Нижче наведена оцінка потенційної економії природного газу за рахунок заміни центральних теплових пунктів на індивідуальні теплові пункти.
На 01.01.2010 в ПАТ "КИЇВЕНЕРГО" залишаються в експлуатації 1221 ЦТП.
Частка витрат тепла на гаряче водопостачання складає 14,22 або 954 ГКал/год. Середні втрати тепла в ЦТП - 20 %, або 191 ГКал/год.
За рік втрати - 1673160 ГКал. Це 220,857 млн. м-3 природного газу, або з урахуванням не менше 10 % втрат в тепловій мережі 243 млн. м-3.
Вартість втрат від експлуатації ЦТП за рік складуть близько 400 млн. гривень.
Вартість облаштування ІТП замість існуючих 1221 ЦТП вираховуємо з розрахунку, що від ЦТП теплопостачання надходить в середньому на 4,65 будинку.
Загальна кількість ІТП, що необхідно облаштувати, 1121 х 4,65 = 5212 одиниць.
Крім того, необхідна реконструкція існуючих 821 ІТП з застарілим обладнанням.
Загалом необхідна реконструкція та будівництво 6033 ІТП.
Загальна вартість облаштування 6033 ІТП складе 6033 х 0,5 = 3016,5 млн. гривень.
Це мінімальні затрати на роботи по заміні ЦТП на ІТП.
Окупність облаштування ІТП та ліквідації ЦТП 3016,5 / 400 = 7,54 року.
Адреси запропонованих до ліквідації ЦТП та житлових будинків, що отримують теплопостачання та гаряче водопостачання від цих ЦТП, де планується встановити ІТП, наведено в таблиці 11.1.
Рекомендується виконання робіт по ліквідації ЦТП та встановленню ІТП в кожному будинку, що отримував теплопостачання та гаряче водопостачання від ЦТП, що ліквідуються, розпочинати з ЦТП з найбільшим терміном експлуатації, побудованих у 50 - 60-тих роках минулого століття. Ці теплопункти мають термін експлуатації близько 50 років.
Адреси запропонованих до реконструкції ІТП з застарілим обладнанням наведено в додатку N 3 програми (таблиця 11.2).
Ще 332 ЦТП можливо залишити в експлуатації за умови їх технічної реновації.
При ліквідації 889 центральних теплових пунктів ліквідується не менше 300 кілометрів мереж гарячого водопостачання, що значно збільшить надійність постачання гарячої води, зменшить аварійність на теплових мережах, оскільки теплові мережі гарячого водопостачання мають найменший термін експлуатації та найбільшу кількість пошкоджень.
12. ПРИЛАДИ АВТОМАТИЗАЦІЇ, ДИСПЕТЧЕРИЗАЦІЇ, КОНТРОЛЮ, ДІАГНОСТИКИ
12.1. Прилади пошуку пошкоджень теплових мереж
Вузловим моментом розв'язання проблем комунальної енергетики та забезпечення енергетичної безпеки держави на даний момент є належне утримання теплових мереж. Безперебійна та економічна робота систем централізованого теплопостачання залежить, головним чином, від якості теплових мереж і від того, наскільки правильно здійснюється їхня технічна експлуатація. Наявні застосовувані відомі методи та засоби контролю теплотрас не відповідають повною мірою задачам точного визначення місць пошкоджень теплопроводів і стану їхньої теплоізоляції. У зв'язку з цим особливо актуальною є проблема переобладнання існуючих контрольно-вимірювальних підрозділів з застосуванням сучасних ефективних методів діагностики, а також спеціалізованої апаратури, що відповідає всім вимогам проведення контролю тепломереж у системах теплопостачання як безканальної, так і канальної прокладки.
Аналіз розподілу тепломереж по системі теплопостачання м. Києва та їхньої протяжності свідчить, що протяжність тепломереж, на яких доцільно застосувати нове обладнання, досягає 2200 км.
У зв'язку з цим пропонується необхідне забезпечення теплогенеруючих та тепопостачаючих підприємств ПАТ "КИЇВЕНЕРГО" приладами діагностики та знаходження пошкоджень теплових мереж.
12.2. Прилади обліку, реєстрації, контролю, регулювання, диспетчеризації та управління
Основну увагу та інвестування необхідно вкладати в закупівлю та встановлення сучасних приладів обліку, реєстрації, контролю, регулювання та управління на теплогенеруючих об'єктах ТЕЦ, станціях теплопостачання, котельнях та на розподільчих об'єктах теплової енергії до споживачів - насосних станціях, теплових пунктах.
При комплексному застосуванні приладів і систем для автоматизації управління, контролю, захисту, диспетчеризації теплоенергетичних об'єктів системи теплопостачання м. Києва питома економія палива складе 4 - 6 %, або 99628 - 149442 тис. т. у. п., а також буде досягнуто зниження тарифу на тепло за рахунок зменшення невиробничих витрат. Термін окупності складе 4 - 6 років.
13. ОРГАНІЗАЦІЙНІ ЗАХОДИ З ОПТИМІЗАЦІЇ УПРАВЛІННЯ, ЗАХОДИ З ЕНЕРГОФЕКТИВНОСТІ
13.1. Структура системи управління системи теплопостачання м. Києва. Створення автоматизованої системи диспетчерського керування тепловими мережами і джерелами міста Києва (АСДК ТМ)
Основною теплопостачальною та теплорозподільчою організацією міста є ПАТ "КИЇВЕНЕРГО".
Оперативне управління ПАТ "КИЇВЕНЕРГО" відпрацьоване багаторічним досвідом експлуатації надзвичайно складної системи теплопостачання, що нерозривно пов'язана з системою електрогенерації, газопостачання, водопостачання та каналізації та інших ланок комунального господарства міста.
Але вся існуюча система диспетчерського управління тепловими мережами та джерелами теплопостачання та електрогенерації міста діє тільки в "ручному" "телефонному" режимі. Потреби підвищення ефективності управління надзвичайно складною системою теплопостачання міста вимагають створення сучасної автоматизованої системи диспетчерської системи вимірювання технологічних параметрів на об'єктах і мережах теплопостачання та споживання - передача їх до відповідних центрів, обробка на ЕВМ, вироблення рекомендацій та рішень для керування тепловими мережами і джерелами.
Ця система повинна бути складовою частиною автоматизованої системи диспетчерського керування комунального господарства міста в цілому, яку необхідно створити.
Для створення автоматизованої системи диспетчерського керування тепловими мережами і джерелами міста Києва в ПАТ "КИЇВЕНЕРГО" розроблено "Концепцію впровадження автоматизованої системи диспетчерського керування тепловими мережами та джерелами".
Пропонується взяти цю концепцію за основу та в строки виконання програми модернізації системи теплопостачання м. Києва на 2011 - 2015 роки виконати два етапи побудови автоматизованої системи диспетчерського керування тепловими мережами і джерелами міста Києва (АСДК ТМ).
Перший етап включає в себе:
1. Розробка технічної документації (проектні роботи).
2. Комплектація обладнання та розробка програмного забезпечення для всього створюваного АСДК ТМ.
3. Створення системи автоматизованого ведення диспетчерської документації - на всіх рівнях диспетчеризації.
4. Оновлення програмного забезпечення для моделювання теплових мереж та режимів їх роботи (придбання 3-х робочих місць ІГС "ТГИД-05", КарГТУ "Сіріус", м. Караганда, або розробка подібного програмного забезпечення в Україні). Конвертування наявних даних під ІГС "ТГИД - 05".
Другий етап.
На цьому етапі створюються системи графічного ведення та відображення оперативних та експлуатаційних схем - на рівні ОДУ ТМК та ДС ТРМК.
Графічний комплекс, що поставляється на цьому етапі, повинен бути не тільки як інтерфейс для відображення даних розрахунку й формування стану моделі, але й засобом для автоматизованої підготовки розрахункової моделі та відображення на карті міста оперативної схеми теплових мереж і основних об'єктів (теплоджерел, насосних, павільйонів і місць розташування оперативних (ремонтних) бригад), а також стану основного устаткування.
На другому етапі необхідно вирішити питання автоматизації збору, обробки та передачі в системи відображення оперативної деталізованої інформації про поточний стан обладнання і параметрів технологічного процесу та питання відображення сигналів технологічної сигналізації від об'єктів контролю.
За межами дії програми модернізації системи теплопостачання м. Києва, на 2011 - 2015 роки залишаються 3-й та 4-й етапи створення АСДК ТМ, які включають наступне.
Третій етап.
Це етап впровадження систем контролю за роботою обладнання (інформаційних систем (ІС) об'єктів контролю) та програмного комплексу розрахунку режимів і формування моделі потокового режиму в реальному часі, з підготовленими й налагодженими відповідними розрахунковими схемами на основі моделі мережі й отриманих від ОІК телевимірювань (ТВ) і телесигналів (ТС), пакета програм для побудови тренажера.
Створення систем графічного ведення та відображення оперативних та експлуатаційних схем - на рівні РТМ та УТРМ, у тому числі ручне внесення з АРМ диспетчера РТМ та УТРМ змін в оперативні схеми теплових мереж та з АРМ чергового персоналу основних об'єктів (теплоджерел, насосних, павільйонів) змін стану основного устаткування.
Четвертий етап.
Це етап забезпечення автоматизації: обробки накопичених даних, аналізу режимів роботи й вироблення рекомендацій по оптимізації схемних рішень, а також завантаження насосних станцій і джерел, аналізу надійності та ймовірності відмов у роботі обладнання.
На цьому етапі закінчується створення системи реєстрації подій за даними телевимірювання та телесигналізації.
Орієнтовна вартість етапів та строки реалізації:
1-й етап - 3 роки, 15500 тис. грн.;
2-й етап - 2 роки, 5500 тис. грн.;
3-й етап - 3 роки, 5400 тис. грн.;
4-й етап - 2 роки, 3200 тис. гривень.
За наявності достатнього фінансування необхідно створювати автоматизовану систему диспетчерського керування тепловими мережами і джерелами міста Києва, якнайшвидше, з підпорядкуванням її КМДА, в термін до 5 років.
Вищенаведена концепція включена до плану заходів програми. Але ця концепція охоплює тільки верхній рівень управління. Ефективність управління тепловиробництвом, транспортуванням тепла та теплорозподіленням необхідно підвищувати на всіх рівнях з застосуванням сучасного обладнання, засобів обчислювальної техніки, інтелектуальних та адаптивних систем вимірювання, регулювання збирання та передачі інформації по каналах дротового та бездротового зв'язку. Практично в концепції відсутні реальні споживачі. Необхідно організувати збір та обробку даних про споживання теплоенергії в реальному часі та вироблення відповідних рішень в центрі управління.
13.2. Загальні питання з оптимізації управління теплоспоживання будинку або групи будинків
Основним завданням організації управління енергоспоживання є підтримання комфортних енергоощадних параметрів теплозабезпечення населення м. Києва.
У системах опалення цими параметрами зазвичай є температура всередині приміщень і температура теплоносія. Подача тепла коригується відповідно до потреб, при цьому використовується тільки така кількість тепла, яка потрібна для створення сприятливого клімату всередині приміщень.
На рис. 13.1 відображений принцип роботи системи регулювання. Для підтримки бажаної кімнатної температури користувач регулює вручну теплове навантаження радіатора з допомогою терморегулятора.
Можливість регулювання теплового навантаження вкрай необхідна, оскільки потреби в теплі в приміщенні постійно змінюються в залежності від погодних умов і вимог користувачів.
Зазвичай замість ручного управління використовується автоматичне керування (рис. 13.2).
На теплове навантаження впливають теплові втрати і теплонадходження. Величина тепловтрат залежить від стану огороджувальних конструкцій будівлі і від різниці температур зовнішнього повітря і повітря приміщення (див. розділ термосанація). Теплонадходження включають в себе сонячне тепло, а також тепло від джерел світла або іншого устаткування і людей. Порівнюючи величину бажаної кімнатної температури з фактичною, при її регулюванні можна цю різницю температур звести до мінімуму.
Область застосування різних систем регулювання
У країнах Центральної та Східної Європи широко використовуються системи централізованого теплопостачання разом з системами центрального опалення будівель з вбудованими та даховими котельнями.
У системах централізованого теплопостачання теплове навантаження регулюється централізовано на джерелі теплопостачання або у центральному тепловому пункті і залежить від температури зовнішнього повітря шляхом зміни температури теплоносія. При такому регулюванні неможливо врахувати індивідуальні вимоги споживачів, пов'язані, наприклад, з особливими властивостями огороджувальних конструкцій чи бажанням мати свій мікроклімат. Обладнавши тепловий пункт будинку місцевої системою автоматичного регулювання, можна буде взяти до уваги перераховані вимоги.
Центральні системи опалення будинку з даховою або вбудованою котельнею зазвичай обладнані тільки засобами ручного регулювання. Ефективність цих коштів обмежена через те, що мешканці рідко ними користуються. Модернізація систем з установкою засобів автоматичного регулювання дозволить зменшити витрату палива в котельні.
Не можна не відзначити, що ефективність автоматичного регулювання вище там, де є технічна можливість підтримки комфортних температур внутрішнього повітря.
В вітчизняних системах опалення, розрахованих на підтримку у помешканнях допустимої температури 18° C, яка більшістю людей сприймається як недостатня, можливості зменшення теплової потужності опалювальних приладів засобами автоматичного регулювання обмежуються короткочасними періодами випадкових теплонадходжень від сонячного випромінювання або від інших джерел.
Ще недавно вважалося, що значна кількість теплової енергії витрачається даремно в період так званого зрізання опалювального графіка, тобто навесні та восени, коли в теплових мережах підтримувалася вища, ніж була потрібна для опалення, температура води з тим, щоб забезпечити потреби систем гарячого водопостачання. У нинішній економічній ситуації теплопостачальні організації, які відчувають паливний голод, практично працюють без зрізання графіка, ігноруючи потреби систем гарячого водопостачання. Крім того, зараз опалювальний сезон починається на 2 - 3 тижні пізніше, а закінчується раніше, а це означає, що значна частина резерву енергозбереження, призначеного для систем автоматичного регулювання, сьогодні на практиці реалізується адміністративним методом. У цих умовах масова установка автоматичних регуляторів витрати тепла навряд чи приведе до помітних результатів, якщо не почати модернізацію систем з установки теплолічильників і створення господарського механізму енергозбереження, який буде зацікавлювати теплопостачальні організації продавати тепла більше, а споживачів - купувати менше. Тільки після цього масове застосування приладів автоматичного регулювання в Україні стане справою реальною та вигідною. Але вже зараз значна кількість побудованих та якісно відремонтованих квартир (біля 10 - 15 %) обладнані такими приладами.
Можливості регулювання температури всередині приміщення жителями обмежені кранами, встановленими на радіаторах, а у випадку з конвекторами - регульованими заслінками. В більшості випадків ці пристрої або відсутні, або не працюють. Зокрема, однотрубні системи не завжди обладнані кранами, що приводить до перегріву приміщень, і єдиний спосіб зниження температури - це відкриття вікон.
Обладнавши радіатор автоматичним регулятором, можна підтримувати бажану температуру з використанням теплонадходжень.
Вартість і рівень трудовитрат при такій модернізації у великій мірі залежать від конструкції системи опалення. Для вертикальної однотрубної системи ці витрати будуть більші ніж для двотрубної.
Незалежно від того, встановлені регулятори чи ні, необхідною умовою ефективної роботи системи є її гідравлічна ув'язка, яка сприяє економії енергії, забезпечуючи потрібні витрати теплоносія.
При модернізації системи опалення засобами регулювання рекомендується зробити автоматизацію управління системи гарячого водопостачання, яка включає в себе обмеження температури води, що подається, і керування циркуляційним насосом.
Сучасні пристрої для регулювання систем опалення і гарячого водопостачання, що встановлюються в котельнях або у тепловому пункті системи централізованого теплопостачання, зазвичай об'єднуються в одному регуляторі, який включає в себе накопичувач даних (напр., вибір температурного графіка, заданої температури в приміщеннях), програми включення і відключення устаткування за часом, записи вимірюваних параметрів (напр., температури) і програми введення команд (напр., управління вентилями, насосами, пальника:ми), виконуваних мікропроцесором.
В цілому ефективна система управління складається з двох елементів:
• Центральне управління в котельні чи тепловому пункті.
• Індивідуальні радіаторні засоби регулювання.
Таблиця 13.3 може бути керівництвом щодо застосування різних типів регулюючого обладнання для систем опалення
Таблиця 13.3
Порівняння регулюючого обладнання для систем опалення житлових будинків
Таблицю 13.3, що регламентує бажану область застосування відмінних систем регулювання для систем опалення житлових будівель, можна було б доповнити або уточнити окремі її положенні.
Зокрема, рекомендація не застосовувати ручне регулювання представляється передчасною в умовах нашого міста, де ще немає достатнього виробництва приладів автоматики, а для закупівель по імпорту немає коштів. Видається, що за неодмінної умови обладнання систем опалення приладами обліку витрат тепла, істотну позитивну роль у досягненні економії тепла могли б на першому етапі зіграти радіаторні термоголовки, якщо встановлювати, наприклад, кульові клапани або іншу добре працюючу арматуру, а не крани типу КРП або КРТ, шпиндель яких у процесі експлуатації повернути неможливо без ризику порушити герметичність системи.
Рекомендація про можливість застосування систем з радіаторними термостатичними клапанами без центрального регулювання в індивідуальному тепловому пункті (ІТП) будівлі тільки для невеликих систем опалення конкретизована у змінах до діючих норм проектування систем опалення, що введені в Україні з 1996 року, де зазначено, що регулятори в ІТП допускається не встановлювати, якщо опалювальні прилади забезпечені індивідуальними регуляторами, а теплова потужність системи опалення не перевищує 150 кВт.
Було б правильно доповнити таблицю системами пофасадного автоматичного регулювання, які можуть ефективно застосовуватися в протяжних будівлях з ясно вираженою двосторонньою орієнтацією фасадів, адекватно реагуючи на вплив сонячного випромінювання.
При дообладнанні існуючих систем опалення приладами автоматичного регулювання слід серйозну увагу приділити можливим неприємностям, пов'язаним з гідравлічною розладкою системи. Для того, щоб регулятор добре працював, у трубопроводах повинна бути достатня різниця тисків, якої в більшості існуючих систем немає. Навряд чи можлива установка регуляторів у системі, де побудником циркуляції є елеватор. Слід враховувати, що таблиця складена для систем опалення, що застосовуються в західних країнах, де установка циркуляційного насоса в ІТП є правилом. На сучасних модульних ІТП, які поставляються "ДАН" та іншими постачальниками, це враховано.
Система управління теплопостачанням складається з двох елементів:
1. Централізоване управління в котельні, будинку (групі будинків) або тепловому пункті (ЦТП або ІТП).
2. Індивідуальні засоби управління та регулювання в житловому приміщенні (квартирі).
Централізоване управління та регулювання у споживачів теплоенергії
Перевагами центрального регулювання є:
• Зменшення втрат при розподілі тепла;
• Підвищення ефективності роботи радіаторних терморегуляторів;
• Зменшення часу роботи системи опалення з урахуванням фактичних потреб.
Зменшення втрат при розподілі тепла досягається шляхом зниження температури теплоносія в трубопроводах, яка регулюється в залежності від фактичного теплового навантаження будівлі з урахуванням температури зовнішнього повітря і теплозахисних характеристик будівлі.
Додаткова економія може бути отримана в результаті зниження температури приміщень шляхом зменшення температури теплоносія або відключення котла в періоди зниженого теплоспоживання, наприклад, у нічний час. Якщо немає небезпеки заморожування систем, ефективність роботи системи опалювання може бути підвищена шляхом відключення пальникових пристроїв у ці періоди часу. Центральне регулювання забезпечує ефективність роботи пристроїв індивідуального регулювання, виконуючи попереднє більш грубе регулювання з подальшим більш точним коригуванням радіаторними терморегуляторами, діапазон індивідуального регулювання яких таким чином зменшується. Функції центрального регулювання виконує блок центрального управління.
За допомогою блоку центрального управління можна отримати додаткову економію. Наприклад, при необхідності він може виконувати функцію управління роботою циркуляційного насоса, і, тим самим, економити електроенергію шляхом відключення насоса в періоди зниження теплового навантаження. Необхідними елементами центрального регулювання є:
• регулювання температури теплоносія в залежності від погодних умов;
• зниження температури теплоносія або відключення системи в ті періоди часу, коли воно не потрібно (напр., вночі).
Існують два типи регулюючих пристроїв для зміни температури теплоносія в системі централізованого управління.
Перший спосіб полягає в тому, що температура води на виході з котла була на постійному рівні, температура води в подавальному трубопроводі системи опалення регулюється підмішуванням води з кратного трубопроводу. Для підтримання постійної температури води на виході з котла необхідно забезпечити відповідне управління роботою пальників.
Іншим способом є зміна температури води на виході з котла при безпосередньому управлінні роботою пальників. У цьому випадку включення, відключення і безперервний контроль роботи пальників здійснюються в залежності від температури зовнішнього повітря. Для реалізації цього способу необхідна спеціальна конструкція котла, однак при цьому можна отримати додаткову економію. Спосіб застосовний для низькотемпературних котлів, які можуть працювати при низькій температурі теплоносія. У цих котлах температура відхідних газів не опускається нижче температури точки роси, якщо не передбачений захист від корозії внаслідок впливу конденсату, що випадає із продуктів згоряння. Такий тип управління дозволяє підвищити ефективність роботи котла за рахунок зменшення часу його холостої роботи та втрат теплової енергії внаслідок зупинки котла. Таким чином другий спосіб дозволяє отримати велику економію в порівнянні з першим.
При регулюванні відповідно до погодних умов на теплових пунктах систем централізованого теплопостачання в якості виконавчого механізму використовуються регулюючі клапани чи елеватори.
Регулюючі клапани можуть використовуватися як у системах із залежним, так і з незалежним приєднанням до теплової мережі. Подача теплової енергії коригується залежно від фактичного теплового навантаження на тепловому пункті шляхом зміни витрати теплоносія в системі централізованого теплопостачання.
Регулювання за допомогою елеватора використовується тільки в системах з залежним приєднанням до теплової мережі без теплообмінників, тобто там, де вода системи централізованого теплопостачання надходить безпосередньо в трубопровід будівлі.
За допомогою елеватора зворотна вода змішується з водою з трубопроводу, що подається для отримання необхідної температури теплоносія. Крім того, вода в системі опалення будинку циркулює за рахунок різниці тиску в трубопроводах системи централізованого теплопостачання, і необхідність у додатковому циркуляційному насосі відпадає.
Майже всі опалювальні системи житлових і громадських будівель, побудованих в Києві протягом останніх десятиліть, приєднані до системи централізованого теплопостачання, в якій центральне якісне регулювання має забезпечуватися на джерелі теплопостачання.
Основна умова - температура води в подавальному трубопроводі централізованої системи теплопостачання завжди повинна відповідати поточній температурі зовнішнього повітря, тоді температура води в системах опалення відповідала би потрібному значенню при постійних коефіцієнтах змішування на абонентських вводах, і в завдання регуляторів індивідуальних теплових пунктів входила б тільки пофасадна зміна теплової потужності в залежності від впливу вітру і сонячного випромінювання.
Було б правильно підтримувати температуру теплоносія на потрібному рівні саме на джерелі, однак реальний температурний графік теплової мережі часто відрізняється від теоретичного.
Існують і так звані зрізання графіка. Верхня зрізка адміністративно обмежує найвищу температуру води на рівні 120 або 130° C при розрахунковому значенні 150° C, а нижня встановлює мінімальне значення температури в подаючому трубопроводі на рівні 70° C, навіть якщо за температурним графіком потрібна більш низька температура.
Нині температурний графік практично не витримується. У 1994 році верхня зрізка опалювального графіка Київської теплової мережі у зв'язку з дефіцитом палива була директивно встановлена на рівні 95° C, а фактична температура води в подавальному трубопроводі теплової мережі протягом зими 1994 - 95 років не перевищувала 85° C, в подальшому це стало системою кожного року.
Здавалося б, у цих умовах регулювання температури води, що подається в систему опалення, в індивідуальних теплових пунктах будинків (ІТП) стає особливо актуальним, однак підприємства теплових мереж не дозволять виконати таке регулювання, тому що витрата теплоносія із теплової мережі обмежується дросельною діафрагмою, що оберігає теплову мережу від розрегулювання, яке без сумніву трапилося б, якби кожен споживач намагався власним регулятором встановлювати собі оптимальний температурний графік при загальному дефіциті теплової енергії.
Тому на центральне регулювання в ІТП будівель, приєднаних до мереж централізованого постачання, не варто покладати великі надії в частині підтримки потрібних температур води в холодну пору року, поки підприємства теплових мереж знаходяться в кризовому стані. Необхідно ліквідувати дефіцит теплопостачання в цих районах міста.
Разом з тим таке регулювання може скоротити витрати теплової енергії в періоди нижнього зрізання температурного графіка, час дії якого, хоча і скоротився за останній час, але все ще має місце. Областю ефективного застосування регулювання в ІТП залишаються системи пофасадного регулювання, системи програмного зниження теплової потужності опалювальних систем громадських будівель вночі і в неробочі дні, а також оперативне автоматичне вимикання системи опалення в теплу погоду серед зими з включенням при похолоданні. Регулювання на ІТП дозволяє економити до 20 % енергії.
Регулювання теплоспоживання в індивідуальному тепловому пункті (ІТП) будівлі
При регулюванні в ІТП використовуються ті ж принципи, що і при регулюванні систем опалення будинків з вбудованими котельнями. Температура приміщень регулюється залежно від погодних умов, проте в ІТП використовуються інші регулюючі органи.
ІТП з залежним приєднанням до теплової мережі.
У таких ІТП вода теплової мережі надходить в опалювальну систему, а регулювання виконується за допомогою клапана на трубопроводі (рис. 13.4) або регульованого елеватора (рис. 13.5).
Цей спосіб регулювання може застосовуватися в ІТП усіх типів будівель.
При регулюванні витрати мережної води за допомогою регулюючого клапана температура теплоносія в системі опалення встановлюється в залежності від температури зовнішнього повітря. Характер цієї залежності закладають у блок регулятора. При підвищенні температури зовнішнього повітря вентиль зменшує витрата мережної води і тим самим знижує температуру теплоносія в системі опалення. Циркуляційний насос підтримує постійну витрату води в системі опалення.
Установка регулюючих приладів замість елеваторів на існуючих теплових пунктах не потребує великих витрат. Сучасні циркуляційні насоси, які необхідні при такому регулюванні, практично не вимагають технічного обслуговування, вони малошумні та економічні з погляду споживання електроенергії.
При використанні регульованих елеваторів змінюється коефіцієнт змішування і температура води в системі опалення встановлюється в залежності від температури зовнішнього повітря.
Цей спосіб регулювання може використовуватись на ІТП всіх типів будівлі. Елеватор виконує одночасно функції змішувача та циркуляційного насоса. Перевагами способу є низькі експлуатаційні витрати і відсутність необхідності в установці насоса з електроприводом, проте недоліків більше. До їх числа відносяться складність регулювання та пуску, невеликий діапазон регулювання та недостатня гідравлічна стійкість.
ІТП з незалежним приєднанням до теплової мережі
На теплових пунктах такого типу мережна вода ізольована від води, що циркулює в системі опалення. Теплова енергія від первинного контуру у вторинний передається через поверхню теплообмінника. Така конструкція забезпечує незалежність якості води, що циркулює в будівлі, від якості мережної води. Крім того, перепади тисків у системі централізованого теплопостачання практично не впливають на циркуляцію води в будівлі.
При регулюванні витрати мережної води регулюючим клапаном температура теплоносія в системі опалення встановлюється в залежності від температури зовнішнього повітря.
Цей спосіб регулювання може бути застосований на теплових пунктах усіх типів будинків. Можливе застосування насоса з регульованим числом обертів, що дозволить отримати додаткову економію як теплової, так і електричної енергії.
У вітчизняних системах централізованого теплопостачання системи опалення, як правило, приєднані до теплової мережі по залежній схемі. Основним обладнанням ІТП у будинках залишається елеватор, і однією з актуальних задач енергозбереження є модернізація ІТП із застосуванням сучасних приладів обліку та регулювання.
Таке переобладнання більш ефективне, якщо регулювання температури води в падаючому трубопроводі системи опалення буде виконуватися окремо для кожної пофасадної гілки системи (рис. 13.7).
Для того, щоб система пофасадного регулювання працювала ефективно, датчики температури зовнішнього повітря повинні встановлюватися окремо для кожного фасаду всередині так званого погодного блоку в зоні, що не підлягає впливу прямого сонячного випромінювання (рис. 13.8).
При такій установці датчика система опалення зменшить теплову потужність практично одночасно з початком дії на фасад будівлі сонячного випромінювання, подібно до того як кімната починає прогріватися з першим сонячним променем, що проникло через вікно.
Аналогічно може бути виконана система автоматичного пофасадного регулювання теплової потужності систем опалення з регулюванням елеваторами (рис. 13.9).
ІТП з незалежним приєднанням до теплової мережі
Незалежне приєднання систем опалення до теплової мережі застосовується в Україні, як правило, за вимогами підприємств теплових мереж для будинків з числом поверхів 12 і більше. Незважаючи на цілий ряд експлуатаційних переваг, влаштування систем з незалежним приєднанням було швидше винятком, ніж правилом, тому що зазвичай застосовувалися шумові насоси і громіздкі кожухотрубні теплообмінники потребували будівництва спеціальної будівлі технічного призначення - ІТП, що значно здорожувало будівництво. На сьогодні ситуація змінилася.
З появою на ринку України імпортних безшумних циркуляційних насосів, а також пластинчастих теплообмінників вітчизняного виробництва, можливості застосування систем з незалежним приєднанням при розташуванні всього необхідного обладнання в межах ІТП всередині будівлі помітно розширюються.
Регулювання теплової потужності таких систем буде більш ефективним, якщо воно буде виконуватися окремо для кожного фасаду. Найбільш раціональним є установка ІТП в гідравлічному приміщенні. Для цього необхідно або погодження всіх мешканців будинку, або зміни до ДБН.
Системи опалення з незалежним приєднанням до теплової мережі повинні заповнюватися водою теплових мереж, яка, як правило, пом'якшується і обезкислюєтся на джерелі теплопостачання. Для цього передбачають підживлюючий трубопровід з насосом, якщо він потрібний, з урахуванням висоти будівлі і тисків у трубопроводах теплової мережі. Подачу води через підживлюючий трубопровід в систему рекомендується автоматизувати. Підживлюючий трубопровід повинен приєднуватися після витратоміра теплолічильника. При великому обсязі підживлення на вимогу підприємства теплових мереж для можливості обліку види яка витрачається на підживлення, може бути встановлений водолічильник на зворотному трубопроводі на додаток до витратомірів теплолічильника.
Індивідуальне регулювання
Оскільки центральне регулювання не враховує індивідуальні вимоги і зміну теплових навантажень в окремих кімнатах, важливо, щоб усі радіатори були обладнані індивідуальними регуляторами.
Перевагами індивідуального регулювання є:
• можливість використання теплонадходжень;
• задоволення індивідуальних вимог споживача.
Завданням індивідуального регулювання є підтримання температури в приміщенні на постійному заданому рівні за допомогою регулювання витрати теплоносія через радіатор.
Термостатичні або принаймні ручні вентилі дозволяють використовувати теплонадходження від людей в приміщенні, від освітлення, електрообладнання, а також сонячне тепло. Крім цього, виникає можливість економити енергію, знижуючи температуру в приміщенні, і встановлювати температуру залежно від своїх потреб.
Досвід західноєвропейських країн показує, що при використанні термостатичних вентилів замість звичайних можна заощадити до 10 % енергії, що витрачається. Значно більша економія може бути отримана при установці термостатних вентилів на радіаторах, не обладнаних раніше будь-якими засобами регулювання, що змушувало мешканців відкривати вікна для зниження температури в приміщенні.
Індивідуальні регулюючі органи - ручні або термостатичні вентилі встановлюються на вході води в радіатор і призначаються для регулювання витрати води в залежності від дійсного теплового навантаження приміщення.
Термостатичні вентилі виконують подвійну функцію. Перш за все споживач має можливість регулювати температуру в приміщенні залежно від своїх потреб та незалежно від інших мешканців і центрального регулювання. По-друге, термостатичні вентилі автоматично підтримують задану температуру в приміщенні.
Термостатичні регулятори широко використовуються в країнах ЄС, і виробники цього обладнання мають великий досвід у цій області, в місті Києві вони з кожним роком набувають більш широкого використання.
При ручному регулюванні споживачу доводиться часто коректувати температуру залежно від теплонадходжень в приміщення. Якість регулювання та економія енергії в цьому випадку цілком залежать від споживача.
Автоматичне підтримання температури повітря в кожному приміщенні на бажаному рівні це, ймовірно, найкраща можливість для будь-якого споживача, що цінує комфорт при оптимальних витратах. Слід однак застерегти від спокуси негайної заміни у вітчизняних опалювальних системах усіх непрацюючих чи погано працюючих радіаторних кранів на термостатичні вентилі. У цьому випадку мова не йде про вартість такої заміни. Суттєвою перешкодою для заміни є високий гідравлічний опір термостатичних вентилів, які здатні розрегулювати існуючі опалювальні системи, але і цю перешкоду в принципі можна подолати, якщо грамотно вирішити всі технічні завдання, хоча для цього теж потрібні значні кошти. Треба відзначити, що проти застосування термостатичних вентилів виступають сантехніки ЖЕКів.
Головною перешкодою для широкого застосування термостатичних вентилів в існуючих системах опалення є те, що ці системи спочатку проектувалися на підтримку недостатньої для більшості людей температури 18° C. Хоча перевищення цієї температури в експлуатаційних умовах в якісь короткочасні періоди можливе, але оскільки більшу частину часу люди прагнуть підняти температуру, ніяка автоматика з цим завданням не впорається, якщо в систему надходить мало води або її температура недостатня. У випадках, коли для дитини чи для хворого необхідна більш висока температура в приміщенні, широко практикується догрів електронагрівальними приладами, які виявляться марними при застосуванні термостатичних вентилів на радіаторах основного опалення.
Незважаючи на загальний дефіцит тепла в системах централізованого теплопостачання міста біля 1000 Гкал, є досить багато будівель, які опалюються добре, навіть з надлишком (ж/м Троєщина). Здавалося б, у цих будинках установка індівдуальних автоматичних регуляторів опалення була б доцільною, проте є великі сумніви в тому, що при безконтрольному витрачанні тепла споживачі захочуть обмежити температуру в своїх оселях, виходячи з альтруїстичних концепцій загального блага. Швидше за все їх поведінка буде визначатися відомим прислів'ям "пар кісток не ломить", а якщо вже стане дуже жарко, обиватель, встановивши свій термостатичний вентиль на максимум, віддасть перевагу відкритій кватирці і додатковому надходженню свіжого повітря.
Виходячи з цих посилок, можна рекомендувати установку термостатичних вентилів при будівництві нових і реконструкції старих будівель в системах опалення, розрахованих з урахуванням гідравлічних характеристик термостатичних вентилів, які забезпечують підтримання оптимальної температури в приміщеннях за умови встановлення квартирних приладів обліку витрат тепла.
Індивідуальне регулювання в двотрубних системах опалення
У двотрубних системах можуть бути використані прохідні регулюючі вентилі (рис. 13.10).
Індивідуальне регулювання в однотрубних системах опалення
У країнах Центральної та Східної Європи багатоповерхові будинки обладнані, як правило, однотрубними системами опалення з триходовими кранами, які на практиці іноді не встановлюють.
У зв'язку з тим, що застосування прохідних регулюючих вентилів в однотрубних системах неможливе, були розроблені триходові термостатичні вентилі, що розподіляють потік теплоносія між радіатором і байпасом.
Великий досвід з оснащення однотрубних систем опалення (у випадках, якщо однотрубну систему неможливо замінити на двотрубну) термостатичними вентилями отриманий у колишній НДР, і ці регулятори користуються зараз великим попитом у Східній Німеччині.
Стояк однотрубної системи з триходовим краном і байпасом представлений на рис. 13.11.
Регулювання систем гарячого водопостачання
У цьому розділі розглядається регулювання систем гарячого водопостачання в ІТП і вбудованих котельнях.
Так звані відкриті системи централізованого теплопостачання, що застосовуються в ряді країн Центральної і Східної Європи, в яких мережна вода використовується для гарячого водопостачання, рекомендується в подальшому не застосовувати, тому що вони не можуть бути обладнані ефективними засобами регулювання. Необхідною умовою ефективної роботи регуляторів є гідравлічна стійкість системи, яка не може бути забезпечена через непередбачуване споживання гарячої води для побутових потреб.
Використовувати в таких системах чутливі прилади регулювання не є можливим, не кажучи вже про те, що гаряча вода в цих системах забруднена і непридатна для пиття.
Системи гарячого водопостачання обладнуються швидкісними водопідігрівачами, а також можуть мати баки-акумулятори. Швидкісні водопідігрівачі не вимагають великих капіталовкладень на відміну від баків акумуляторів, які рекомендуються для житлових будинків, так як при цьому знижується теплова потужність ІТП або котла.
Гаряче водопостачання від ІТП
Система гарячого водопостачання, зображена на рис. 13.12, може застосовуватися і в ІТП, при цьому для регулювання температури води в баку замість насоса може використовуватися триходовий змішувальний або прохідний вентиль, регулюючий витрати мережної води. Ця схема широко застосовується в країнах Центральної та Східної Європи, при цьому водопідігрівач підключається послідовно до системи опалення приміщень. Температура води регулюється клапаном, встановленим на трубопроводі мережної води. Нами дані рекомендації регулювання в розділі теплові пункти.
Гаряча вода для побутових потреб житлових і громадських будівель готується, як правило, в центральних теплових пунктах (ЦТП), де встановлюються підвищувальні і циркуляційні насоси та швидкісні водопідігрівачі, з'єднані трубопроводами за двоступеневою змішаною схемою, при якій в гріючий контур водопідігрівача першого ступеня подається вода, яка віддала своє тепло в водопідігрівачі другого ступеня, змішана з водою із зворотного трубопроводу системи опалення (рис. 13.13).
Двоступенева змішана схема дозволяє більш повно використовувати температурний потенціал мережної води, яка завдяки цьому повертається на ТЕЦ або в районну котельню з відносно невисокою температурою, що сприяє зменшенню втрат у мережах і більш економному виробництву електричної енергії на ТЕЦ.
Ефективне приготування гарячої води можливе, якщо буде справно працювати регулюючий клапан, а циркуляційний насос буде подавати достатній обсяг води в будь-який час доби.
У ЦТП зазвичай встановлюють найпростіші регулятори температури прямої дії, що працюють від тиску води в трубопроводах теплової мережі по зливній і беззливній схемі. При гарній експлуатації такі регулятори працюють досить надійно, хоча точність регулювання залишає бажати кращого. На практиці, однак, беззливна схема майже не застосовується, а схема зі зливом води, що викликає помітні втрати мережної води, теж працює не скрізь. У цих умовах робота системи гарячого водопостачання стає причиною значних втрат теплової енергії.
Іншою причиною втрат є недостатня або надмірна циркуляція води в системі гарячого водопостачання. Автоматика тут не передбачається навіть при проектуванні, а на практиці циркуляційні насоси часто взагалі не включають, і люди змушені зливати в каналізацію багато холодної води, перш ніж поллється тепла. Разом з тим, саме через значний шум від циркуляційних насосів гарячу воду готують у досить дорогому окремому спорудженні ЦТП, а не в підвалі будинку, якому ця вода потрібна.
Тепер, коли є технічна можливість застосування компактних пластинчастих теплообмінників і безшумних імпортних насосів, можна влаштовувати бойлерні гарячого водопостачання у підвалах, необхідно відповідний дозвіл Мінрегіонбуду, що було б набагато дешевше, ніж будувати ЦТП і прокладати від них чотирихтрубну тепломережу, яка є найбільш уразливим місцем при експлуатації. Накопичений в останні роки позитивний досвід прибудови бойлерних в декількох десятках київських житлових будинків підтверджує ефективність такого технічного рішення, тим більше, що в цих бойлерних взагалі немає циркуляційного насоса, а постійний рух води в циркуляційному контурі гарячого водопостачання організовано при природному спонуканні (рис. 13.14).
У години, коли не розбирають воду, регулятор Р закриє клапан 10, і через дросельну діафрагму 7 до спеціально встановлених у підвалі кожної секції житлового будинку циркуляційних теплообмінників 4 почне надходити необхідна кількість мережної води, в результаті чого вода в контурі гарячого водопостачання підігріється і під дією природного тиску, що виникає, спрямовується вгору, а на кілька градусів охоловши в рушникосушарках 11 вода з водорозбірних стояків знову надійде в теплообмінники 4 для підігріву. У години посиленого водорозбору, коли клапан 10 буде відкритий повністю, циркуляційні теплообмінники 4 обігріватися практично не будуть, зате водорозбірні стояки отримають воду і зверху, і знизу, завдяки чому втрати тиску в трубопроводах зменшаться.
Рис. 13.14. Схема системи гарячого водопостачання з природною циркуляцією і бойлерної в ІТП будівлі :
Такі схеми можуть застосовуватися при будівництві нових або реконструкції старих будинків, однак існуючі ЦТП повинні модернізуватися, їх обладнання повинно замінюватися сучасними виробами, здатними зменшити споживання енергії і підвищити загальну ефективність систем централізованого теплопостачання. Необхідно поступово замінити існуючі кожухотрубні водопідігрівачі компактними пластинчастими теплообмінниками, а на площах, які звільнилися, встановити теплоізоляційні ємності гарячої води, підключивши їх у схему таким чином, щоб зменшити пікові навантаження на теплову мережу (рис. 13.15).
Розрахунки показують, що при модернізації всіх київських ЦТП за схемою з акумуляторами гарячої води можна було б зменшити пікові навантаження на теплові мережі і джерела централізованого теплопостачання настільки, що будівлі, які планується побудувати в місті протягом найближчих 6 - 7 років, забезпечувалися б теплом без збільшення потужностей на ТЕЦ і в котельнях і без збільшення пропускної спроможності магістральних теплових мереж.
Облік та оплата енергії
Без дієвого обліку та контролю транспортування та споживання теплоенергії неможливий енергоефективний процес теплозабезпечення.
Ефективна система оплати за фактичні обсяги споживання енергії включає в себе чотири основні компоненти:
1. Урахування спільного теплоспоживання будівлі.
2. Визначення частки споживання тепла, що припадає на кожну квартиру, від загального обсягу споживання.
3. Окремий облік споживаної гарячої води по кожній квартирі.
4. Методика визначення обсягу енергоспоживання по кожній квартирі і складання рахунку на оплату.
В основі системи нарахування плати на базі індивідуального обліку енергоспоживання покладено реєстрування кількості енергії, якою постачається певна будівля. Для будинків, приєднаних до системи централізованого теплопостачання, теплова енергія, що надходить, враховується за допомогою теплолічильника, встановленого на вводі в будинок. У будинках з вбудованою котельнею загальна кількість спожитої теплової енергії визначається за кількістю спаленого в котлах палива. У більшій частині багатоквартирних будинків розводка трубопроводів не дозволяє робити квартирний облік споживання теплової енергії. У цьому випадку для визначення витрати теплової енергії кожною квартирою використовуються лічильники-розподільники, встановлені на всіх стояках. Для житлових будинків з невеликою кількістю квартир може використовуватися система централізованого обліку загальної кількості споживаної теплової енергії з розподілом платежів пропорційно площі кожної квартири. Теплолічильники та лічильники-розподільники повинні надійно встановлюватися і захищатися від пошкодження.