Реконструкция тепловых сетей. Современные решения для реконструкции старых систем отопления

⁰

Стоимость тарифов на тепло и горячее водоснабжение является «неподъемной» для большинства наших соотечественников. И дело не только в желании коммунальщиков получать как можно больше прибыли. Причины данного явления банальны: удорожание углеводородов и жилой фонд, большая часть которого построена еще в середине прошлого века, когда при строительстве не обращали особого внимания на энергоэффективность. В данной публикации будут рассмотрены меры по модернизации систем отопления жилых домов, которые уже длительное время применяются в ряде европейских стран.

Что значит термомодернизация здания?

Специалисты определяют данное понятие, как комплекс мер по приведению многоквартирного дома в соответствии с современными стандартами энергоэффективности. Сюда входят мероприятия, связанные с уменьшением теплопотерь постройки через стены, перекрытия, крышу, подвалы и пр. Большие потери тепла происходят по причине низких теплотехнических характеристик и плохой герметичности старых окон и дверей. Кроме этого, термомодернизация затрагивает вопросы переоснащения инженерных систем (вентиляция, отопление, ГВС), переход на комбинированные (геотермальные солнечные) источники теплоснабжения.

Важно! Утепление наружных ограждений, без переоборудования систем отопления и вентиляции дома – не эффективно и не дает положительного результата(что и зачастую происходит), а чаще всего, приводит к увеличению энергетических затрат потребителем коммунальных ресурсов.

Будет рассмотрен комплекс мер, направленных на сокращение теплопотребления и улучшения энергоэффективности зданий.

Утепление ограждающих конструкций

Данное мероприятие можно разделить на несколько важных видов работ.

Утепление наружных стен с внешней стороны дома.

Термоизоляция ограждающих конструкций представляет собой нанесение на стены дополнительного слоя материала с низким коэффициентом теплопроводности. Данные мероприятия позволяют устранить «мостики холода», повышают теплоизоляционные свойства стен, эффективно решают проблему «пористости материала». Могут быть применены следующие технологии утепления стен: бесшовная система утепления; создание утепляющей стены; обустройство вентилируемого фасада.

Утепление крыши, чердачных перекрытий.

Если чердак дома не отапливаемый, то проводятся работы по утеплению перекрытия под чердаком с защитой изоляционного слоя от механических повреждений.

Термоизоляция перекрытий над подвалом.

Данный вид работ осуществляется со стороны подвала путем приклеивания теплоизоляционных плит к перекрытию.

Совет! Если невозможно провести мероприятия по термоизоляции стен снаружи (памятник архитектуры, сложный рельеф фасада и пр.), то необходимо утеплить наружные стены изнутри здания, посредством укладки пенополистирольных плит под штукатурку или гипсокартон.

Уменьшение теплопотерь через окна

По заявлению специалистов, через окна «уходит» до 30% тепла из отапливаемых помещений. Радикальный способ решение данной проблемы – это замена старых деревянных окон на энергосберегающие. Достаточно уменьшить их размер, особенно если вопрос касается окон на лестничных клетках. В большинстве планировок многоквартирных домов предусмотрена избыточная для освещения лестниц площадь оконных проемов, которая является причиной больших теплопотерь.

Модернизация вентиляционной системы

Как известно, наиболее распространенным способом организации циркуляции воздуха в помещениях многоквартирных домов является естественная вентиляция. Удаление воздуха производится по вытяжным каналам, расположенным в кухнях и санузлах. Приток свежего воздуха с улицы организован через естественные неплотности в окнах и дверях.

При замене старых окон на энергоэффективные и герметичные решается проблема теплопотерь, но при этом появляется новая: резкое уменьшение поступления приточного воздуха. Решается данная проблема модернизацией системы вентиляции, а именно, обустройством вентиляции с контролируемым притоком воздуха. На практике это решается установкой приточных клапанов, окон со встроенными гигрозависимыми вентиляторами или установок принудительной подачи приточного воздуха в помещения.

Реконструкция отопительной системы

Особенное внимание специалисты уделяют высокому теплопотреблению, которое происходит из-за низкой эффективности морально и технически устаревших систем отопления дома, е изначально спроектированные с избыточным теплопотреблением. Основные проблемы старых систем отопления (СО) можно сформулировать в следующем:

Плохая или неправильная гидравлическая балансировка. Данная проблема часто связана с несанкционированным вмешательством жильцов в конструкцию отопительной системы (установка дополнительных секций на радиаторы, замена батарей, трубопровода и пр.)

Плохая теплоизоляция труб теплоснабжения или ее полное отсутствие.

Конструктивно устаревшие тепловые и распределительные пункты.

Переоснащение тепловых узлов

Модернизация данных объектов – это довольно сложный и дорогостоящий процесс. Который включает в себя следующие изменения:

Замена элеваторного узла системы отопления на автоматизированный. В случае подключения дома к тепловой магистрали по независимой схеме, устанавливается автоматизированный индивидуальный теплопункт; при использовании зависимой, применяется схема с насосным подмесом. На зависимо от применяемой схемы, все оборудование должно быть погодозависимым и в автоматическом режиме стабилизировать давление в СО путем регулирования подачи теплоносителя.

Важно! Замена устаревшего элеваторного узла экономайзером не даст возможности применения терморегуляторов для радиаторов отопления и балансировочных клапанов. Элеватор просто «не потянет» дополнительное гидравлическое сопротивление, которое неизбежно увеличится при использовании данных устройств.

Замена старых теплообменников на энергоэффективные.

Устранение утечек в СО и замена запорной арматуры.

Балансировка отопительной системы

К счастью, эффективность данного мероприятия уже не вызывает никакого сомнения. Установка балансировочных клапанов для системы отопления на обратных стояках с ограничением температуры теплоносителя – это обязательное условие грамотной модернизации СО, особенно в домах с большим процентом автономного отопления газовыми котлами.

Установка приборов индивидуального регулирования

Установка терморегуляторов с датчиком температуры воздуха на каждой батарее, помимо дополнительного комфорта для жителей данного строения, позволит значительно снизить потребление тепловой энергии. Повысилась температура воздуха через оконные проемы (солнышко пригрело) терморегулятор снизил количество теплоносителя на конкретный отопительный прибор.

Среди обязательных мер по реконструкции отопительной системы, проводимой в рамках термомодернизации всего дома, можно выделить монтаж общедомового узла учета теплоснабжения и переход к поквартирному учету тепла. Именно такие меры более всего стимулируют жильцов к экономии.

Термомодернизация многоквартирного дома требует больших финансовых затрат. Но для достижения значимой экономии конечным потребителем (а значит возврат денег и получения прибыли инвесторами энергосервиса), необходимо проведение комплексных мер по уменьшению количества потребляемой тепловой энергии или термомодернизации.

Размещено 28.09.2011 (актуально до 28.09.2012)

Необходимость реконструкции систем ОВК

Энергоэффективность новых зданий рассчитывается уже на стадии проектирования. Решения и меры, которые принимаются, нацелены на достижение минимального потребления энергии в здании. Как правило, эти меры изложены в национальных правилах строительства в каждой стране. Конечно, много информации о энергосберегающих решениях и технологиях могут быть найдены в многих доступных источниках или технических семинарах, которые проводят компании работающие в области ОВК.

Но ситуация, которая происходит в старых и не реконструированных зданиях, гораздо хуже. Эти здания используют огромное количество энергии, потому что при строительстве их использовались старые технологии, не позволяющие обеспечить соответствующую теплоизоляцию. Как следствие, большие потери тепла и повышенное потребление энергии. Системы ОВК этих зданий устарели, несбалансированны и не отлажены, поэтому не в состоянии обеспечить комфортный микроклимат и потребляют избыточное количество электрической и тепловой энергии.

Исследования подтвердили, что системы ОВК используют более 60% всей потребляемой энергии зданием. В жилом секторе затраты на энергию, используемую для отопления составляют приблизительно 80% от общих затрат. Поэтому, при реконструкции надо учитывать не только работы по улучшению теплоизоляции фасадов, замене старых окон на новые, остеклению балконов и лоджий, а также полный ремонт систем отопления и вентиляции.

Фазы реконструкции систем отопления

Если есть финансовые и технические возможности, старые системы отопления рекомендуется реконструировать полностью, при этом заменить оборудование на всех стадиях: производства (тепловые пункты, котельные), распределения (трубопроводы, регулирующая арматура) и потребления тепла (радиаторы, калориферы, газовые конвекторы , теплые полы и т.д.). Таким образом, мы сможем достичь наилучших показаний по энергосбережению. Не всегда возможно провести реконструкцию в полном объеме, но даже при минимальных улучшениях в системе можно увеличить ее эффективность работы и при этом обеспечить требуемые условия комфорта в каждом помещении. В обоих случаях, для достижения результата без гидравлической балансировки систем отопления не обойтись.

Реконструкция тепловых пунктов

Наиболее распространенным теплогенератором для системы отопления здания является тепловой пункт. Его цель заключается в обеспечении необходимого количества тепла, которое зависит от окружающих климатических условий и температурного графика системы, на индивидуальные потребности здания от централизованной системы теплоснабжения. Существует два типа тепловых пунктов, которые нашли широкое применение, это: тепловые узлы без автоматического контроля температуры теплоносителя на подаче с помощью элеватора или зависимые подстанции с автоматическим регулированием температуры (рисунок).

Основные недостатки таких систем:

*Поддержание микроклимата помещений зависит от тепловых сетей.

*Качество теплоносителя в системе отопления зависит от централизованного теплоснабжения.

*Нет возможности уменьшить потребление энергии - указанные системы не является нергоэффективными.

*Здание имеет гидравлическую зависимость.

*Отсутствуют установки поддержания давления - при этом статическое давление в системе зависит от давления в теплосети.

Лучшая энергоэффективность достигается при полной реконструкции тепловых пунктов, когда элеваторный зависимый узел заменяют на независимый с автоматическим контролем температуры (рисунок ниже).

Он состоит из теплообменника, который разделяет систему отопления здания и тепловую сеть, обеспечивая при этом ее независимое функционирование.

Для того, чтобы контролировать и регулировать тепловую энергию здания согласно реальным потребностям, требуется установка автоматической системы управления температурой теплоносителя на подаче. Она состоит из регулирующего клапана, который управляется электрическим приводом (рисунок слева) по сигналу от электронного контроллера с датчиками температуры. Система погодозависимого регулирования определяет, изменения внешней температуры, а также теплопотребления здания и автоматически увеличивает или уменьшает общую величину теплопоступлений.

Данные системы позволяют значительно снизить затраты на отопление (но только при условии, что система отопления является сбалансированной). Для обеспечения быстрого, точного и плавного регулирования, а также отсутствия проблем с закрытием регулирующего клапана, рекомендуется установка регулятора перепада давления (рисунок).

В связи с тем, что система отопления здания становится независимой от сети централизованного теплоснабжения, необходимо обеспечить в ней поддержание статического давления (рисунок ниже).

Эту функцию выполняют расширительный бак с отключающим и сливным клапаном для обслуживания (рисунок ниже слева), устройство подпитки и модуль контроля давления.

Предохранительный клапан в тепловых пунктах (рисунок справа) необходим для защиты слабых звеньев системы от слишком большого давления, когда установка поддержания давления находится на обслуживании или не работает.

Расширительный бак является одним из важнейших элементов системы отопления. Когда теплоноситель нагревается до рабочей температуры, он расширяется, увеличивая свой объем при этом. Если это дополнительное количество теплоносителя негде разместить, тогда статическое давление в системе будет повышаться.

При достижении, в этом случае, максимально допустимого давления, предохранительный клапан откроется и сбросит избыток объема теплоносителя, уменьшая при этом статическое давление системы. В случае отсутствия предохранительного клапана или не правильном его подборе и настройке, слишком большое давление может привести к повреждению потребителей, труб, соединений и других элементов системы. Если же предохранительный клапан открывается слишком рано или слишком часто, он освобождает значительное количество теплоносителя из системы. При этом, в период, когда система снижает свой температурный режим (требуется меньшая мощность нагрева или система выключается по окончании отопительного сезона), теплоноситель сжимается и это приводит к снижению статического давления. Если статическое давление упадет ниже минимально необходимого, в верхних участках системы будет создано разрежение, что приведет к завоздушиванию. Воздух в гидравлической системе препятствует нормальной циркуляции и может блокировать потоки в некоторых участках, что приводит к недогреву потребителей и нарушению микроклимата. Воздух также является дополнительной причиной шума в системе, а кислород, который находится в нем, вызывает коррозию деталей из стали. В тоже время, недостаток теплоносителя в системе должен быть компенсирован с помощью систем подпитки, что также влечет к дополнительным затратам и без водоподготовки приносит новые порции воздуха и новые проблемы.

Задача расширительного бака - это постоянное поддержание статического давления в системе между минимальным и максимально-допустимым значениями, с учетом возможного расширения или сжатия теплоносителя.

Что делает расширительный бак надежным?

Расширительный бак является одним из наиболее важных элементов в системе. По этому, важно знать, что именно обеспечивает его правильное функционирование, надежность и длительный срок службы.

Качественный и надежный бак должен иметь следующую конструкцию. Он состоит из специального резинового мешка, помещенного вовнутрь стального сосуда. Этот мешок позволяет разместить избыточный объем теплоносителя, образовавшийся при нагреве и как следствие расширении. При снижении температуры бак возвращает необходимое количество теплоносителя обратно в систему. В сосуд под давлением нагнетается воздух, который действует на резиновый мешок с теплоносителем, позволяя таким образом поддерживать необходимое давление в системе.

Ниже указаны технические характеристики, которые описывают качество расширительного бака:

* Герметичность конструкции для поддержания постоянного объема сжатого воздуха и качественной работы расширительного бака на протяжении многих лет эксплуатации. Это возможно только благодаря полностью сварной конструкции стального сосуда.

* Максимальная плотность резинового мешка для предотвращения диффузии сжатого воздуха из воздушной камеры через мешок в теплоноситель, что может создать проблемы с давлением и коррозией. Cамая высокая защита от диффузии - у мешков «Pneumatex» из бутил каучука. Бутил каучук - это резина с наибольшей герметичностью для воздуха среди всех известных типов резиновых эластомеров. По этой причине бутил каучук используется для производства автомобильных шин.

* Надежность соединения резинового мешка и стального сосуда. Проблемой простых расширительных баков является повреждение мембраны в месте, где она подключена к стенкам стального сосуда, по причине ее частого движения и растяжения. Чтобы избежать этой проблемы, соединение мешка с сосудом должно быть как можно меньше и растяжение в месте соединения, как можно меньше.

* Теплоноситель не должен находится в контакте со стальным сосудом для предотвращения коррозии внутри расширительного бака. Баки, где вода поступает в резиновый мешок, являются устойчивыми к коррозии.

Реконструкция системы отопления

Реконструкция тепловых пунктов является только одной из основных фаз в полном обновлении системы отопления. При этом, если сделать минимальные изменения и только в одном участке системы, энергосберегающий эффект может быть не полностью достигнут. Так что же мы все таки должны сделать, чтобы система отопления была надежной с минимально необходимым потреблением энергии?

В старых зданиях существующие системы отопления, как правило, имеют однотрубный тип подключения радиаторов без устройства контроля и управления температурой в помещении (рисунок). Его основными недостатками являются:

* Постоянный расход - максимальное потребление тепловой энергии без возможности изменения требуемой тепловой нагрузки.

* Отсутствие индивидуального управления температурой в помещении.

* Системы не сбалансированы - в них возникают проблемы с правильным распределением потоков.

* Старые и часто аварийные трубы, арматура, радиаторы и другое оборудование.

* Много воздуха в системе - что приводит к коррозии, шламу, дополнительному шуму и снижению производительности системы отопления.

* Проблемы со статическим давлением.

* Требуемый уровень комфорта в помещениях не достигнут и не поддерживается должным образом.

Индивидуальное регулирование комнатной температуры.

Для человеческого организма обеспечение комфорта, требует определенной температуры воздуха в помещении, при этом она должна постоянно поддерживаться и не изменяется. Эта температура зависит от целого ряда факторов - теплопоступления от нагревательных приборов (радиаторов), дополнительных источников тепла (солнечная энергия, люди, электрическая и бытовая техника, нагрев во время приготовления пищи) и теплопотери, которое зависят от температуры наружного воздуха, ветрености, географического расположения и ориентации здания, его конструкции, изоляции и т.д.

В помещениях, где температура автоматически не контролируется, нет возможности использовать эти дополнительные теплопоступления и таким образом уменьшить затраты энергии, что доставляется системой отопления здания. Обычно это приводит к перегреву помещений, при этом избыток тепла выпускают через открытые окна. Все это в итоге приводит к большим энергетическим и финансовым затратам.

В старых системах расход теплоносителя всегда постоянный и нету возможности свести к минимуму затраты на отопление и энергопотребление насосов, когда для помещений требуется лишь малая часть тепловой энергии.

Для обеспечения наилучшей энергоэффективности, рекомендуется заменить старые системы на новые с двухтрубной схемой разводки и автоматическим управлением температурой в помещении (на рисунке ниже). Если же нет возможности перейти к двухтрубной схеме, тогда необходимо установить устройства автоматического регулирования температуры в помещении. При этом системы должны быть гидравлически сбалансированы.

Чтобы обеспечить правильный индивидуальный контроль температуры в помещении, необходимо заменить старые радиаторы на более эффективные новые, при этом установить на каждый радиатор термостатический клапан (рисунки справа и слева) с термостатической головкой, что позволит контролировать теплоотдачу радиатора в помещение.

В случае однотрубной системы, одним из вариантов, для индивидуального контроля комнатной температуры, может быть применение термостатических вентилей с малым сопротивлением (рисунок 1) или же трехходовых термостатических клапанов (рисунок 2).

рисунок 1 рисунок 2

Термостатический клапан с термостатической головкой будут автоматически поддерживать температуру в диапазоне заданной настройки. Термоголовка имеет шкалу, где каждый знак соответствует значению поддерживаемой температуры в помещении.

Некоторые производители показывают эту информацию непосредственно на корпусе термостатической головки. Когда фактическая комнатная температура больше, чем требуется, жидкость в термоголовке расширяясь начинает закрывать термостатический клапан, уменьшая таким образом расход теплоносителя через радиатор. Мощность радиатора уменьшается и температура в помещении становится правильной. При уменьшении температуры, терморегулятор реагирует противоположным образом, открывая клапан, позволяя увеличить мощность радиатора и повысить температуру до заданного значения (рисунок ниже).

Радиаторы при этом получают только то количество энергии, которое требуется для обеспечения комфорта в каждом конкретном помещении, при этом тепловая энергия всей системы эффективно используется. Уровень комфорта и экономия энергии зависят от качества работы термоголовки. Чем точнее, стабильней и надежней термостатическая головка, тем больше тепловой энергии сохраняется. Термоголовки могут быть разных типов и предназначений. Например, термостатическая головка Heimeier тип K (рисунок 3) идеально подходит для контроля температуры в комнатах жилых зданий. Для школ, детских садов, офисов и других общественных зданий рекомендуется использовать термостатические головки К с защитой от кражи или головки тип В с большей степенью защиты (рисунок 4). В зданиях с высокими гигиеническими требованиями, рекомендуется использование термоголовки DX (рисунок 5), которая имеет гигиенические сертификаты.

Но главное условие для того, чтобы иметь качественное поддержание и контроль температуры в каждом отдельном помещении - это обязательная балансировка системы отопления.

рисунок 3 рисунок 4 рисунок 5

Балансировка систем отопления.

Еще одной большой проблемой в старых системах является избыток тепла (перегрев) в одних помещениях и недостаток его (недогрев) в других. Обычно перегреты те помещения, которые находятся близко к тепловому пункту и чем дальше от ИТП тем холоднее. Такие системы используют большое количество энергии.

Причиной этой проблемы, является неправильное распределение теплоносителя в системе, из-за ее гидравлического дисбаланса. Каким расход будет в каждом участке системы зависит от гидравлического сопротивления этого участка. Это сопротивление изменилось в старых системах вследствие коррозии и засорения труб, грязенакоплений, ремонта или реконструкции, при замене потребителей и т.д.

В старых системах устройства для балансировки не были предусмотрены. Не было возможности провести балансировку по той причине, что в то время не знали как это сделать. Проблемы, которые появлялись из-за дисбаланса системы, решались другими но не всегда удачными способами.

Одним из возможных решений, для устранения проблем в недогретых помещениях, является увеличение мощности насосов. Это приводит к тому, что в этих помещениях станет теплее, но комнаты, которые уже и так получали слишком много тепла, будут все более перегретыми и излишки тепла жильцы или арендаторы вынуждены выпускать через открытые окна. Кроме того, при увеличении мощности насосов их энергопотребление растет.

Вторым решением может быть повышение температуры теплоносителя. Но и в этом случае происходит похожая ситуация с перегревом части помещений при значительном увеличении затрат на отопление.

Основной целью балансировки систем отопления, является обеспечение всех участков системы необходимым количеством тепловой энергии при проектных (худших) условиях, когда наружная температура минимально возможная. В то же время, при всех других условиях, система будет работать, как и ожидалось.

Важно, чтобы после балансировки системы, использовалось минимально необходимое количество тепловой и электрической энергии.

Для достижения этой цели, необходимо три основных инструмента - это балансировочные клапаны с возможностью точного измерения, измерительные приборы и методы балансировки.

От того, как точно Вы можете измерять на балансировочных клапанах, и какие методы будете использовать, зависит результат балансировки.

Балансировочный клапан - это клапан Y-типа, с возможностью регулирования преднастройки, которая позволяет ограничивать расход, четко указанной шкалой на ручке, с двумя самоуплотняющими измерительными ниппелями для измерения перепада давления, расхода и температуры (рисунок).

Клапан называется Y-типа потому, что регулирующий конус, в таком случае, находится под оптимальным углом к направлению потока через клапан. Данная конструкция необходима для лучшей точности и сводит к минимуму влияние потока воды на измерения.

Балансировочный клапан выступает в качестве запорной арматуры и может быть также использован для дренажа. Для выполнения качественной балансировки, клапаны должны быть подобраны правильного размера и установлены с соблюдением правил. Все это должно быть предусмотрено инженером-проектировщиком системы отопления.

Для измерения расхода, перепада давления и температуры на установленных балансировочных клапанах, а также применения методов для проведения балансировки системы используется специальный прибор (рисунок).

Это многофункциональное компьютерное устройство с очень точными датчиками и интегрированными функциями измерения, балансировки и устранения ошибок, дополнительным гидравлическим калькулятором и другими полезными функциями, которые помогают быстрой и точной наладке системы. Балансировочный прибор может быть связан со специальным программным обеспечением для обновления и загрузки данных с ПК или же отправки результатов балансировки на компьютер.

Но использовать только балансировочные клапаны и измерительный прибор недостаточно. Вы должны знать, что и как с ними делать. В противном случае процесс наладки системы отопления на правильную работу, которая позволит обеспечить комфортный микроклимат и минимальное потребление энергии, покажется просто кошмаром. Как же тогда сбалансировать эту систему? Необходимо применить методику!

Прежде всего, гидравлическая система, должна быть разделена на отдельные части (гидравлические модули), с помощью так называемых «клапанов партнеров».

Следующая стадия сбалансировать все гидравлические модули используя ТА методы, начиная от потребителей, ответвлений, стояков, магистралей, коллекторов заканчивая тепловыми пунктами. При использовании методики, на всех балансировочных клапанах этой системы и участках на которых они установлены, будет достигнут проектный расход теплоносителя, при создании минимальных потерь давления на клапанах.

После этого, когда вся система сбалансирована с минимальными потерями давления - переключить насос на минимально необходимую скорость для этой системы (если система не сбалансирована, обычно насос работает на максимум) и настроить общий расход системы на главном клапане партнере, расположенном у насоса. В результате, насос будет использовать минимальное количество энергии, а тепловая энергия, необходимая для нагрева теплоносителя до соответствующей температуры будет эффективно использоваться. После завершения работ по балансировке, клиент получает протокол балансировки, где указаны необходимые и фактически достигнутые значения расходов и настройки балансировочных клапанов. Это документ, подтверждает балансировку системы и гарантирует ее работу, как это ожидалось по проекту.

Очень важной функцией балансировочных клапанов является возможность проводить диагностику системы. Когда система смонтирована и функционирует, очень трудно определить ее реальное качество работы и эффективность, если нет возможности это измерять. Используя балансировочные клапаны с измерительными ниппелями, можно определять неисправности в работе системы, узнавать ее реальное состояние, характеристики и принимать правильные решения в случае возникновения проблем. Диагностика позволяет обнаружить различные ошибки, причины сбоев и оперативно их ликвидировать, пока не стало слишком поздно.

Сепараторы воздуха и шлама в системах отопления.

Для того чтобы иметь возможность сбалансировать систему, она должна быть чистой и при этом без воздуха. Очень часто проблемы в системе появляются из-за попадания воздуха и коррозии. Воздух выступает в качестве теплоизоляции: где воздух, нет теплоносителя и тепло не передается от гидравлической системы в помещение. Пузырьки воздуха могут прилипать к внутренним стенкам радиатора, уменьшая его теплоотдачу. По причине воздушных пробок в верхней части системы и в потребителях, расход в них может уменьшиться или даже полностью остановиться. При этом, помещения перестанут отапливаться. Когда большое количество воздуха циркулирует в системе, появляется шум в радиаторах, трубах, клапанах.

Мы знаем, что воздух представляет собой смесь газов. В нем содержится 78% азота и 21% кислорода. Поэтому, когда воздух попадает в систему, кислород будет также находится в ней и вступать в реакцию с водой и металлами, вызывая при этом коррозию.

Коррозия не только разрушает оборудование, снижая при этом срок службы системы, но и уменьшает ее теплоэффективность и КПД. Ржавчина, как продукт коррозии, образуется слоями в теплообменниках котлов, радиаторах, трубах внутри уменьшая при этом их теплоотдачу, а также увеличивает их гидравлические сопротивления. Когда же ржавчина циркулирует вместе с потоком, она скапливается в разных участках системы (трубы, клапаны, потребители, насосы, фильтры и т.д.) (рисунок). В этом случае она может ограничить расход или заблокировать его.

Но как воздух может появиться в полностью закрытых и герметичных системах отопления?

Существует несколько основных возможностей. Первая возможность - воздух попадает в систему естественным образом растворяясь в воде, которая используется для заполнения системы или ее подпитки. При нагреве температура воды растет и растворенный воздух выделяется из нее в качестве свободного газа, вызывая вышесказанные проблемы при этом. Чем больше вода нагревается, тем больше воздуха из нее выходит.

Вторая возможность - недостаточное статическое давление. Если расширительный бак низкого качества, эго корпус, мембрана или мешок не достаточно надежен, через некоторое время сжатый воздух будет проникать в окружающую среду или систему. При этом давление в воздушной части расширительного бака будет падать или вовсе исчезнет. Бак будет заполнен водой полностью, а в верхней части системы будет создано разрежение.

Системы отопления, герметичны для жидкости и исключают ее утечку, но не для воздуха. Через автоматические воздухоотводчики, резиновые прокладки и другие соединения, воздух будет проникать в систему. Большое его количество может появиться при выполнении сервисных работ, а также при остановке и простое системы.

Для предотвращения вышеуказанных проблем, кроме качественных расширительных баков рекомендуется устанавливать сепараторы воздуха (сепараторы микропузырьков) (рисунок 1) или вакуумные деаэраторы.

Сепаратор за короткий период позволит собрать свободный воздух, циркулирующий с потоком, и удалит его из системы. Для удаления свободный воздух из карманов в верхних участках системы рекомендуются автоматические воздухоотводчики с отсутствием утечек (эффективны при отсутствии циркуляции). Они обеспечат простое и быстрое наполнение и опорожнение системы (рисунок 2).

Шлам или грязь в системе могут быть удалены с помощью сепараторов шлама (рисунок 3). Эти устройства позволяют собирать все, даже наименьшие частички, грязи и ржавчины в специальную камеру в нижней части корпуса.

Задачей обслуживающего персонала останется только открытие дренажного крана, для промывки сепаратора время от времени. Очищая теплоноситель сепараторы шлама не засоряются и не ограничивают циркуляцию. Для их очистки не требуется остановка системы.

рисунок 1 рисунок 2 рисунок 3

Итоги

Возрастающее с каждым годом потребление энергии и выбросы отходов, является одними из самых больших проблем в целом мире. Они имеют большое влияние на нашу окружающую среду, качество жизни, экологию, изменения климата и экономику. Это влияние может быть сведено к минимуму, если мы сделаем наши здания, которые используют более 40% всей производящейся энергии, гораздо более энергоэффективными.

Одним из способов является реконструкция старых систем отопления вентиляции и кондиционирования, которые используют более 60% всей энергии, необходимой для здания. Основными задачами реконструкции должны быть: замена старых элементов системы на более эффективные новые, применение энергосберегающих решений и технологий, качественные балансировка систем, удаление воздуха, очистка, поддержание давления и индивидуальный контроль температуры в каждом помещении.

Обсудить на форуме

Ю.Н. Казанов, генеральный директор, ОАО «Мытищинская теплосеть (предприятие является членом Некоммерческого Партнерства «Российское теплоснабжение»)

Введение

Численность населения города Мытищи - более 165 тыс. чел., площадь территории - около 49 кв. км. Теплоснабжение осуществляют 50 муниципальных котельных суммарной установленной мощностью 544 Гкал/ч, а также 3 ведомственных теплоисточника и ТЭЦ-27 «Северная» ОАО «Мосэнерго», у которых городом закупается около 35 Гкал/ч. Количество ЦТП - 77, ИТП - 181, потребителей тепловой энергии - примерно 2,5 тыс., подключенная нагрузка 443 Гкал/ч. Протяженность теплотрасс - 180 км (в двухтрубном исчислении).

Главные направления деятельности предприятия «Мытищинская теплосеть» можно обозначить следующим образом - это надежное и бесперебойное снабжение всех потребителей тепловой энергией, а так же реконструкция теплового хозяйства, учитывающая дальние перспективы, создание «идеальной тепловой сети», в которой практически нет потерь и аварийных ситуаций, создание новых тепловых источников на газе, на которых будет также вырабатываться электроэнергия, а в будущем переход на нетрадиционные источники, не сжигающие газ. Нами была разработана программа реконструкции системы теплоснабжения Мытищинского района, она была необходима, поскольку предприятию передавались на баланс тепловые пункты, сети и источники различных ведомств и заводов, при этом состояние более чем половины этого оборудования было неудовлетворительное. Концепция программы состоит из 2 блоков: на ближайшие 20 лет и на ближайшие 100 лет.

В ближайшие 20 лет мы планируем замену всех тепловых сетей, это примерно 400 км, на теплопроводы, выполненные по современным технологиям с автоматизированной системой контроля за состоянием сетей. Таким образом, мы реконструируем тепловые сети, сети ГВС при этом ликвидируются, т.к. у каждого потребителя планируется поставить индивидуальный тепловой пункт (ИТП), включающий самое современное оборудование. И уже 5 лет новое строительство ведется по этой концепции, прокладываются сети в пенополиуретановой изоляции и в домах устанавливаются ИТП. Внутренние сети некоторых объектов мы обслуживаем по отдельным договорам, но по программе реформирования ЖКХ района этими сетями должен заниматься владелец здания, наша основная задача - это подать тепловую энергию к зданию. При обсуждении концепции развития рассматривались различные варианты, и было принято решение в пользу централизованного теплоснабжения, причем на базе тепловых источников должна вырабатываться и электроэнергия - при этом стоимость производства тепла становится конкурентоспособной по сравнению с децентрализованным.

В программе на 100 лет мы планируем использовать нетрадиционные источники: энергию Земли, энергию поверхностных вод (есть в районе водохранилище с большим объемом) - с помощью тепловых насосов эту энергию можно преобразовать в тепло под наши нужды. Также как и при производстве электроэнергии на тепловом потреблении, использование нетрадиционных источников наиболее выгодно при централизованном теплоснабжении, но для этого централизованная транспортная сеть должна иметь низкие потери. Поэтому мы и приступили к созданию такой системы, привлекая кредитные ресурсы, имея градостроительную программу. И в ближайшие 20 лет мы реконструируем наши тепловые источники, это около 50 базовых источников, они будут иметь высокий КПД за счет производства на них тепловой и электрической энергии. Таким образом, покупая то же количество газа, которое сейчас идет только на теплоснабжение, мы будем производить и электроэнергию, и тепло - это выгодно и экономически, и экологически. Такая реконструкция уже проводится, электричество будет использоваться для своих нужд, в частности для перекачки теплоносителя, и пока наша цель - производить электроэнергию именно для своих нужд. Наше предприятие стремится поддерживать научные и технические разработки в области теплоснабжения, чтобы не покупать все на стороне, а привлекая научные институты и другие организации, самим участвовать в каких-то проектах, в частности мы серьезно занимаемся трубопроводами, тепловыми пунктами и приборами учета.

При разработке концепции мы использовали имеющийся опыт, который уже реализован в других странах, например, тепловой насос, использующий энергию озера, существует под Стокгольмом. Ранее, лет 5 назад, подобные проекты не окупались, но сейчас подешевела техника и подорожали энергоносители, и уже в наших условиях такие проекты имеют реальный срок окупаемости. Что касается трубопроводов, изоляции, системы АСУ, то, конечно, мы используем самые современные разработки в этой области. При этом пользуемся разработками как российских институтов, так и зарубежных фирм, что-то придумываем сами. И из всего разнообразия вариантов применяем то, что подходит именно для нашего района, учитывая качество нашей воды, наши здания и т.п., т.е. нашу концепцию нельзя слепо копировать для другого региона, она разработана и рассчитана именно под местные условия.

Как видно из приведенных в начале статьи данных, при существующем избытке собственной установленной тепловой мощности, город вынужден закупать тепло «на стороне». Была поставлена задача проведения энергоаудита теплового хозяйства с целью выработки комплекса мероприятий, направленных на оптимизацию всей системы теплоснабжения с учетом перспективного плана развития территории, которая позволила бы до минимума снизить издержки по выработке и транспортировке тепла от собственных источников и эффективно использовать имеющиеся резервы.

Источники

На наш взгляд, идеальная система централизованного теплоснабжения должна выглядеть следующим образом. Во-первых, должен быть централизованный источник тепла, традиционный или нетрадиционный, но он должен быть. В квартире не должен стоять котел, потому что тогда возникает масса проблем, начиная от эксплуатации и обслуживания оборудования, и заканчивая ущербом, наносимым зданию. Ведь сегодня во многих новостройках покупают жилье, но при этом в нем не живут, соответственно одни будут использовать квартирные котлы, другие нет, а дом должен равномерно отапливаться, иначе получаются температурные перекосы, возникают и экологические проблемы. Мы за то, что пусть даже на один дом, но будет централизованный источник. У этого источника будет хозяин -эксплуатирующая организация, которая будет обслуживать котел, не входя в квартиру, ведь попасть в квартиру сейчас тоже проблема.

Согласно существующей программе реконструкции источников тепла проводится капитальный ремонт котельных, в первую очередь это недавно принятые (в плачевном состоянии) небольшие ведомственные котельные, работающие на определенный район. Реконструкция включает замену оборудования и автоматизацию с погодным регулированием. В качестве эксперимента трубопроводы внутри одной из котельных обработаны специальным теплоизоляционным керамическим покрытием, которое состоит из микроскопических силиконовых шариков, оно наносится в жидком состоянии из пульверизатора или кисточкой в 2-3 слоя. Также разработан проект установки на реконструируемой котельной двух газовых микротурбин мощностью 60 кВт, которые поставляются нам по лизинговому контракту. Оборудование котельной смешанное, импортного и отечественного производства. Финансирование реконструкции шло из целевой программы губернатора Московской области, было выделено 8,1 млн руб., кроме того, мы вложили собственные средства. Также в области мы строим несколько других автоматизированных котельных без обслуживающего персонала и переводим котельные с жидкого топлива на газ.

В перспективе мы обсуждаем возможности строительства двух мини-ТЭЦ 10-15 МВт электрической мощности, что даст нам страховку от перебоев с электроснабжением наших объектов и удешевит стоимость электроэнергии.

В ближайшие 2-3 года планируется переоборудовать имеющиеся паровые котельные с заменой котлов на водогрейные, т.к. нагрузка по пару практически не востребована. Есть у нас и несколько котельных с морально устаревшими котлами «Универсал» и устаревшей автоматикой.

Что касается оборудования котельных, то химводоподготовка в маленьких котельных тоже автоматизирована - стоят обычные фильтры, только в качестве наполнителя используется не сульфоуголь, а специальный материал. Для фильтра можно использовать любую соль, мы применяем таблетированную. И в технических условиях на присоединение к тепловым сетям добавили пункт об установке в ИТП или ЦТП автоматизированной водоподготовки. Насосы используются с частотно-регулируемыми приводами. Горелки используются с наддувом, плавного регулирования, поставляются в комплекте со щитом управления.

Тепловые сети

Тепловые сети - это на сегодня для централизованного теплоснабжения самый больной и тяжелый вопрос. Поэтому мы для себя делаем главный упор на перекладку тепловых сетей с применением современных технологий и установку в каждом доме у каждого потребителя автоматизированного теплового пункта. Чтобы были отделены контуры по независимой схеме, и по горячему теплоснабжению система должна быть закрытая.

По тепловым сетям мы проводим реконструкцию по линии кредитов МБРР, и планируется закольцовка сетей, которая повысит надежность и эффективность снабжения теплом, и даст возможность избежать летних отключений потребителей. По кредиту Мирового банка (20 млн долл. США) в прошлом году мы произвели замену тепловых сетей (2003 г. - 8 км, 2004 г. - 15 км, 2005 г. - 20 км) и тепловых пунктов (2003 г. - 30 ИТП, 2004 г. - 50 ИТП, 2005 г. -52 ИТП). Меняем сразу целыми кварталами с переходом от ЦТП к ИТП и от четырехтрубной схемы к двухтрубной. Кредит нам обходится в 4,2% годовых, 5 лет реализовывается проект, возврат средств в течение 15 лет, но окупаемость достигается почти моментально, уже в 2004 г. у нас была прибыль, которая может быть основой для возврата этого кредита. Такая быстрая окупаемость объясняется тем, что при замене устраняются основные причины потерь тепла и теплоносителя (это общая проблема для всех тепловых сетей в России), именно поэтому мы в первую очередь решили заменить сети.

Следующая программа, которая будет идти параллельно, установка балансировочных клапанов на стояки (и даже где-то замена стояков), т.е. приведение всей системы теплоснабжения на такой уровень, когда выработка и реализация тепловой энергии происходит автоматически и наиболее экономично.

Сегодня начинают работать жилищные инспекции, которые четко заявляют, что мы придем к вам с проверкой, и первый их вопрос, как энергоснабжающая организация выдерживает технологические параметры на вводе в здания. То есть наша задача, как теплоснабжающей организации, соблюдать четкие параметры теплоносителя. Очевидно, для того чтобы выдерживать эти параметры, система должна быть хорошо отрегулирована, иначе этого сделать не удастся. Известно, что разрегулированность систем вынуждает тепловые организации поддерживать повышенный расход сетевой воды, это означает, что мы не можем выдержать температуру воды, т.е. один параметр мы уже нарушаем, а это недопустимо. Поэтому, устанавливая тепловые пункты, у которых на вводе стоят балансировочные клапана, позволяющие выдерживать расчетные расходы, и имея погодное регулирование, мы можем обеспечить расчетный расход сетевой воды централизованной системы. Вся гидравлика жестко связана. Применяя автоматизированные тепловые пункты, мы создаем идеальную систему теплоснабжения такой, какой она должна быть.

Создав такую систему, идем дальше и определяем, что должно быть внутри современного здания. Мы пропагандируем, что потребитель должен потреблять столько, сколько ему нужно, и рассчитываться за фактически потребленное количество энергии. Сегодня это у нас реализуется и по холодной и по горячей воде - во всех новостройках в квартирах устанавливаются счетчики и на отопительных приборах термостатические клапаны - для того, чтобы каждый потребитель мог устанавливать себе комфортные условия проживания. К сожалению, до последнего времени потребитель не знает, сколько тепловой энергии он получает на отопление. Даже если установить в новостройках современнейший тепловой пункт, счетчики на горячую и холодную воду, и термостатический клапан, то потребитель все равно не заинтересован в регулировке этого клапана, т.к. на его бюджете это никак не сказывается. А нужно чтобы сказывалось, ведь в зимнее время, когда люди уходят днем на работу и квартиры остаются пустыми, можно элементарно снизить энергопотребление, при этом не в ущерб комфортным условиям и конструкции здания. И этого не делается потому, что нет прибора учета на входе в квартиру. Сегодня законодательная и нормативная база предписывают их ставить, но, к сожалению, многие проектные организации, строительно-инвестиционные компании эту политику не проводят, т.к. нет жесткого контроля за соблюдением этих условий.

Мы у себя в городе выработали соответствующие технические требования, где подробно прописали, как это нужно делать. На наш взгляд, на лестничной площадке должны быть установлены все стояки: и отопления, и горячей воды, и холодной воды, и в местах разводки по квартирам устанавливаются шкафы, в которых все оборудование: шаровой кран, фильтр, счетчик. Более того, у нас разработан специальный квартирный вычислитель, на который мы заводим сигналы от всех датчиков расхода, туда же можно завести и данные от электрического счетчика, с тем чтобы информация обо всех энергоресурсах была собрана в единую систему. И не заходя в квартиру, эти данные могут посмотреть и квартиросъемщику, если у него есть ключ от этого шкафа, и организация, обслуживающая дом, и ресурсоснабжающая организация для контроля. У нас уже есть первые новостройки с такой системой, где мы устанавливаем блочные тепловые пункты.

Что касается выбора между ЦТП и ИТП, то исторически сложилось, что многие города, в том числе и наш город, развивались по проектам организации «Моспроект - 3», и была выработана следующая схема: централизованный источник тепла, магистральные сети и ЦТП. ЦТП проектировались, как правило, по двум классическим схемам, первая - это закрытая независимая схема, вторая - это теплообменник на горячую воду, а отопление через регулятор, который практически ничего не регулировал, а на вводах в дом - элеватор. С такой схемой осенью и весной получаем значительные перетопы. Именно поэтому мы выбираем ИТП, а не ЦТП, поскольку нужно все полностью регулировать, и исключить перерасход тепловой энергии, и погодный регулятор позволяет это делать. Отопительный график и график горячего водоснабжения определяются в здании. Другим аргументом против ЦТП является то, что схема приготовления воды для ЦТП не предусматривает ее водоподготовку, а отсюда большая проблема с трубопроводами горячего водоснабжения. Если в ЦТП предусматривать водоподготовку, то нужна прежде всего деаэрация, а это очень большие затраты. Поэтому наружные трубы горячего водоснабжения служат всего лишь 5-7 лет, после чего нужен ремонт, который и дорог, и причиняет значительные неудобства в части благоустроенности территорий, т.к. нужно все раскапывать. В ИТП же лежат две трубы, по которым течет химочищенная деаэрированная вода, и они должны служить не менее 25 лет. Резюмируя - выбор в пользу ИТП, поскольку это регулирование, учет, снижение эксплутационных и начальных капитальных затрат. По нашим расчетам, для нового микрорайона капитальные затраты на постройку ИТП в каждом доме меньше в 2,5-3 раза, чем затраты на постройку ЦТП и четырехтрубную систему. И расход электроэнергии на отпуск 1 Гкал при этом в 3-4 раза меньше. Удельный расход электроэнергии на ИТП меньше, поскольку в ЦТП вода гоняется по всему микрорайону, а в новых домах с ИТП потребляемая электрическая мощность составляет до 2 кВт. Там установлены трехскоростные насосы, и в зависимости от расхода меняется скорость.

Строительство ЦТП было раньше оправдано, поскольку просто не было такого оборудования, которое существует сейчас и применяется в ИТП. Раньше у нас не было компактных пластинчатых теплообменников, а теперь мы наладили собственное производство и устанавливаем свои теплообменники. Не было и приборов учета, регуляторов, контроллеров, которые мы имеем возможность использовать сегодня.

Мы также стремимся применять пластиковые трубопроводы, т.к. срок их службы 50 лет, при этом могут дать гарантию на 10 лет, и страховку на все это время. Конструкция этих труб не требует больших затрат при монтаже, не требует установки компенсационных устройств и опор. Технология не стоит на месте, поэтому наша задача, как теплоснабжающей организации, увидеть самое надежное, самое эффективное, самое современное и долговечное оборудование и, как подрядчикам, применять это оборудование в наших сетях.

Проведенный энергоаудит системы централизованного теплоснабжения привел к выводу о необходимости использования специализированного инструментария, с помощью которого всю собираемую информацию можно было бы систематизировать. Размещение данных паспортизации и диагностики в грамотно построенной базе данных позволило в дальнейшем эту информацию использовать для проведения расчетов и компьютерного моделирования, т.е. уже на стадии выполнения энергоаудита «попутно» создавалась полноценная и расширяемая информационно-технологическая модель системы теплоснабжения (электронная схема), которая эксплуатируется непосредственно в службе теплоснабжающего предприятия. Проект целиком реализован в течение двух лет.

Учет тепла

В Мытищинском районе уже 5 лет внедрен поквартирный учет по холодной и горячей воде, поквартирный же учет тепловой энергии будет внедрен в ближайшее время, поскольку в течении 5 лет мы делаем двухтрубную систему с термостатом, и уже началось строительство домов с горизонтальной разводкой отопления через счетчик.

По горячей воде мы уже производим расчеты по счетчикам, а по отоплению, к сожалению, пока нет, и ведем, конечно, статистику. По средним данным за 4 года получается, что при норме расхода 150 л/(сут..чел.), жилец, у которого стоит счетчик, потребляет 117-121 л, т.е. примерно на 20% ниже установленной нормы. В то же время в домах, где стоит только счетчик на вводе в дом, получаем перерасход даже такой гигантской цифры, как 150 л. При установке счетчика у человека появляется мотивация бережно относиться к расходу горячей и холодной воды. Не экономить воду, т.е. не ограничивать себя, а просто разумно относиться и не тратить ее зря. По нашей оценке, узел учета по горячей воде для семьи из трех человек окупается при нынешних тарифах за 8-10 месяцев. Полагаем, что и квартирный вычислитель при росте тарифов окупится достаточно быстро. Стоимость топливных ресурсов в ближайшие годы будет увеличиваться, а следовательно, будет повышаться и стоимость энергоресурсов, поэтому актуальность квартирного учета будет лишь возрастать. Сегодня есть все возможности для цивилизованного проведения взаиморасчетов и для бережного отношения к расходу энергоресурсов, создав у каждого мотивацию к этому.

Согласно постановлению городской администрации все жители должны установить в квартирах расходомеры на ГВС и ХВС. Можно это сделать за счет устанавливающей организации, но при этом в течение двух лет компенсировать затраты отдельной строкой в квартплате.

Что касается оплаты жителями горячей воды по счетчику, то они расплачиваются с теплосетью через расчетно-кассовый центр, который собирает все коммунальные платежи. Атак как у жителей практически прямые отношения с теплосетью, в перспективе нам, конечно, надо использовать самые современные технологии не только в технике, но и в плане организационной работы, в законодательной и нормативной базе. Здесь мы обращаем внимание на опыт прибалтийских стран и Европы, где нет жилищно-коммунальной отрасли как таковой, и четко работают рыночные отношения. Эти отношения работают, когда в законодательстве четко прописано, кто за что отвечает, у нас пока этого, к сожалению, нет.

И на вводе в здание (и в системе горячего водоснабжения, и в системе отопления) обязательно должны стоять приборы учета. Они нужны, в первую очередь, для взаиморасчетов, и, во-вторых, для наладки технологических режимов, ведь не имея приборов учета в системе отопления, невозможно даже правильно установить расход. Поэтому наша позиция: теплообменник на горячее водоснабжение, теплообменник на отопление, обязательно погодное регулирование, т.е. мы должны четко выдерживать график во внутреннем контуре системы отопления, выдерживать температуру горячего водоснабжения, и все это учитывать. Но и этого всего мало, все эти данные должны архивироваться, оперативная информация должна поступать на диспетчерский пункт, а суточные архивы, в которых сняты почасовые параметры, должны вестись как в электронном виде, так и на бумажном носителе, с тем, чтобы можно было доказывать нашим потребителям, что мы выдерживаем все технологические параметры.

Введение

рассматривались различные варианты, и было принято решение в пользу централизованного теплоснабжения, причем на базе тепловых источников должна вырабатываться и электроэнергия - при этом стоимость производства тепла становится конкурентоспособной по сравнению с децентрализованным.

Источники

Тепловые сети

| скачать бесплатно О реконструкции системы теплоснабжения г. Мытищи , Казанов Ю.Н.,

Ю. А. Табунщиков , президент НП «АВОК»

М. С. Бернер , начальник энергетического управления производственного объеденения «Москвич»

Реконструкция систем теплоснабжения промышленных зданий выполняется, как правило, с целью минимизации теплопотребления и обеспечения гарантированного микроклимата в производственных помещениях. Реконструкция, представляемая в данной статье, основывается на выполнении первого этапа автоматизированной системы управления - управляющей измерительного комплекса.

Замечательным является то обстоятельство, что разработанная система управления была реализована на крупном промышленном объекте и позволила сэкономить 20 % (!) энергии и окупилась за короткий срок - менее полугода. Съэкономленная энергия эквивалентна теплопотреблению жилого района на 300 тыс. жителей.

Следующим важным моментом можно назвать небольшие финансовые затраты, требуемые на эту систему и то, что создание ее доступно практически любому промышленному и сельскохозяйственному производственному предприятию.

Предлагаемая статья* об опыте создания системы управления на АЗЛК нисколько не утратила своей актуальности и может служить практическим руководством при разработке подобных систем управления.

На Автомобильном заводе им. Ленинского комсомола (АЗЛК) в Москве была успешно осуществлена реконструкция системы теплоснабжения, задачами которой являются: обеспечение существенной экономии энергии, затрачиваемой на отопление и вентиляцию производственных помещений; повышение качества теплового комфорта; повышение качества контроля технического состояния оборудования системы; создание банка возможных аварийных ситуаций, их диагностики и рекомендаций по ведению технологического процесса - теплоснабжения здания и работе обслуживающего персонала в этих условиях.

Корпус производственного здания представляет в плане прямоугольник длиной 576 м и шириной 220 м, из которых 50 м занимает одноэтажная часть и 170 м - двухэтажная. К зданию примыкают 4 бытовых корпуса, соединенных с ним переходами. Двухэтажная часть имеет высоту 20 м и объем 2 млн м 3 , одноэтажная - высоту 15 м и объем 0,5 млн м 3 . Кровля здания плоская с горизонтальными световыми проемами. Суммарная площадь боковых ограждений - 31 240 м 2 , из которых площадь наружных стен - 16 967 м 2 . Площадь двойного остекления в металлическом переплете 2 827 м 2 , одинарного остекления 11 446 м 2 . Площадь стен составляет 53 %, а площадь остекления - 47 % площади боковых ограждений. В здании расположены цеха: гальванический, окраски, кузовной, испытаний, транспортный, участок зарядки аккумуляторов, склад деталей смежных поставок, участок зарядки и ремонта электропогрузчиков и др.

Источником теплоснабжения является ТЭЦ № 8 Мосэнерго. Отпускается перегретая вода от ТЭЦ по центральному качественному регулированию по отопительному графику. Отопление здания осуществляется двумя системами: через приточную вентиляцию и дежурное отопление рециркуляционными отопительными агрегатами. К каждому цеху от теплового пункта подходят два магистральных теплопровода. Наружный воздух очищается в приточных камерах, нагревается и при необходимости увлажняется. Количество теплоты, подаваемой в помещение от отопительно-вентиляционных агрегатов, регулируется в соответствии с проектом, т. е. происходит качественное регулирование по показаниям датчика, измеряющего температуру приточного воздуха.

Приточные камеры размещены в двух зонах. Забор наружного воздуха осуществляется по фасаду здания и над кровлей. Воздух от приточных камер поступает в общий коллектор, расположенный под потолком междуэтажного перекрытия. Каждый коллектор объединяет от 2 до 8 приточных камер. Всего установлены 44 приточные камеры производительностью 200 тыс. м3/ч каждая. Удаление воздуха из помещений осуществляется крышными вентиляторами.

Реконструкция системы теплоснабжения включает следующие работы: дооборудование отопительно-вентиляционных агрегатов устройствами для регулирования количества приточного воздуха; устройство узла смешения, обеспечивающего регулирование температуры воды, подаваемой к калориферам отопительно-вентиляционных агрегатов, за счет подмешивания охлажденной воды из обратного теплопровода; создание автоматизированной системы управления тепловым режимом производственных помещений. Отопительно-вентиляционные агрегаты, оборудованные устройствами для регулирования количества приточного воздуха, обеспечивают экономию энергии за счет снижения кратноcти вентиляционного воздухообмена в помещениях в праздничные, воскресные дни и нерабочие ночные часы, снижения количества подаваемого в помещения нагретого воздуха в результате учета в воздушном балансе фильтрационного воздуха при обеспечении нормативного воздухообмена.

Создание автоматизированной системы управления тепловым режимом производственных помещений обеспечивает эффективное решение комплекса задач, связанных с повышением качества и надежности регулирования, экономией тепловой и электрической энергии, снижением трудозатрат на обслуживание и профилактику системы теплоснабжения и т. д.

Измерительной, включающей датчики нерегулируемых параметров (температуры и влажности наружного воздуха, атмосферного давления, направления и скорости ветра, интенсивности солнечной радиации, температуры теплофикационной воды, поступающей с ТЭЦ); регулируемых параметров (температур внутреннего и приточного воздуха, прямой и обратной воды) и устройства преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму; сюда же входят сигнализаторы предельных значений и индикаторы положений дополнительных механизмов;

Центральной, служащей для сбора и обработки данных измерений и подачи команд на исполнительные механизмы и включающей линии связи, коммутаторы, ЭВМ и пульт управления;

Исполнительной, управляющей через специальные устройства работой механизмов систем отопления и вентиляции.

АСУ функционирует следующим образом. От датчиков измерений, расположенных в различных помещениях и частях здания, информация по линиям связи через коммутаторы поступает в запоминающие устройства ЭВМ. Периодически эта информация обрабатывается специальными программами, сравнивается с требуемым на данный момент времени режимом и, в случае отклонения, вырабатываются необходимые сигналы, которые подаются на исполнительные механизмы регулирования вентиляционно-отопительной системы. Обслуживающий персонал может в любой момент времени получить на экране видеотерминала данные о любой точке объекта и при необходимости вмешаться в работу системы. Кроме того, система немедленно сообщает о наличии аварийной ситуации и диагностирует ее.

Создание АСУ тепловым режимом включает следующие работы: детальное обследование объекта, особенностей системы отопления, вентиляции и воздухораздачи в помещениях, включая натурные исследования теплового режима и теплозащитных показателей зданий; анализ технологического процесса - теплоснабжения здания как объекта управления с выявлением главных предполагаемых источников эффективности создаваемой автоматизированной системы; разработка блок-схемы и состава информационно-управляющего комплекса; выбор технических средств для обеспечения работы системы; разработка программного и информационного обеспечения, включая систему математических моделей теплового режима объекта как единой теплоэнергетической системы.

Работа по созданию АСУ состоит из следующих стадий, каждая из которых автономна и может рассматриваться как один из видов развития существующей на объекте системы автоматики:

Режим диспетчеризации с использованием мини-ЭВМ;

Информационно-вычислительный режим, содержащий все элементы предыдущей стадии и дополненный программами для расчета основных показателей процесса (температуры воды в подаваемом трубопроводе, температуры приточного воздуха, количества приточного воздуха и т. д.). Анализ информации, выработка решений и реализация управляющих воздействий на этой стадии возлагаются на оператора и обслуживающий персонал;

Режим «советчика» обслуживающего персонала, содержащий все элементы предыдущей стадии и дополненный возможностью анализа и принятия решений с выдачей рекомендаций по управлению («советов»);

Режим супервизорного управления, когда ЭВМ включена в замкнутый контур управления и вырабатывает управляющие воздействия по изменению заданий автоматическим системам регулирования, направленные на поддержание процесса вблизи оптимальной рабочей точки путем операторного воздействия на него;

Режим непосредственного прямого цифрового управления исполнительными механизмами. Автоматические регуляторы исключаются из системы или используются как резерв.

Детальное обследование объекта, которое во всех случаях является первым этапом разработки АСУ, включает комплекс натурных исследований: определение особенностей распределения температуры внутреннего воздуха в плане и по высоте помещений; установление теплоаккумуляторных характеристик внутреннего оборудования и продукции, а также здания в целом; определение физических теплозащитных показателей наружных ограждений; оценка инерционности системы отопления; выявление характерных участков в зонах действия приточных камер для выбора мест установки датчиков температуры; определение технологических поступлений.

Во время наблюдений проводились измерения: температуры, влажности, скорости и направления движения наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, перепада давлений воздуха с обеих сторон различных ориентированных ограждений, температуры и расхода приточного воздуха каждой приточной камеры, температуры и влажности внутреннего воздуха в плане и по высоте здания в каждом помещении, температуры внутренних и наружных поверхностей оборудования и изделий.

Методика эксперимента определялась конкретной задачей, на решение которой он был направлен. Учитывая значительную протяженность здания и необходимость получения одновременных результатов измерений, в экспериментах участвовало, как правило, 8-12 чел., в том числе сотрудники АЗЛК, занимающиеся эксплуатацией системы отопления.

Структурная схема АСУ тепловым режимом производственного здания представлена на рисунке.

При разработке математической модели формирования теплового режима производственного здания АЗЛК избран термодинамический подход, иногда называемый системным, который позволяет рассматривать систему «отопительная установка - объект» как взаимосвязанную нелинейную систему с переменной структурой . Математическая модель представляет собой систему уравнений теплового баланса, описывающую воздухообмен, технологические теплопоступления, наружные климатические воздействия, теплопотери через наружные ограждения за счет теплопроводности и путем фильтрации наружного воздуха, теплосодержание технологического оборудования, изделий и внутренних конструкций, процессы теплообмена в калориферах. Чтобы решить эту систему уравнений, разработаны метод решения и алгоритм расчета, а также написана на языке «Фортран» программа для ЭВМ . Исходные данные вводятся во время диалога «ЭВМ - оператор»: ЭВМ спрашивает - оператор отвечает. Вводятся следующие данные: температура наружного воздуха; атмосферное давление; направление ветра; скорость ветра; относительная влажность наружного воздуха; температура воды, поступающей с ТЭЦ; технологический режим (рабочее или нерабочее время).

В результате оператор на экране дисплея получает рекомендацию, как вести процесс отопления и вентиляции. При желании оператор эту рекомендацию может распечатать на АЦПУ. При отладке и корректировке программы выводится дополнительная информация: количество инфильтруемого воздуха, давление под перекрытием, температура обратной воды и др.

Изменение температуры воды, подаваемой на разводящие трубопроводы по цехам, производится подмешиванием более холодной воды из обратного теплопровода в воду подающего. Регулирование количеством подмешиваемой воды выполняется изменением производительности циркуляционного насоса с помощью тиристорного электропривода. Датчики температуры воды устанавливают на теплопроводах с подаваемой и обратной водой; кроме того, измеряется расход теплофикационной воды.

Чтобы обеспечить защиту калориферов от замораживания, принято условие постоянства количества воды, проходящей через регулирующий клапан калорифера, - 0,7-0,75 его максимальной пропускной способности. В этом случае производительность калорифера регулируется температурой воды, проходящей через него. Количественное регулирование приточного воздуха осуществляется изменением количества оборотов вентилятора с помощью тиристорного привода.

Пакет специализированных программ делится на три группы: оптимизирующие, основные рабочие и вспомогательные обслуживающие системы.

Программа оптимизации расхода теплоты на отопление выполняет две основные функции: периодически вычисляет расход теплоты, необходимой для поддержания заданного микроклимата в отдельных местах здания в рабочее время, и определяет режим снижения температуры в нерабочие часы и повышения ее до заданного значения в рабочие часы.

Программа-наблюдатель позволяет следить за развитием процесса в течение длительного времени, выдает сообщения об отклонении за верхнюю или нижнюю границы заданных параметров. Получаемая информация необходима для контроля и оценки работы системы.

Программа тревоги реагирует на различные аварийные ситуации (выход из строя отопительно-вентиляционного оборудования и автоматики, разбитые стекла и т. д.) и диагностирует их.

Программа пуска и включения регулировочных отопительных устройств работает совместно с программой оптимизации и использует сведения о конкретных регулировочных исполнительных механизмах.

Рабочая программа осуществляет связь оператора с системой в форме диалога. С помощью этой программы можно изменить режим работы системы, а также получить различную информацию о ее работе.

Программы учета работы исполнительных механизмов накапливают сведения о часах их работы и сообщают о неисправностях, а также о сроках профилактических работ.

Программы вычисления общего расхода энергии и накопления этого расхода во времени получают и накапливают сведения за день, за неделю, за месяц и т. д.

Программа составления отчета ведет статистику данных измерений и вычислений, а также состояния оборудования отопления и вентиляции, печатает отчеты ежедневно, еженедельно, ежемесячно о средних, минимальных и максимальных значениях, аварийных сигналах, расходах, экономии энергии и пр.

Рисунок 1

Структурная схема АСУ тепловым режимом производственных помещений

Выводы

1. Реконструкция системы теплоснабжения АЗЛК с целью оптимизации отопительного режима обеспечила до 20 % экономии затрат энергии за отопительный период и была осуществлена без существенных капитальных вложений и остановки технологического производственного процесса; окупаемость мероприятий по реконструкции была обеспечена за 5,4 мес.

2. Для достижения существенного снижения расхода тепловой энергии требуется тщательное изучение теплового режима здания в целом, включая натурные исследования. Должны быть проанализированы объемно-планировочные решения здания, теплотехнические качества ограждающих конструкций, параметры микроклимата в рабочей зоне, расстановка технологического оборудования, тепловыделения от оборудования и технологического процесса, возможности регулирования работы отопительно-вентиляционных устройств, области влияния этого оборудования, а также отдельных элементов (регуляторов, заслонок, шиберов, дросселей и т. п.).

3. АСУ должна строиться таким образом, чтобы она могла функционировать начиная с малой степени автоматизации и упрощенного математического обеспечения. Затем систему можно постепенно усложнять как по степени автоматизации, так и путем более полного учета в математической модели теплового процесса, происходящего в здании.

4. Систематическое накопление данных измерений теплового режима здания, значений параметров наружного воздуха в течение длительного времени и дальнейшая обработка их на ЭВМ представляет ценный материал для дальнейших исследований, направленных на сокращение потерь теплоты зданиями.

* Опыт реконструкции системы теплоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. - 1988. -№ 8. - С. 9-11.