Будівництво та архітектура/ Теплогазопостачання і
вентиляція
Майба Н.В.
Київський національний університет України «Київський
політехнічний інститут»
Індивідуальні
теплові пункти як метод модернізації мереж централізованого теплопостачання
Існуюча система централізованого розподілу тепла
На сьогоднішній день система розподілу
тепла в житлових будинках практично повністю є централізованою, тобто теплоносій
магістральними трубопроводами передається від ТЕЦ і районних котелень до
центральних теплових пунктів (ЦТП), звідки по розподільній мережі доходить до
окремих будинків. ЦТП також забезпечує споживачів гарячим водопостачанням, тому
розподільна мережа складається з 4 трубопроводів, оскільки окрім двох
опалювальних є ще два для подачі і рециркуляції гарячої води [1].
Якісне регулювання температури
теплоносія залежно від температури зовнішнього повітря проводиться
найчастіше централізовано на подачі. Але щоб забезпечити необхідну
температуру гарячої води на виході з ЦТП на рівні 55-60 оС,
температура в подаючому трубопроводі не
може бути нижча за температуру «точки
зламу» температурного графіка - близько 70 оС.
Тепловий облік (при його наявності)
ведеться в ЦТП, тобто на цілий житловий квартал. На будинки витрата тепла
розподіляється згідно їх частки від загальної опалювальної площі.
У будинках параметри води теплової мережі (найчастіше 150/70 оС) знижуються до 95/70 оС -
стандартних розрахункових параметрів в опалювальних системах будівель. При
залежній схемі приєднання, де теплоносій із теплової мережі надходить
безпосередньо в систему
теплоспоживання, використовуються
стаціонарні елеватори. Рівномірний розподіл мережевої води по
підключених будинках забезпечується установкою на вході дросельних шайб, які створюють
постійний тиск в теплових мережах.
Недоліки існуючої системи розподілу тепла
Недоліками існуючої централізованої
системи розподілу тепла є:
-
чотирьохтрубна схема розподільних мереж - матеріаломістка,
дорога при будівництві, а також при експлуатації; має великі теплові втрати,
які враховуються при сплаті споживачами
(лічильник на ЦТП вимірює все спожите тепло «після себе», тобто, включаючи
теплові втрати в розподільних мережах, і немає можливості їх порівняння з
нормативними); у зв'язку з кальцієвими відкладеннями і корозією потрібна
частіша заміна труб для гарячого водопостачання і рециркуляції.
-
переведення ЦТП на якісне регулювання (щоб відмовитися
від місцевих нерегульованих елеваторів) потребує заміни опалювальних
трубопроводів для збільшення їх діаметру і пропускної спроможності, оскільки графік
95/70 оС (перепад Δt =
25оС) передбачає більший діаметр трубопроводів ніж температурний
перепад 150/70 оС (Δt = 80 оС);
тепловий облік проводиться не на місці надання послуг, а
на вході в опалювальну будівлю і тому не відповідає дійсній витраті тепла і не є справедливим (у зв'язку
з не рівномірним споживанням тепла різнотиповими споживачами в залежності від
поверху, ступеню теплоізоляції, напряму вітру і освітленості і таке інше);
-
установка дросельних шайб дуже трудомістка, і повинна виконуватися
при кожній зміні гідравлічних параметрів в мережі - при будь-яких підключеннях
або відключеннях споживачів, тобто практично не приводить до бажаного
результату через ряд причин;
-
централізована схема розподілу тепла залишає максимум
основних фондів в теплорозподільчому відомстві (ЦТП і чотирьохтрубну розподільну мережу); таким чином,
експлуатація, ремонт і обслуговування цих фондів повинні проводитися ними, що
потребує великих затрат, які в тій же мірі потрібні для реконструкції ТЕЦ,
котельних і теплових мереж.
Установка індивідуальних теплових пунктів
Вирішенням існуючих проблем можливе
завдяки впровадженню індивідуальних
теплових пунктів (ІТП) в кожному будинку, або навіть у кожного споживача тепла.
Такі
системи встановлюються у підвальних приміщеннях житлових будинків і складаються
з розбірних пластинчастих теплообмінників, циркуляційних насосів, приладів
обліку води, теплоносія, електроенергії і регулюючої арматури. Система ІТП (Рис.1) передбачає
наявність 2-х незалежних контурів - зовнішнього контура котельної і
внутрішнього контура опалювання будинку. У
споживачів встановлено
2 групи підігрівачів (на опалювання і гаряче водопостачання) і 2 групи
циркуляційних насосів. Робота ІТП здійснюється в автоматичному режимі
відповідно до температури зовнішнього повітря. На пульт управління поступає
сигнал від датчика температури зовнішнього повітря; бажана температура
усередині приміщення виставляється оператором за узгодженням із споживачами. На
підставі цих даних автоматично
коректується температура теплоносія внутрішнього контура опалювання житлового
будинку. Система автоматизації також забезпечує роботу ІТП в економічному
режимі. Даний режим дозволяє виставляти необхідну температуру в приміщеннях
залежно від часу доби і днів тижня. Наявність циркуляційних насосів у
споживачів дозволяє зменшити електричну потужність мережевих насосів на
котельній, оскільки необхідний тиск, що розвивається насосами, зменшується на
величину опору внутрішніх систем опалювання споживачів. Окрім цього,
демонтуються існуючі циркуляційні насоси гарячого водопостачання в ЦТП.
Рисунок 1. Схема ІТП з обліком теплоти
Отже, установка ІТП дає наступні переваги:
-
чотирьохтрубна система замінюється двотрубною, при цьому достатньо
замінити розподільні трубопроводи опалювального контуру з наявним діаметром.
Розподільні трубопроводи подачі і рециркуляції гарячої води від ЦТП до
споживачів при цьому можуть бути демонтовані;
-
регулювання
споживачем температури води в системі опалювання залежно від параметрів
самої споруди і температури зовнішнього повітря дає економію тепла (не тільки в
перехідну пору року і при будь-якій схемі підключення);
-
облік тепла ведеться безпосередньо у кожного споживача,
він є точним і справедливим; в розрахунок не входять теплові втрати до точки передачі
тепла на введенні в опалювальний об'єкт; при не оплаті споживачем за тепло є
можливість його ІТП відключити від мережі централізованого теплопостачання;
-
не потрібна установка дросельних шайб, кожен ІТП
забезпечений автоматичними регуляторами температури, які не дозволять перегріти
будівлю споживача і гарячу воду у будь-який час року;
-
ІТП можуть належати власникам опалювальних об'єктів. Тоді
ІТП періодично -одін-два рази на рік - обслуговуються за дорученням власників
спеціалізованими фірмами, що дає можливість теплопостачальнику, концентрувати
свої фінансові і організаційні сили на генерацію і розподіл тепла.
Вимоги до сучасних ІТП
Для широкого впровадження ІТП мають
характеризуватися наступними особливостями :
-
доступністю в ціні;
-
простотою в конструкції - для забезпечення високої
надійності тепло- і водопостачання без необхідності частого обслуговування;
-
можливістю роботи без допоміжної електроенергії (при
залежній схемі підключення);
-
типорядностю - для легкого вибору комплектації і визначення кінцевої ціни;
-
різними модифікаціями - для обліку місцевих умов і вимог;
-
великою компактністю і міцним корпусом, що надійно
закривається, для установки, наприклад,
в підвальних приміщеннях, що раніше використовувалися для елеваторних вузлів;
-
малою вагою - для установки без допоміжних пристосувань;
-
повною заводською готовністю - для скорочення термінів
збірки і установки на місці, для можливості приймання продукції замовником на
складі і безпосереднього проведення оплати постачання.
Сучасні ІТП мають включати, для
максимального обліку місцевих умов, наступні комплектуючі модулі і допускати їх додаткове забезпечення
різними опціями (модифікаціями).
Модуль
підключення повинен містити сертифікований теплолічильник без механічних деталей - для точності і малого зносу, або ж
вільне місце для його подальшої установки замовником або тепловими мережами.
Модуль
опалювання може бути з регульованим елеватором, при цьому можна
відмовитися від теплообмінників, циркуляційних насосів, додаткових регулюючих
вентилів, розширювальних баків і так далі. Елеватор не споживає електроенергію
на перекачування теплоносія. Пересування регулюючої голки може бути здійснене з
термостатичним або електричним приводом, з корекцією температури в подаючому
трубопроводі за допомогою датчика зовнішньої температури.
Модуль
гарячого водопостачання - по можливості по
двоступінчатій схемі з розбиттям потужності не менше, чим 60/40% між ступенями
і розрахунковими параметрами 5/55 оС при 70/30 оС - для
максимального використання енергоємності теплоносія в тепловій мережі.
Регулятор ГВС має бути прямої дії - для точної роботи без електроенергії.
Паяний пластинчастий теплообмінник максимально здешевлює продукцію і запобігає від протікання і витоків теплоносія
в систему гарячого водопостачання і назовні. Додатково може бути встановлений вузол для циркуляції гарячої води, з
обмеженням температури зворотної води (з електроприводом або без нього), а так
само додатковий регулятор для захисту теплообмінника від кальцієвих відкладень,
у разі відсутності системи циркуляції гарячої води.
Судячи
по наведеним фактам можна
зробити висновок, що ІТП дозволяє:
-
Знизити
витрати електроенергії на 25-30% за рахунок оптимізації електричної потужності
насосів і зменшення гідравлічного опору мережі.
-
Знизити
витрати на природний газ на 8-10% за рахунок вживання погодного регулювання і
усунення перегрівів в перехідний період.
-
Знизити
витрати холодної води за рахунок усунення водорозбору з системи опалювання
.
Недоліки ІТП
Сучасні системи теплоспоживання будинків, виконані з використанням
енергозберігаючих технологій, в процесі експлуатації потребують постійного
нагляду [3]. Для цього необхідно залучати висококваліфікованих спеціалістів,
користуючись особливими технологіями та інструментами. У процесі обслуговування
ІТП виникають наступні проблеми:
-
очистка фільтрів, встановлених перед теплообмінниками ГВС
та опалення і перед циркуляційними насосами, оскільки якість теплоносія
зазвичай досить низька;
-
контроль за роботою насосів і теплообмінного обладнання;
-
контроль над роботою автоматики та регулювання.
Впровадження ІТП, як і
будь-який енергозбережний проект, вимагає інвестицій і капіталовкладень.
Інвестиціями є вкладення капіталу з метою здобуття від цього в майбутньому прибутку або інших результатів.
Для ухвалення рішення про впровадження заходу необхідно оцінити фінансові
показники проекту. Економічне обгрунтування впровадження ІТП можна розглянути
на прикладі мікрорайону в м. Слов'янську (розглянуто у
випускній роботі на тему «Інвестиційна політика в енергетиці» Кучеренко Каріни
Петрівни [1]):
-
Усього
до впровадження: 16 ІТП
-
Підключене
навантаження котельної: 11,3 Гкал/г.(на опалення: 6,4Гкал/г; на гаряче
водопостачання: 4,9Гкал/г.
-
Капітальні
витрати: 1940 тис.грн; Прибуток від впровадження: 704,3 тис.грн.
-
Зниження
витрат електроенергії: 765 тис.кВт; Зниження витрат теплової енергії: 280 Гкал;
Зниження витрат газу (погодне регулювання): 520,8 тис.куб.м
-
Термін окупності:
Т=1940/704,3=2,75 роки
Виходячи з приведених
вище даних можна зробити висновок, що термін окупності проекту є досить
невеликим, проте економічний аналіз ефективності проекту капіталовкладень є
багатостадійним процесом і охоплює багаточисельні етапи від зародження ідеї до
ухвалення остаточного рішення. Окрім терміну окупності слід звернути особливу
увагу на такий показник ефективності інвестування, як вплив темпів розвитку ІТП на
галузь, до якої відноситься об'єкт інвестування, оскільки головний результат ІТП –
це підвищення економічної ефективності, яка формується і матеріалізується у
виробництві.
Висновки
В
умовах світової енергетичної кризи, тотального зростання цін на енергоресурси і
нестабільних стосунків з країнами-експортерами енергоносіїв, питання
впровадження енергозбережних заходів і використання альтернативних джерел
енергії зведені в ранг державних. Впровадження ІТП не передбачає використання
альтернативних джерел енергії, проте, як показує світова
практика,
стабільний стан і розвиток енергетики досягається при правильному використанні
і поєднанні всіх можливих джерел енергії. Тобто впровадження інновацій і
нововведень в централізованому опалюванні (в даному випадку ІТП) є ефективним в
даний момент і буде актуальним протягом подальших років.
Література:
1.
Павловский А.Е. О
практике применения четырехтрубных систем
отопления// Инженерные системы. АВОК. Северо-Запад, №3, 2002г.
2.
Кучеренко К.П. Випускна робота
на тему «Інвестиційна політика в енергетиці». - Донецьк, Донецький національний технічний університет. 2009.
3.
Грановський В.Л. Энергоэффективные
системы отопления: тенденции, практика, проблемы//Отопление и горячее
водоснабжение. АВОК №8/2011г