Оптимизация систем отопления и водоснабжения
А.З. Жук, Б.М. Козлов, Научно-Технологический Центр Энергосберегающих процессов и установок (НТЦ ЭПУ) ОИВТ РАН
В данной статье приведена краткая информация о принципах функционирования систем отопления и горячего водоснабжения (ГВС), а также о правилах, которые необходимо соблюдать при их создании и модернизации, дается представление об устройстве тепловых пунктов. Здесь же приведена информация о теплобменном оборудовании, и о наиболее известных в нашей стране производителях этого оборудования. В предлагаемых рекомендациях учтены вопросы энергосбережения, решаемые теплотехническими приемами, а также путем введения в систему простейших приборов автоматического регулирования тепловых процессов (более подробная информация о методах автоматизации тепловых процессов и используемых для этой цели технических решениях и аппаратуре приведена в шестой главе второй части).
Важно отметить, что правильная организация схемы теплоснабжения учреждения, исправность аппаратуры регулирования и инженерных коммуникаций, сами по себе являются мощным инструментом энергосбережения.
Цель данной статьи дать читателю представление о возможных путях реконструкции и оптимизации систем теплоснабжения. Облегчить общение с профессиональными теплотехниками, приглашаемыми для проведения ремонта, реконструкции и наладки.
Такая необходимость, в частности, возникает в случае, когда давление в тепловой сети превышает допустимый для данной системы предел или, наоборот, когда статическое давление в системе превышает предел, допустимый для тепловой сети или других присоединенных к ней систем.
По независимой схеме можно присоединять также системы уникальных зданий, требующих особого режима работы систем теплопотребления. Подпитка независимых систем теплопотребления должна производиться сетевой водой. Давление на стороне всасывания циркуляционного насоса поддерживается постоянным за счет регулятора подпитки или расширительного сосуда.
Присоединение систем отопления к тепловой сети по непосредственной схеме, т. е. без подмешивания воды из обратного трубопровода (рис. 5), производится в случаях, когда расчетная температура воды в подающем трубопроводе сети не выше расчетной температуры воды в присоединяемой системе. Избыточные напоры перед каждой системой теплопотребления гасятся дроссельными диафрагмами или авторегуляторами.
Для обеспечения гарантированного заполнения системы теплопотребления водой и исключения возможного подсоса воздуха в систему через неплотности в ее верхних точках давление в обратном трубопроводе теплового пункта, определяемое по манометру М2 (для систем, присоединенных по независимой схеме, — по манометру М3), должно быть выше статического давления системы на 0,5 кгс/см2, но не превышать максимально допустимое рабочее давление для нагревательных приборов, установленных в данной системе. Максимальное и минимальное давления, допустимые для данной системы, должны быть отмечены на манометрах красными рисками.
В водяных системах теплопотреблення, температура теплоносителя которых выше 100 °С, давление в верхних точках должно быть выше давления, необходимого для предотвращения вскипания воды при расчетной температуре теплоносителя, не менее чем на 0,5 кгс/см2. Это давление следует контролировать по манометру М2, показания которого должны превышать давление насыщения водяных паров при расчетной температуре на величину статического давления системы.
В тепловых пунктах большинства зданий РАН и отраслевых НИИ обычно применяются кожухотрубные теплообменники и гидравлические регуляторы прямого действия. Как правило, это оборудование выработало свой ресурс, а также функционирует в режимах, не соответствующих расчетным. Последнее обстоятельство вызвано тем, что фактические тепловые нагрузки в настоящее время поддерживаются на уровне существенно ниже проектного. Это приводит к неэффективной работе теплообменников. Регулирующая аппаратура при значительных отклонениях от расчетного режима своих функций не выполняет.
При реконструкции систем теплоснабжения, рекомендуется применять современное оборудование, отличающееся компактностью, предусматривающее работу в полностью автоматическом режиме и обеспечивающее экономию до 30% энергии, по сравнению с оборудованием, применявшимся в 50-70 гг. В современных тепловых пунктах обычно используется независимая схема подключения систем отопления и горячего водоснабжения, выполненная на базе пластинчатых теплообменников. Для управления тепловыми процессами используются электронные регуляторы и специализированные контроллеры. Современные пластинчатые теплообменники в несколько раз легче и меньше, чем кожухотрубные соответствующей мощности. В книге «Энергосбережение в учреждениях научно-исследовательского профиля» (М., МФТИ, 2001) приведены характеристики кожухотрубных теплообменников отечественного производства и импортных пластинчатых теплообменников, рекомендованных сводом правил по проектированию и строительству тепловых пунктов. Компактность и малый вес пластинчатых теплообменников значительно облегчают монтаж, обслуживание и текущий ремонт аппаратуры оборудования теплового пункта. Рекомендации по подбору кожухотрубных и пластинчатых теплообменников приведены в СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов.
В подавляющем большинстве случаев, при реконструкции старых систем теплоснабжения и создании новых, целесообразно применять блочные тепловые пункты (БТП). БТП, будучи собраны и испытаны в заводских условиях, отличаются надежностью. Монтаж аппаратуры упрощается и удешевляется, что, в конечном счете, снижает полную стоимость реконструкции. В состав типового БТП обычно включается система автоматического управления и узел учета тепловой энергии.
В настоящее время на российском рынке присутствуют значительное количество компаний, предлагающих оборудование для тепловых пунктов, средства автоматизации для них, а также тепловые пункты в блочном исполнении. (На последней обложке размещены фотографии теплового пункта Института радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН до и после реконструкции).
Правильный выбор поставщика БТП является задачей не тривиальной, хотя бы потому, что при близких технических и эксплутационных характеристиках, стоимость такого оборудования может значительно отличаться. Так например, стоимость однотипных БТП мощностью 0,7 Гкал/час, предлагаемых в Москве в 2000 г. отличалась в 2-3 раза.
Предварительную информацию о спектре цен на необходимое оборудование получить достаточно просто. На основании официального запроса возможного клиента, серьезные поставщики обычно высылают анкету, где заказчик должен указать основные характеристики системы теплоснабжения объекта. После получения анкеты, поставщик получает возможность составить принципиальную схему теплового пункта и определить его ориентировочную стоимость.
Тем не менее, для окончательного решения задачи об оптимизации затрат на реконструкцию теплового пункта целесообразно воспользоваться рекомендациями специалистов какой-либо энергосервисной компании, тем более, что до приобретения оборудования, необходимо пройти этап проектирования и согласования проектной документации с теплоснабжающей организацией, а впоследствии организовать монтаж, наладку и сервисное обслуживание. (Информацию о таких компаниях можно найти в периодических изданиях, специализирующихся на вопросах энергосбережения или в сети Internet, например – www.aces.ru.)
Вопрос минимизации объема средств, затрачиваемых на реконструкцию системы теплоснабжения, является крайне важным, т.к. его грамотное решение в значительной степени определяет экономическую эффективность данного энергосберегающего мероприятия.
В книге «Энергосбережение в учреждениях научно-исследовательского профиля» (М., МФТИ, 2001) приведены основные характеристики секционных водо-водяных подогревателей. Подогреватель представляет собой кожухотрубный теплообменник, в котором в качестве теплообменной поверхности применены ратуйные трубки. Там же приведены основные характеристики пластинчатых теплообменников рекомендованных сводом правил по проектированию и строительству тепловых пунктов. Возможно применение пластинчатых теплообменников и других типов.
