К.т.н. П.В. Ротов, заступник головного інженера,
УМУП «Міський теплосервіс», г. Ульяновск
Характерною особливістю вітчизняних систем гарячого водопостачання є сильно виражена циркуляційна складова. Циркуляція води в системах гарячого водопостачання (ГВП) призначена для компенсації теплових втрат при відсутності водорозбору [1]. Однак дані по теплових втрат у внутрішньобудинкових системах гарячого водопостачання практично завжди відсутні в проектній або експлуатаційної документації теплопотребляющіх систем. Без цих даних складно проводити режимно-налагоджувальні заходи в системах гарячого водопостачання. Тому теплові втрати в трубопроводах систем гарячого водопостачання, як правило, визначають в частках від витрати води. Згідно [2, 3] нормативні значення циркуляційного витрати передбачені в розмірі 10% від розрахункової витрати води, визначеного для неопалювального періоду. В [4] втрати теплоти трубопроводами систем гарячого водопостачання враховуються додатком частки середнього за опалювальний період витрати води в системі ГВП. При цьому коефіцієнт, що враховує втрати трубопроводами, залежить від конструктивних особливостей і наявності ізоляції трубопроводів, змінюється від 0,15 до 0,35. Для широко поширених у вітчизняному теплопостачання систем гарячого водопостачання з неізольованими стояками і полотенцесушителямі додатковий коефіцієнт дорівнює 0,35.
В сучасної законодавчої та нормативно-технічній літературі, яка регламентує експлуатацію систем гарячого водопостачання, існує ряд суперечностей, що впливають на економічність роботи систем гарячого водопостачання. Так, згідно з вимогами [1, 5] в системах ГВС температура води може змінюватися в значних межах: 50-75 ОС в закритих системах, 60-75 ОС в відкритих системах. Нормативний документ [6] наказує витримувати температуру гарячої води в системах гарячого водопостачання дошкільних організацій не нижче 65 ОС. Згідно з вимогами [7, 8] температура гарячої води повинна бути витримана в межах 60-75 ОС незалежно від застосовуваної системи гарячого водопостачання. Згідно [8] допускається відхилення температури води в точці водорозбору в нічний час (з 23:00 до 06:00) не більше ніж на 5 ОС; в денний час (з 06:00 до 23:00) не більше ніж на 3 ОС.
Протиріччя в законодавчій і нормативній літературі [5, 6, 7, 8] полягають в тому, що в будівлях, підключених до однієї централізованої системи теплопостачання, повинні підтримуватися різні температури в системі ГВП. Крім того, в розрахунках тарифу на гарячу воду, як правило, застосовують значення температур, відповідні нижньому нормативного рівня, тобто споживачі не оплачують надлишкову теплову енергію, яка надходить в систему ГВП при підвищеній температурі води. Особливо гостро ця проблема стоїть в системах, які не обладнані приладами комерційного обліку [9-11].
Співробітниками науково-дослідної лабораторії «Теплоенергетичні системи та установки» УлГТУ спільно з фахівцями комунальних підприємств проведено обстеження систем гарячого водопостачання житлових будинків м Ульяновська в опалювальному сезоні 2011-2012 рр. В результаті обстеження встановлено, що реальне значення циркуляційного витрати істотно перевищує розрахункові значення. У табл. 1 наведені середні за опалювальний період витрати в системах гарячого водопостачання ряду житлових будинків.
Витрата води в циркуляційних трубопроводах систем гарячого водопостачання житлових будинків G4 становить 40-90% від витрат в трубопроводі, що подає G3 і 70-500% від витрати води на гаряче водопостачання Gf.
У табл. 2 наведені середньогодинні температури води і витрати теплової енергії в системах гарячого водопостачання ряду житлових будинків м Ульяновська, підключених до теплових мереж по відкритій схемі. Дані в табл. 2 усереднені за 7 місяців опалювального сезону 2011-2012 рр.
З табл. 2 випливає, що в системах ГВС практично всіх обстежених житлових будинків, среднечасовая температура води перевищує нижній нормативний рівень на 2-6 ОС. З урахуванням допустимого відхилення 3 ОС в денний час і 5 ОС в нічний [10], температура в системах ГВС перевищує нормативний рівень на 5-9 ОС в денний час і на 7-11 ОС - в нічний. З табл. 2 також випливає, що втрати теплоти при циркуляції гарячої води становлять 40-70% від всього теплоспоживання в системі гарячого водопостачання. Режим роботи систем гарячого водопостачання відрізняється істотною вартовий і добової нерівномірністю. Установка на циркуляційних трубопроводах дросельних шайб з постійним отвором не дозволяє в повній мірі врахувати зміни споживання ГВП. В результаті температура води в циркуляційних трубопроводах систем ГВП перевищує температуру води в зворотних трубопроводах систем опалення, що призводить до підвищення температури води в зворотних трубопроводах теплових мереж та, як наслідок, до зниження економічної ефективності теплофікаційних систем. На циркуляційних лініях систем ГВП всіх будинків в період проведення обстеження було встановлено шайби, діаметри яких наведені в табл. 1.
На наш погляд в системах ГВС необхідно застосовувати технології регулювання, що дозволяють врахувати нерівномірність режимів їх роботи. Однією з таких технологій є технологія підтримці температури гарячої води поблизу нижньої межі в період мінімального водорозбору, що дозволяє добитися значної економії теплоти.
В даний час існує велика номенклатура приладів, що дозволяють здійснювати оптимізацію теплопостачання відповідно до графіків теплоспоживання. Вибір типу приладу і схеми його включення повинен бути обумовлений необхідністю вирішення різних завдань при регулюванні параметрів теплоносія.
З грудня 2006 р в системі теплопостачання м Ульяновська застосовуються технології регулювання параметрів гарячого водопостачання. Регулювання здійснюється на основі програмованих контролерів з функцією реального часу, що дозволяють програмувати зміна температури води в системі гарячого водопостачання відповідно до фактичних водоспоживання. Спочатку регулювання застосовувалося в закритих системах ГВС, що обумовлено великим діапазоном нормованої температури ГВП.
На рис. 1 показана схема включення контролера в структуру центрального теплового пункту (ЦТП). Імпульс від датчика температури 8 надходить в контролер 6, де формується керуючий сигнал для електроприводу регулятора 7.
Спочатку настройка регулятора була виконана таким чином, що з 0:00 до 19:00 температура ГВП на виході з ЦТП підтримувалася 55 ОС, а з 19:00 до 0:00 - 58 ОС. Потім, при незмінній тривалості періодів регулювання, температури були змінені відповідно на 54 ОС і 60 ОС. Така настройка пояснюється необхідністю підтримки підвищеної температури ГВП в піковий період.
Аналіз роботи приладу і порівняння параметрів роботи ЦТП за грудень 2006 р, січень і лютий 2007 р показали, що сумарний витрата теплоносія через ЦТП знизився на 4264,4 т (152 т на добу) в січні і на 5847,9 (244 т на добу) в лютому (лінія 1 на рис. 2). Внаслідок зниження витрати суттєво зменшилася теплоспоживання ЦТП. Так, в січні теплоспоживання знизилося на 85,3 Гкал (3 Гкал на добу), що склало 2,5% від теплоспоживання в грудні 2006 р Збільшення теплоспоживання в лютому обумовлено підвищенням температури мережевої води в прямому трубопроводі: середня різниця температур між подає і зворотним трубопроводами склала 33,1 ОС. Можна з повною впевненістю стверджувати, що при відсутності регулювання на ЦТП теплоспоживання в лютому істотно перевищило б фактичне. Дані порівняльного аналізу наведені в табл. 3.
Таблиця 3. Техніко-економічні показники роботи теплового пункту.
Найменування Грудень 2006 р Січень 2007 р Лютий 2007 р Теплоспоживання, Гкал 3412,2 3326,9 4025,3 Сумарна витрата теплоносія в подаючому тубопроводе, т 127352,97 123088,6 121505,1 Середня температура в прямому трубопроводі, ° С 72,01 71,82 80,9 Середня температура в зворотному трубопроводі, ° С 45,22 44,79 47,8 Середня температура зовнішнього повітря, ° С -2,3 -2,2 -14,3
Більше зниження витрат теплоносія в лютому обумовлено зміною режиму регулювання температури ГВП. У лютому в період мінімального водорозбору температура ГВП підтримувалася на більш низькому рівні, ніж в січні. На рис. 3 показана динаміка зміни температури води, що подається на ГВС, за годинами доби. На графіку чітко простежуються періоди зміни температури відповідно до заданої програми.
На рис. 4 і 5 наведено порівняння параметрів роботи ЦТП з 0:00 до 13:00 29.01.07 р і з 0:00 до 13:00 30.01.07 р У період з 0:00 до 13:00 29.01.07 р температура на виході з ЦТП підтримувалася 54 ОС, в період з 0:00 до 13:00 30.01.07 р - 60 ОС. Аналіз добових параметрів ЦТП за цей час показав: годинна витрата теплоносія збільшився на 1-2%; годинне теплоспоживання ЦТП збільшилася на 5-6%; витрата теплоти з ГВС збільшився на 8-10%. Порівняння режимів роботи ЦТП за 29-30.01.07 р є додатковим підтвердженням ефективності виробленої оптимізації режиму роботи системи ГВП.
Рівність середніх температур зовнішнього повітря в грудні 2006 р і січні 2007 р дозволяє провести техніко-економічне порівняння показників роботи ЦТП в ці місяці і зробити висновок про те, що зниження витрат теплоносія через ЦТП в січні зумовлена лише оптимізацією режиму роботи системи ГВП.
Техніко-економічні розрахунки показують, що в січні 2007 р за рахунок оптимізації режиму теплоспоживання було зекономлено 43503 руб. при тарифі 510 руб. / Гкал. Вартість приладу і монтажних робіт склали 15000 руб. Таким чином, витрати на покупку і монтаж контролера окупилися менш ніж за місяць. Чиста економія від встановлення приладу склала 28503 руб.
На прикладі одного ЦТП показана ефективність енергозбереження від впровадження простого, малозатратного і швидко окупається технічного рішення.
В структуру системи теплопостачання м Ульяновська входить понад 100 центральних теплових пунктів. За результатами цього пілотного проекту було рекомендовано в системі теплопостачання м Ульяновська впроваджувати технології регулювання температури ГВП з урахуванням годинної і добової нерівномірності споживання ГВП. В даний час в системі теплопостачання м Ульяновська таке регулювання здійснюється на 25 ЦТП з розрахункового максимального теплового навантаження ГВП рівною 171 Гкал / год (розрахункова среднечасовая навантаження ГВП 85,5 Гкал / год). Щорічна економія теплової енергії на цих ЦТП за рахунок нічного зниження температури ГВП становить понад 3,96 млн руб. при середньозваженому тарифі на покупку теплової енергії в розмірі 1100 руб. / Гкал (з урахуванням ПДВ). Економія визначалася з умови щоденного 6-годинного зниження параметрів. При цьому витрати на привід регуляторів температури, харчування датчиків температури і контролери складають не більше 105 кВт.год на рік, вартістю не більше 500 руб.
Реалізація подібного технічного рішення на кожному ЦТП дозволить домогтися суттєвої економії паливно-енергетичних ресурсів, зниження собівартості виробництва і транспорту теплоти і, як наслідок, зниження тарифів для населення.
1. Проведено аналіз режимів роботи систем гарячого водопостачання житлових будинків м Ульяновська. В результаті обстеження визначено, що в системах гарячого водопостачання відбувається суттєвий перевитрата теплової енергії і теплоносія, обумовлений нерегульованої циркуляцією теплоносія і відсутністю регулювання температури гарячої води в періоди мінімального водорозбору.
2. З 2006 р в системі теплопостачання м Ульяновська реалізується автоматичне регулювання температури гарячої води з нормативним зниженням температури в періоди мінімального водорозбору. Обстеження режимів роботи ЦТП показало, що за рахунок автоматичного зниження температури ГВП в періоди мінімального водорозбору теплоспоживання системи гарячого водопостачання знижується більш ніж на 2,5%.
3. У період з 2006 по 2012 рр. автоматичне зниження температури ГВП в періоди мінімального водорозбору реалізовано на 25-ти ЦТП в системі теплопостачання м Ульяновська. Розрахункова річна економія теплової енергії на цих ЦТП за рахунок нічного зниження температури ГВП становить понад 3,96 млн руб. при середньозваженому тарифі на покупку теплової енергії в розмірі 1100 руб. / Гкал (з урахуванням ПДВ).
література
1. Будівельні норми і правила. СНиП 2.04.01-85. Внутрішній водопровід і каналізація будівель. М .: ЦІТП Держбуду СРСР, 1986.
2. Будівельні норми і правила. СНиП 2.04.07-86. Теплові мережі. М .: ЦІТП Держбуду СРСР, 1988. - 50 с.
3. Будівельні норми і правила. СНиП 2.04.07-86 *. Теплові мережі . М .: Мінбуд Росії, 1994. - 46 с.
4. Звід правил по проектуванню і будівництву. СП 41-101-95. Проектування теплових пунктів / Мінбуд Росії. - М .: Изд-во ГУП ЦПП, 2003. - 78 с.
5. Про порядок надання комунальних послуг громадянам. Постанова Уряду Російської Федерації від 23.05.2006 р № 307 // Російська газета, 2006. - № 115. - 01.06.2006.
6. Про затвердження СанПіН 2.4.1.2660-10 «Санітарно-епідеміологічні вимоги до влаштування, утримання та організації режиму роботи в дошкільних організаціях». Постанова Головного державного санітарного лікаря Російської Федерації від 22.07.2010 р № 91 // Російська газета, 2010. - № 5280. - 08.09.2010.
7. Про затвердження СанПіН 2.1.4.2496-09. Постанова Головного державного санітарного лікаря Російської Федерації від 07.04.2009 р № 20 // Російська газета, 2009. - № 4916. - 22.05.2009.
8. Про надання комунальних послуг власникам і користувачам приміщень у багатоквартирних будинках і житлових будинків. Постанова Уряду Російської Федерації від 06.05.2011 р № 354 // Російська газета, 2006. - №116. - 01.06.2011.
9. Ротов П.В., Єгоров В.М., Сидорова Л.Ю. Про необхідність приладового обліку в системах гарячого водопостачання // Сантехніка, опалення, кондиціонування.
2007. № 1. С. 12-13.
10. Ротов П.В., Єгоров В.М. Облік води на гаряче водопостачання - найважливіший фактор енергозбереження в житлово-комунальному господарстві / П.В. Ротов, В.Н. Єгоров // Матеріали П'ятої Російської науково-технічної конференції «Енергозбереження в міському господарстві, енергетики і промисловості». - Ульяновськ: УлГТУ, 2006. Т. 2. С. 66-70.
11. Ротов П.В., Єгоров В.М. Приладовий облік в системі ЖКГ на прикладі м Ульяновська. // Будівельна інженерія. 2006. - № 5. С.
