов (алюминиевые и стальные нагревательные приборы со встроенными терморегуляторами).

Следует отметить, что двухтрубная система отопления, в отличие от однотрубной, требует обязательной наладки с использованием специального оборудования и высококвалифицированных специалистов.

Необходимо отметить, что даже при проектировании и монтаже автоматизированных тепловых пунктов с погодным регулированием в г. Хабаровске до настоящего времени проектируются и внедряются только однотрубные системы отопления без терморегуляторов перед отопительными приборами. Причем эти системы гидравлически разбалансированы, а иногда настолько (например, детский дом по ул. Ленина), что для того, чтобы поддерживать нормальную температуру в здании, концевые стояки работают «на сброс» и это при независимой схеме отопления!

Хочется верить, что недооценка важности балансировки гидравлики систем отопления связана просто с отсутствием необходимых знаний и опыта.

Если Хабаровским проектировщикам и монтажным организациям задать вопрос: «Нужно ли проводить балансировку колес автомобиля?», то последует очевидный ответ: «Несомненно!» Но почему же тогда балансировка системы отопления, вентиляции и ГВС не считается необходимым делом. Ведь неправильные расходы теплоносителя приводят к неправильным температурам воздуха в помещении, плохой работе автоматики, шумам быстрому выходу из строя насосов, неэкономичной работе всей системы.

Проектировщики полагают, что достаточно провести гидравлический расчет с подбором труб и при необходимости шайб, и проблема будет решена. Но это не так. Во-первых, расчет имеет приближенный характер, а, во-вторых, при монтаже возникает масса дополнительных неконтролируемых факторов (чаще всего монтажники просто не устанавливают дроссельные шайбы).

Существует мнение , что гидравлику систем отопления можно увязать с помощью расчета настроек термостатических клапанов. Это тоже неверно. Например, если по каким-либо причинам через стояк не проходит достаточное количество теплоносителя, то термостатические клапаны будут просто открыты, а температура воздуха в помещении при этом будет низкой. С другой стороны, при перерасходе теплоносителя может возникнуть ситуация, когда открыты форточки и термостатические клапаны. Все вышесказанное абсолютно не умаляет необходимости и важности установки перед отопительными приборами термостатических клапанов, а лишь подчеркивает, что для их хорошей работы необходима балансировка системы.

Под балансировкой системы понимается наладка гидравлики, чтобы каждый элемент системы: радиатор, калорифер, ветвь, плечо, стояк, магистраль – имели проектные расходы. При этом определение и выставление настроек термостатических клапанов является частью процесса наладки.

Как было указано выше, в г. Хабаровске проектируются и монтируются только гидравлически разбалансированные однотрубные системы отопления без термостатов.

Покажем на примерах новых, вводимых в эксплуатацию объектах к чему это приводит.

Пример 1. Детский дом №1 по ул. Ленина.

Введен в эксплуатацию в конце 2001г. Система ГВС закрытая, а система отопления однотрубная, без термостатов, подключенная по независимой схеме. Проектировал – Хабаровскгражданпроект, монтаж системы отопления и ГВС – Хабаровское монтажное управление №1. Проектирование и монтаж теплового пункта – специалисты ХЦЭС. Тепловой пункт находится на техническом обслуживании в ХЦЭС.

После запуска системы теплоснабжения выявились следующие недостатки:

Система отопления не сбалансирована. В одних помещениях наблюдался перегрев: 25-27оС, а в других недогрев: 12-14оС. Это связано с несколькими причинами:

для балансировки системы отопления проектировщики предусмотрели шайбы, а монтажники их не врезали, мотивируя это тем, что «все равно они засорятся через 2-3 недели»;

отдельные отопительные приборы выполнены без замыкающих участков, их поверхность завышена, что приводит к перегреву отдельных помещений.

Кроме того, для того чтобы обеспечить циркуляцию и нормальную температуру, в недогретых помещениях, концевые стояки работали на «сброс», что приводило к утечкам воды 20-30 т в сутки и это при независимой схеме!!!

Система приточной вентиляции не работает, а это недопустимо, так как в здании установлены термостатические окна с низкой воздухопроницаемостью.

По просьбе Заказчика специалисты ХЦЭС установили на стояках балансировочную арматуру и провели балансировку системы отопления. В результате этого температура в помещениях выровнялась и составила 20-22оС, подпитка системы сократилась до нуля, а экономия тепловой энергии составила около 30%. Наладка системы вентиляции не проводилась.

Пример 2. Институт повышения квалификации врачей.

Введен в эксплуатацию в октябре 2002 . Система ГВС закрытая, система отопления однотрубная без термостатов подключена по независимой схеме.

После запуска системы отопления были выявлены следующие недостатки: система отопления не сбалансирована, арматура для регулировки системы отсутствует (проектом даже не предусмотрены дроссельные шайбы). Температура воздуха в помещениях изменяется от 18 до 25оС, причем для того, чтобы довести температуру в угловых помещениях до 18оС пришлось увеличить расход тепла в 3 раза по сравнению с требуемым. То есть если теплопотребление здания уменьшить в три раза, то в большинстве помещений будет температура 18-20оС, но при этом в угловых помещениях температура не превысит 12оС.

Эти примеры распространяются на все вновь введенные здания с независимыми схемами отопления в г. Хабаровске: цирк и гостиница цирка (в гостинице открыты форточки (перетоп), а в закулисной части холодно (недотоп), жилые дома по ул. Фабричной, ул. Дзержинского, терапевтический корпус Железнодорожной больницы и т. д.

С проблемой №2 тесно сплетается проблема №3.

Проблема №3. Необходимость в техническом обслуживании современных систем теплоснабжения.

Как показывает наш трехлетний опыт, современные системы теплоснабжения зданий, выполненные с использованием энергосберегающих технологий, в процессе эксплуатации нуждаются в постоянном уходе. Для этого необходимо привлекать высококвалифицированных, специально обученных специалистов, используя специальные технологии и инструменты.

Покажем это на примерах автоматизированных тепловых пунктов внедренных в г. Хабаровске.

Пример 1. Тепловые пункты, не обслуживаемые специализированными организациями.

В 1998 г. в г. Хабаровске было введено в эксплуатацию здание Хакобанка по улице Ленинградской г. Хабаровска. Система теплоснабжения здания была спроектирована и смонтирована специалистами из Финляндии. Оборудование использовано также финское. Система отопления выполнена по независимой двухтрубной схеме с термостатами, снабжена балансировочной арматурой. Система ГВС закрытая. Обслуживалась система специалистами банка. В первые три года эксплуатации во всех помещениях поддерживалась комфортная температура. Через 3 года пошли жалобы от жильцов отдельных квартир на то, что в квартире «холодно». Жильцы обратились в ХЦЭС с просьбой обследовать систему и помочь наладить «комфортный» режим.

Обследование ХЦЭС показало: система автоматического регулирования не работает (вышел из строя погодный регулятор ECL), теплообменные поверхности теплообменника системы отопления засорились, что привело к уменьшению его теплопроизводительности примерно на 30% и разбалансировке системы отопления.

Аналогичная картина наблюдалась на жилом доме по ул. Дзержинского 4, где современная система теплоснабжения обслуживалась силами жильцов.

Пример 2. Тепловые пункты, обслуживаемые специализированными организациями.

На сегодняшний день на обслуживании в Хабаровском центре энергоресурсосбережения находится около 60 автоматизированных тепловых пунктов. Как показал наш опыт эксплуатации, в процессе обслуживания таких узлов возникают следующие проблемы:

очистка фильтров, установленных перед теплообменниками ГВС и отопления и перед циркуляционными насосами;

контроль за работой насосов и теплообменного оборудования;

контроль за работой автоматики и регулирования.

Качество теплоносителя и, даже холодной воды, в г. Хабаровске очень низкое и поэтому постоянно возникает проблема очистки фильтров, которые установлены в первичном контуре теплообменников ГВС и отопления, перед циркуляционными насосами во вторичном контуре теплообменников. Например, при запуске в эксплуатацию в отопительном сезоне 2002/03г. блока жилых домов по переулку Фабричному, в каждом из которых был смонтирован ИТП, фильтр установленный в первичном контуре теплообменника отопления пришлось промывать 1-2 раза в день в течение первых 10-ти дней после запуска и затем, в последующие две недели, не менее одного раза в 2-3 дня. На здании цирка и гостиницы цирка в отопительном сезоне 2001/02г. пришлось промывать фильтр холодной воды 1-2 раза в неделю.

Казалось бы, что очистка фильтра, установленного в первичном контуре, это рутинная операция, которую может выполнить неквалифицированный специалист. Однако, для очистки (проливки) фильтра необходимо на какое-то время остановить всю систему теплоснабжения, отключить холодную воду, отключить циркуляционный насос в системе ГВС и затем все это снова запустить. Также при отключении системы теплоснабжения для очистки фильтров желательно отключить, а потом перезапустить систему автоматики, чтобы при запуске системы теплоснабжения не возникало гидроударов. При этом если при отключении первичного контура системы ГВС не отключить вторичный контур по холодной воде, то из-за температурных расширений в теплообменнике ГВС может появиться «течь».

Вторая проблема, которая возникает в процессе эксплуатации автоматизированных тепловых пунктов – это проблема контроля за работой оборудования: насосов, теплообменников, приборов учета и регулирования.

Например, часто перед запуском после межотопительного периода циркуляционные насосы находятся в «сухом» состоянии, т. е. не заполнены сетевой водой, и их сальниковые уплотнения засыхают, а иногда даже прикипают к валу насоса. Поэтому перед запуском, чтобы избежать протечек сетевой воды через сальниковые уплотнения, необходимо насос несколько раз плавно прокрутить вручную.

Также в процессе эксплуатации необходимо периодически следить за работой регулирующих клапанов, чтобы они не работали постоянно в режиме «закрыто» или «открыто», регуляторов давления, перепада давления и т. д., кроме того необходимо следить за изменением гидравлического сопротивления и теплопередающей поверхности теплообменников.

Контролировать изменения гидравлического сопротивления и площади теплопередающей поверхности теплообменников можно регистрируя или периодически измеряя температуру теплоносителя в первичном и во вторичном контуре теплообменника и перепад давлений и расход теплоносителя в этих контурах.

Например, в отопительном сезоне 2001/02г. в гостинице цирка через месяц после начала эксплуатации резко упала температура горячей воды. Исследования показали, что в начале эксплуатации расход теплоносителя в первичном контуре системы ГВС составлял составлял 2-3 т/час, а через месяц после начала эксплуатации он составлял не более 1 т/час. Это произошло из-за того что первичный контур теплообменника ГВС оказался забит продуктами сварки (окалиной), что привело к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению площади теплопередающей поверхности. После того, как теплообменник был разобран и промыт, температура горячей воды достигла нормы.

Как показал опыт обслуживания современных систем теплоснабжения с автоматизированными тепловыми пунктами, в процессе их эксплуатации необходимо осуществлять постоянный контроль и вносить коррективы в работу систем автоматики и регулирования. В Хабаровске в последние 3-5 лет температурный график 130/70 не соблюдается: даже при температуре ниже минус 30оС температура теплоносителя на входе у абонентов не превышает 105оС. Поэтому специалисты ХЦЭС, обслуживающие автоматизированные тепловые пункты, на основе статистических наблюдений за режимом теплопотребления объектов перед началом отопительного сезона для каждого объекта вносят в контроллер свой температурный график, который затем корректируют в течение отопительного сезона.

Проблема обслуживания автоматизированных тепловых пунктов тесно связана с отсутствием достаточного количества высококвалифицированных специалистов, которых целенаправленно не готовят в пределах Дальневосточного региона. В Хабаровском центре энергоресурсосбережения обслуживанием автоматизированных тепловых узлов занимаются специалисты – выпускники кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Хабаровского государственного технического университета, прошедшие обучение на фирмах-изготовителях оборудования (Данфос, Альфа-Лаваль и т. д.).

Отметим, что ХЦЭС является региональным сервисным центром фирм-поставщиков оборудования для автоматизированных тепловых пунктов, таких как: Данфос (Дания) – поставщик контроллеров, термодатчиков, регулирующих клапанов и т. д.; Вило (Германия) - поставщик циркуляционных насосов и насосовой автоматики; Альфа-Лаваль (Швеция-Россия) – поставщик теплообменного оборудования; ТБН «Энергосервис» (Москва) – поставщик теплосчетчиков и пр.

В соответствии с соглашением о сервисном партнерстве, заключенном между ХЦЭС и фирмой Альфа-Лаваль, ХЦЭС проводит работы по обслуживанию теплообменного оборудования фирмы Альфа-Лаваль, используя для этого персонал, прошедший обучение в сервисном центре Альфа-Лаваль, и используя для этих целей только разрешенные к эксплуатации Альфа-Лаваль оригинальные запасные части и материалы.

В свою очередь Альфа-Лаваль поставило ХЦЭС оборудование, инструмент, расходные материалы и запасные части, необходимые для обслуживания пластинчатых теплообменников компании Альфа-Лаваль, провело обучение специалистов ХЦЭС в своем сервисном центре.

Это позволяет ХЦЭС осуществлять разборную и безразборную промывку теплообменников непосредственно у потребителей в г. Хабаровске.

Поэтому все вопросы, связанные с эксплуатацией и ремонтом оборудования автоматизированных тепловых пунктов, решаются на месте - в г. Хабаровске.

Отметим также, что в отличие от других фирм, занимающихся внедрением автоматизированных тепловых пунктов, ХЦЭС устанавливает более дорогое, но более надежное и более качественное оборудование (например, разборные, а не паянные теплообменники, насосы с сухим, а не мокрым ротором). Это гарантирует надежную работу оборудования в течение 8-10 лет.

Использование же дешевого, но менее качественного оборудования не гарантирует бесперебойную работу автоматизированных тепловых пунктов. Как показывает наш опыт, а также опыт других фирм , это оборудование выходит из строя, как правило, через 2-3 года и потребитель начинает ощущать тепловой дискомфорт (см., например, пример 1 из проблемы № 3).

Тепловые испытания теплообменников, проведенные в г. Санкт-Петербурге , показали:

Снижение тепловой эффективности теплообменного аппарата составляет после первого года 5%, после второго – 15%, после третьего более 25 %, после четвертого – 35 %, а после пятого – 40-45%;

Снижение теплопроизводительности аппарата и коэффициента теплопередачи связано с загрязнением поверхности теплообмена как со стороны первичного контура, так и со стороны вторичного контура; эти загрязнения проявляются в виде отложений, причем со стороны первичного контура отложения имеют коричневый цвет, а со стороны вторичного – черный;

Коричневый цвет отложений определяется в основном окислами железа, которые образуются в сетевой воде из-за коррозии внутренней поверхности трубопроводов теплотрасс; данные загрязнения со стороны первичного контура легко удаляются с помощью мягкой тряпки под струей теплой воды;

Черный цвет отложений вторичного контура определяется, в основном, органическими соединениями, которые в большом количестве находятся в воде вторичного контура, которая циркулирует по замкнутому контуру системы отопления здания и не подвергается никакой очистке; удалить отложения со стороны вторичного контура тем же способом, что и с первичного не удается, так как они являются не рыхлыми, а плотными; для очистки теплообменных пластин со стороны вторичного контура приходилось пластины замачивать в керосине на 15-20 мин., а затем они протирались со значительными усилиями влажными тряпками, смоченными в керосине;

Вследствие того, что биологические отложения, образующиеся на пластинах со стороны вторичного контура, имеют очень сильное сцепление (адгезию) с поверхностью металла, безразборная химическая промывка вторичного контура не дает удовлетворительных результатов .

Дешевое оборудование, как правило, используют те внедренческие фирмы, которые не занимаются сервисным обслуживанием внедренного ими оборудования, так как для этого требуется иметь соответствующее оборудование и материалы, а также квалифицированный персонал, т. е. вкладывать значительные средства в развитие своей производственной базы.

Поэтому потребитель находится перед выбором:

Затратить минимум капвложений и внедрить дешевое оборудование (мокророторные насосы, паяные теплообменники и т. д.), которое через 2-3 года в значительной мере утратит свои свойства или придет в полную негодность; при этом эксплуатационные затраты на ремонт и поддержание оборудования после 2-3 лет резко возрастут и могут быть того же порядка, что и первоначальные вложения;

Затратить максимум капвложений, внедрить надежное дорогостоящее оборудование (разборные теплообменники проверенных фирм, например. Альфа-Лаваль, сухороторные насосы с частотным приводом, надежную автоматику и т. д.) и за счет этого значительно снизить свои эксплуатационные расходы.

Выбор остается за потребителем, но не надо забывать, что «скупой платит дважды».

Резюмируя вышеизложенное можно сделать следующие выводы:

1. В Хабаровске в последние 2-3 года начался процесс перехода с устаревших «открытых» систем к современным «закрытым» системам теплоснабжения с внедрением энергосберегающих технологий. Однако чтобы ускорить этот процесс и сделать его необратимым, необходимо:

1.1. Переломить психологию Заказчиков, проектировщиков, монтажников и эксплуатационников, которая заключается в следующем: проще и дешевле внедрять устаревшие традиционные схемы теплоснабжения с однотрубными системами отопления и элеваторными узлами, которые не нуждаются в обслуживании и регулировке, чем создавать себе дополнительную боль и финансовые затруднения, переходя к современным системам теплоснабжения с системами автоматики и регулирования. То есть построить объект с минимумом капитальных затрат, затем передать его, например, муниципалитету, который должен будет выискивать средства на эксплуатацию этого объекта. В результате крайним снова окажется потребитель (гражданин), который будет потреблять «ржавую» воду из системы теплоснабжения, мерзнуть зимой от недотопа и страдать от жары в переходный период (октябрь, апрель) при перетопе, осуществляя форточное регулирование, что приводит к простудным заболеваниям из-за сквозняков.

1.2. Создать специализированные организации, которые бы занимались всей цепочкой: от проектирования и монтажа до пусконаладки и обслуживания современных систем теплоснабжения. Для этой цели необходимо проводить целенаправленную работу по подготовке специалистов в области энергосбережения.

2. При проектировании этих систем необходимо тесно увязывать между собой все элементы систем теплоснабжения: отопление, вентиляцию и ГВС, учитывая не только требования СНиПов и СП, но и рассматривая их под углом с точки зрения эксплуатационников.

3. В отличие от устаревших, традиционных систем, современные системы нуждаются в обслуживании, которое могут осуществлять только специализированные организации, имеющие специальное оборудование и высококвалифицированных специалистов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. О практике применения двухтрубных систем отопления// Инженерные системы. АВОК. Северо-Запад, №3, 2002г.

2. Лебедев гидравлики систем ОВК// АВОК, №5, 2002г.

3. Иванов эксплуатации пластинчатых подогревателей в условиях г. Санкт-Петербурга// Новости теплоснабжения, №5, 2003г.