Стратегия повышения энергоэффективности в муниципальных образованиях. Меры снижения тепловых потерь

⁰

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Тепловые потери являются индивидуальной характеристикой каждой тепловой сети и должны определяться для каждой сети индивидуально. Транспортировка тепла от теплоисточника до потребителей в системах централизованного теплоснабжения связана с потерями тепловой энергии, которые объясняются охлаждением поверхности трубопроводов при контакте с окружающей средой, с утечками теплоносителя, с работой насосов для прокачки теплоносителя, а также с неоптимальными тепловыми и гидравлическими режимами работы сетей. В различных выступлениях и публикациях величина тепловых потерь при транспортировке в существующих тепловых сетях оценивается в 15-20% отпускаемой с источников тепловой энергии. Тепловые потери включаются в тарифы на тепловую энергию и являются одним из показателей энергетической эффективности эксплуатации тепловых сетей, поэтому определение фактической величины этих потерь является важной практической задачей.

Потери энергии в тепловых сетях неразрывно связаны с потерей ресурсов. При утечках безвозвратно теряются теплоносители, которые должны быть восполнены у источника теплоты. На подготовку теплоносителя затрачиваются как материальные средства, так и энергия.

Другими теряемыми ресурсами являются материал трубопроводов, их тепло- и гидроизоляция, выходящие из строя вследствие коррозии, увлажнения и механических повреждений. В этом случае изготовление и монтаж новых трубопроводов либо восстановление изоляционных конструкций требуют значительных материальных, трудовых и энергетических затрат.

Климатические условия в России предопределяют теплоснабжение как наиболее социально значимый и в то же время наиболее топливоемкий сектор экономики, который потребляет примерно 40% энергоресурсов, используемых в стране, причем около половины этих ресурсов приходится на коммунально-бытовой сектор. По данным около 72% тепловой энергии производится централизованными источниками тепла (мощностью более 20 МВт), остальные 28% производятся децентрализованными источниками, в том числе 18% - автономными и индивидуальными источниками тепла. При этом незначительная часть тепловой энергии обеспечивается за счет утилизации сбросного тепла от технологических установок и с использованием возобновляемых источников энергии. В настоящее время состояние теплоснабжения нельзя признать удовлетворительным. Многие централизованные источники тепла выработали свой ресурс. Около 50% объектов коммунального теплоснабжения и инженерных сетей требуют замены, не менее 15% находятся в аварийном состоянии. На каждые 100км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений. 82% общей протяженности тепловых сетей требуют капитального ремонта или замены.

Целью исследования данной работы является расчет эффективности тепловой изоляции и экономии тепловой энергии при восстановлении разрушенной изоляции теплопровода на примере тепловой сети г. Шатура.

Задачи исследования:

1. Изучение нормативных документов;

2. Анализ и обобщение изученных материалов;

3. Расчет эффективности тепловой изоляции.

4. Сравнение потерь тепла неизолированными теплопроводами с тепловой сетью с предварительно изолированными трубами.

1. Системы транспортировки и распределения тепловой энергии

Транспортирование тепловой энергии имеет место практически в каждой отрасли промышленности и в жилищно-коммунальном комплексе.

Передача теплоты от источника потребителям осуществляется с помощью систем теплоснабжения, которые включают источник, тепловую сеть и потребителей. Система теплоснабжения - совокупность технических устройств, агрегатов и подсистем, обеспечивающих приготовление теплоносителя, его транспортировку и распределение в соответствии со спросом на теплоту по отдельным потребителям на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологическое теплоснабжение.

В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные.

В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприемники потребителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может осуществляться практически без промежуточного звена -- тепловой сети.

Системы децентрализованного теплоснабжения разделяются на индивидуальные и местные.

В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения (участка цеха, комнаты, квартиры) обеспечивается от отдельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому теплота от источника до потребителей передается по тепловым сетям.

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:

§ групповое -- теплоснабжение от одного источника группы зданий;

§ районное -- теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);

§ городское -- теплоснабжение от одного источника нескольких районов;

§ межгородское -- теплоснабжение от одного источника нескольких городов.

В зависимости от фазового состояния теплоносителя тепловые сети разделяются на водяные и паровые. Водяные сети используют для теплоснабжения зданий, для покрытия промышленной технологической нагрузки низкого потенциала. Паровые сети используют также для обеспечения промышленной технологической нагрузки высокого потенциала.

Практика теплоснабжения показала ряд преимуществ воды, как теплоносителя, по сравнению с паром, а именно:

Возможность транспортировать теплоту на большие расстояния без больших потерь температурного потенциала, а, следовательно, возможностью более экономичной комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на ТЭЦ;

Удобством центрального качественного и количественного регулирования отпуска теплоты на ее источнике;

Простотой присоединения большинства абонентских систем к тепловым сетям;

Сохранением всего конденсата греющего пара на ТЭЦ в водонагревательных установках.

Пар, в свою очередь, обладает перед водой следующими преимуществами: теплоснабжение изоляционный термический

Более широкими возможностями применения как теплоносителя (большая универсальность);

Малой плотностью и незначительностью создаваемых гидростатических давлений в трубопроводах даже при самых неблагоприятных рельефах местности теплоснабжаемых районов;

Простотой обнаружения и ликвидации аварий в сетях, так как пар всегда выходит на поверхность земли, а вести сварочные работы при авариях можно немедленно после выключения пара;

Отсутствием расхода электроэнергии на передачу пара, так как он поступает к абоненту под давлением в парогенераторах на теплоисточнике, а расход энергии на возврат конденсата весьма незначителен по сравнению с расходом энергии на перекачку воды в водяных теплосетях.

2. Тепловые потери в тепловых сетях

Согласно сводным данным по объектам теплоснабжения 89 регионов Российской Федерации, суммарная протяжённость тепловых сетей в двухтрубном исчислении составляет около 183 300 км. Средний процесс износа оценивается в 60-70%.

Основными показателями энергетической эффективности работы тепловых сетей являются приводимые ниже величины.

Удельный расход сетевой воды на единицу присоединенной тепловой нагрузки.

Удельный расход электрической энергии на транспорт теплоносителя.

Перепад температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах или температура сетевой воды в обратном трубопроводе при соблюдении температуры сетевой воды в подающем трубопроводе согласно температурному графику.

Потери тепловой энергии на транспорт тепла, через изоляцию и с утечкой сетевой воды.

Потери сетевой воды.

Данные показатели должны устанавливаться проектом тепловой сети, заноситься в паспорт тепловой сети и проверяться при проведении энергетического обследования.

Ниже, в таблице 1, приведены результаты расчётов годовых нормативных и сверхнормативных потерь тепловой энергии и топлива при средних температурах теплоносителя-воды в подающем и обратном трубопроводах в течение отопительного периода соответственно 90 и 50С.

Таблица 1

Ниже, в таблице 2, приведены результаты расчётов расходов электроэнергии, топлива и средств на перекачку теплоносителя на источниках и в тепловых сетях.

Таблица 2

Тепловые потери в магистральных и распределительных сетях существенно различны. Техническое состояние магистральных сетей, как правило, значительно лучше. Кроме того, суммарная поверхность магистральных сетей, через которую теряется тепловая энергия, значительно меньше поверхности намного более разветвлённых и протяжённых распределительных сетей. Поэтому на магистральные сети приходится в несколько раз меньшая доля тепловых потерь по сравнению с распределительными.

3. Меры снижения тепловых потерь

Прогрессивные технологии.

Прогрессивные технологии позволяют повысить долговечность тепловых сетей, увеличить их надежность и одновременно повысить экономичность транспорта тепла.

Ниже приводится краткая характеристика таких технологий.

1) Бесканальная прокладка теплопроводов типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке и системой контроля увлажнения изоляции.

Такие теплопроводы позволяют на 80 % устранить возможность повреждения трубопроводов от наружной коррозии, сократить потери тепла через изоляцию в 2-3 раза, снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию теплотрасс, снизить в 2-3 раза сроки строительства, снизить в 1,2 раза капитальные затраты при прокладке теплотрасс по сравнению с канальной прокладкой. Пенополиуретановая изоляция рассчитана на длительное воздействие температуры теплоносителя до 130оС и на кратковременное пиковое воздействие температуры до 150оС. Необходимое условие надежной и безаварийной работы трубопроводов тепловых сетей - наличие системы оперативно-дистанционного контроля (ОДК) изоляции. Данная система позволяет контролировать качество монтажа и сварки стального трубопровода, заводской изоляции, работ по изоляции стыковых соединений. Система включает в себя: сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети; терминалы по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельная); приборы для контроля: переносные для периодического и стационарные для непрерывного контроля. Система основана на измерении проводимости теплоизоляционного слоя, которая изменяется при изменении влажности. Контроль за состоянием ОДК в процессе эксплуатации трубопровода осуществляется с помощью детектора. Один детектор позволяет одновременно контролировать две трубы до 5 км каждая. Точное местоположение поврежденного участка определяется с помощью переносного локатора. Один локатор позволяет определить место повреждения на расстоянии до 2 км от точки его подключения. Срок службы тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией прогнозируется на уровне 30 лет.

2) Сильфонные компенсаторы, в отличие от сальниковых, обеспечивают полную герметичность компенсационных устройств, уменьшают эксплуатационные затраты. Надежные сильфонные компенсаторы выпускает АО «Металкомп» для всех диаметров трубопровода при бесканальной, канальной, наземной и надземной прокладках. Применение сильфонных компенсаторов в АО «Мосэнерго», установленных на магистральных трубопроводах диаметром от 300 до 1400 мм в количестве более 2000 штук, позволило сократить удельные утечки воды с 3,52 л/м 3 ч в 1994 г. до 2,43 л/м 3 ч в 1999 г.

3) Шаровая запорная арматура повышенной плотности, шаровая запорно-регулирующая арматура с гидроприводом, применяемая в качестве клапанов «рассечки», позволяет улучшить эксплуатационные характеристики арматуры и коренным образом изменить существующие схемы защит систем отопления от повышения давления.

4) Внедрение новых схем регулирования производительности насосно-перекачивающих станций с применением частотно-регулируемых приводов, использование схем защиты от повышения давления в обратной магистрали при остановке насосной позволяет значительно улучшить надежность работы оборудования и снизить расход электроэнергии при работе этих станций.

5) Вентиляция каналов и камер направлена на снижение тепловых потерь через изоляцию теплопроводов, что является одной из важнейших задач эксплуатации тепловых сетей. Одной из причин повышенных теплопотерь через изоляцию теплопровода подземной прокладки является ее увлажнение. Для уменьшения влажности и снижения тепловых потерь необходимо вентилировать каналы, камеры, что позволяет поддерживать влагосостояние тепловой изоляции на уровне, обеспечивающем минимальные тепловые потери.

6) Около трети повреждения тепловых сетей обусловлены процессами внутренней коррозии. Даже соблюдение нормативной величины утечек тепловых сетей, равной 0,25 % объема всех трубопроводов, что составляет 30000 т/ч, приводит к необходимости жесткого контроля качества подпиточной воды.

Основным параметром, на который можно воздействовать, является значение водородного показателя (рН).

Повышение значения рН сетевой воды является надежным способом борьбы с внутренней коррозией при условии поддержания в воде нормируемого содержания кислорода. Высокая степень защиты трубопроводов при рН 9,25 определяется изменением свойств железооксидных пленок.

Уровень повышения рН, обеспечивающий надежную защиту трубопроводов от внутренней коррозии, существенным образом зависит от содержания сульфатов и хлоридов в сетевой воде.

Чем больше концентрация в воде сульфатов и хлоридов, тем выше должно быть значение рН.

Одним из немногих способов продления рабочего ресурса тепловых сетей, прокладываемых стандартным способом, исключая трубопроводы в ППУ изоляции являются антикоррозионные покрытия.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех видах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственно непрерывное колебание температуры, влажности и давления. Ввиду этого теплоизоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований. Соображения экономичности и долговечности требуют, чтобы выбор теплоизоляционных материалов и конструкции производился с учетом способов прокладки и условий эксплуатации, определяемых внешней нагрузкой на теплоизоляцию, уровнем грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы тепловой сети.

Новые виды теплоизоляционных покрытий должны иметь не только низкую теплопроводность, но и малую воздухо- и водопроницаемость, а также низкую электропроводность, что уменьшает электрохимическую коррозию материала труб.

Наиболее экономичным видом прокладки теплопроводов тепловых сетей является надземная прокладка. Однако с учетом архитектурно-планировочных требований, требований экологии в населенных пунктах основным видом прокладки является подземная прокладка в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Бесканальные теплопроводы, являясь более экономичными в сравнении с канальной прокладкой по капитальным затратам на их сооружение, применяются в тех случаях, когда они по теплотехнической эффективности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах.

Тепловая изоляция предусматривается для линейных участков трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб для надземной, подземной канальной и бесканальной прокладки.

Тепловые потери с поверхности трубопроводов увеличивается при увлажнении теплоизоляции. Влага к поверхности трубопроводов поступает при затоплении их грунтовыми и поверхностными водами. Другими источниками увлажнения теплоизоляции является естественная влага, содержащаяся в грунте. Если трубопроводы проложены в каналах, то на поверхности перекрытий каналов возможна конденсации влаги из воздуха и попадание ее в виде капель на поверхность трубопроводов. Для снижения воздействия капель на тепловую изоляцию необходима вентиляция каналов тепловых сетей. Более того увлажнение теплоизоляции способствует разрушению труб из-за коррозии их внешней поверхности, что приводит к сокращению срока службы трубопроводов. Поэтому на металлическую поверхность трубы наносят антикоррозионные покрытия.

Таким образом, главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:

§ Изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;

§ восстановление целостности существующей гидроизоляции;

§ нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;

§ изоляция фланцев и запорной арматуры.

Изоляция неизолированных участков является первоочередным энергосберегающим мероприятием, поскольку тепловые потери с поверхности неизолированных трубопроводов очень велики по сравнению с потерями с поверхности изолированных трубопроводов, а стоимость работ по нанесению теплоизоляции относительно невелика.

Сравним потери тепла неизолированными теплопроводами с тепловой сетью с предварительно изолированными трубами на примере системы теплоснабжения города Шатуры.

4. Расчет эффективности тепловой изоляции.

Характеристика системы теплоснабжения г. Шатуры.

Теплоснабжение жилых, административных и производственных зданий г. Шатура осуществляется от теплофикационной установки ГРЭС-5. Подпитка тепловой сети осуществляется деаэрирированной химочищенной водой.

Давление в обратном трубопроводе поддерживается регулятором подпитки.

От ГРЭС-5 теплоснабжение всех потребителей тепла осуществляется по двухтрубным водяным тепловым сетям.

Магистрали проложены в переходных железобетонных каналах со сборным железобетонным покрытием. Ответвления проложены в кирпичных и железобетонных каналах с покрытиями из железо бетонных плит. В качестве тепловой изоляции применен диатомовый кирпич, покрытый сверху асбоцементной штукатуркой, а на головных участках алюминиевых листом.

Разводящие и квартальные сети частично имеют подвесную изоляцию из минеральной ваты, оштукатуренную асбоцементом.

Основная часть магистрали вынесена на поверхность.

Часть магистрали проложены на высоких и низких опорах. Между магистралями имеются перемычки, позволяющие осуществлять параллельное теплоснабжение городских потребителей, а в случае аварийных ситуаций позволяет осуществлять взаимозаменяемость.

Компенсация температурных удлинений осуществляется в основном П-образными компенсаторами и за счет изменения направления теплотрассы.

Система отопления рассматриваемой группы жилых зданий присоединяются к водяным сетям по зависимой схеме. В качестве теплоносителя в системах отопления применяется вода.

Тепловой режим системы теплоснабжения.

Для системы теплоснабжения города принят метод качественного регулирования отпуска тепла, которой предусматривает постоянный расход теплоносителя в системах отопления при переменной его температуре, зависящей от температуры наружного воздуха.

Регулирование отпуска тепла города осуществляется по температурному графику 150-70 С.

Эффективность тепловой изоляции.

Среднегодовая температура сетевой воды в подающем трубопроводе:

С, в обратном С.

Прокладка трубопровода надземная (в каналах).

Диаметр теплопроводов м. Диаметр изоляции м.

Изоляция - маты минераловатные прошивные, толщиной 0,07м. Покровной слой из бризола в 2 слоя.

Коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции.

Где для подающей трубы

Для обратной трубы:

Термическое сопротивление основного слоя изоляции для каждой трубы:

Термическое сопротивление покровного слоя для каждой трубы:

Где -коэффициент теплопроводности покровного слоя бризола.

Термическое сопротивление на поверхности покрытия для каждого трубопровода:

Где - коэффициент теплоотдачи на поверхности покрытия

Термическое сопротивление каждого теплопровода:

Эквивалентный внутренний и наружный диаметры канала равны:

Где и - площадь и периметр канала по внутренним размерам; и - площадь и периметр канала по наружным размерам.

Принимая коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности канала рассчитываем термическое сопротивление на поверхности канала:

Термическое сопротивление стенок канала при коэффициенте теплопроводности железобетонной стенки канала.

Суммарное термическое сопротивление потоку тепла от воздуха в канале в окружающую среду.

Температуру воздуха в канале определяем по выражению:

Удельные потери теплоты подающим и обратным изолированным теплопроводами:

Суммарные удельные потери тепла:

При условии неизолированных теплопроводов суммарное термическое сопротивление будет равно термическому сопротивлению на поверхности теплопровода:

Температура воздуха в канале при неизолированных теплопроводах:

Удельные потери тепла неизолированными теплопроводами:

Суммарные потери тепла неизолированными теплопроводами будут равны потерям тепла подающим теплопроводом:

Эффективность тепловой изоляции:

Из полученных результатов видно, что изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей изоляции приводит к значительному снижению потерь тепла с поверхности трубопроводов. Таким образом, изоляция трубопроводов является первоочередным энергосберегающим мероприятием.

Заключение

Экономическая эффективность систем централизованного теплоснабжения при современных масштабах теплового потребления в значительной мере зависит от тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности.

Борьба за снижение транспортных потерь тепла в теплопроводах является важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Дополнительные затраты, связанные с нанесением тепловой изоляции и антикоррозионных покрытий, относительно невелики и составляют 5-8% от общей стоимости тепловых сетей, но качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в результате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов. Потери теплоты при изоляции трубопроводов снижаются при наземной прокладке в 10-15 раз, а при подземной в 3-5 раз по сравнению с неизолированными трубопроводами. Тепловая изоляция оздоровляет условия труда персонала и позволяет сохранить высокие параметры теплоносителя на большом удалении от источника тепла.

Выбор толщины изоляции определяется соображениями технической и экономической целесообразности.

Литература

1. Данилов О.Л., Гаряев А.Б., И.В. Яковлев. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. М.: «Издательский дом МЭИ», 2010.

2. Яновский Ф.Б. Энергетическая стратегия и развитие теплоснабжения в России / Ф.Б. Яновский, С.А. Михайлова // Энергосбережение. - 2003. - №6. - С. 26-32.

3. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети. М.: ИНФРА-М, 2010.

4. Иванов В.В., Вершинин Л.Б. Распределение температур и тепловых потоков в зоне прокладки теплотрасс // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену. Теплопроводность, теплоизоляция. - М., 1998. Т. 7. С. 103-105.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Характеристика объектов теплоснабжения. Расчет тепловых потоков на отопление, на вентиляцию и на горячее водоснабжение. Построение графика расхода теплоты. Определение расчетных расходов теплоносителя в тепловой сети. Расчет магистрали тепловой сети.

курсовая работа , добавлен 14.08.2012

Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.

курсовая работа , добавлен 11.07.2012

Технологические требования к строительным решениям производственных зданий и сооружений. Определение тепловых потерь свинокомплекса и ограждения свинарника. Расчет термического сопротивления стен. Выбор тепловой схемы котельной и схемы тепловых сетей.

курсовая работа , добавлен 24.04.2014

Характеристика тепловой нагрузки. Определение расчётной температуры воздуха, расходов теплоты. Гидравлический расчёт тепловой сети. Расчет тепловой изоляции. Расчет и выбор оборудования теплового пункта для одного из зданий. Экономия тепловой энергии.

курсовая работа , добавлен 01.02.2016

Определение понятия тепловой энергии и основных ее потребителей. Виды и особенности функционирования систем теплоснабжения зданий. Расчет тепловых потерь, как первоочередной документ для решения задачи теплоснабжения здания. Теплоизоляционные материалы.

курсовая работа , добавлен 08.03.2011

Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление. Расчёт компенсаторов и тепловой изоляции, магистральных теплопроводов двухтрубной водяной сети.

курсовая работа , добавлен 22.10.2013

Определение максимальной тепловой мощности котельной. Среднечасовой расход теплоты на ГВС. Тепловой баланс охладителей и деаэратора. Гидравлический расчет тепловой сети. Распределение расходов воды по участкам. Редукционно-охладительные установки.

курсовая работа , добавлен 28.01.2011

Описание системы теплоснабжения. Климатологические данные города Калуга. Определение расчетных тепловых нагрузок района города на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Гидравлический расчет водяных тепловых сетей. Эффективность тепловой изоляции.

курсовая работа , добавлен 09.05.2015

Основные меры по энергосбережению в жилищно-коммунальном хозяйстве. Автоматизация теплового пункта. повышения энергоэффективности технических систем зданий. Распределение тепловых потерь в зданиях. Распределение тепловых потерь в зданиях, домах.

реферат , добавлен 16.09.2010

Виды тепловой изоляции: естественная или природная (асбест, слюда, пробка) и предварительно обработанные материалы. Альфолевая изоляция. Термическое сопротивление теплопередачи через изолированный трубопровод. Выбор эффективной изоляции трубопроводов.

Введение
Настоящая статья кратко описывает проблематику энергосбережения, сложившуюся сегодня на подавляющем большинстве отечественных объектов производства, транспортировки и потребления тепловой энергии, предлагая варианты их эффективного решения.

Существующие тепловые системы, в основной своей массе, проектировались и создавались без учета возможностей, появившихся на теплоэнергетичском рынке в течение последних 10 лет. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении. Например, возможность точного моделирования тепловых процессов на ЭВМ привела к появлению новых эффективных конструкций котлоагрегатов и схем отопления, а достижения электронной индустрии обеспечили возможность широкого применения средств учета тепловой энергии и высокоэкономичных регулирующих устройств.

Таким образом, в конце ХХ века энергосбережение получило на свое вооружение большое количество эффективных технологий и новое оборудование, позволяющее значительно (до 50%) повысить надежность и экономичность работы уже существующих тепловых систем и проектировать новые системы, качественно отличающиеся от уже существующих.

Энергосбережение. Аксиомы.

Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичнсти) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект, - цель энергосбережения, - имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его тепловых потерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

Однако, несмотря на уникальность в общем случае факторов, вызывающих потери в каждой конкретной тепловой системе, отечественные объекты имеют ряд характерных особенностей. Они очень похожи друг на друга, что связано с тем, что строились они по общим для "Союза" проектным нормам во времена, когда тепловая энергия стоила "копейки". Характерные проблемы и основные каналы тепловых потерь в энергосистемах "постсоветских" объектов хорошо изучены специалистами нашего предприятия. Решение подавляющего большинства проблем энергосбережения на них отработано нами на практике, что позволяет провести анализ, рассмотреть наиболее характерные ситуации с тепловыми потерями и предложить варианты их решения с прогнозированием результатов, основываясь на наш опыт работы с подобными ситуациями на других объектах.

Излагаемое ниже исследование рассматривает наиболее характерные проблемы существующих тепловых объектов, описывает наиболее существенные каналы непроизводительных потерь в них тепловой энергии и предлагает варианты снижения этих потерь с предварительным прогнозом результатов.

Тепловые системы. Источники потерь.

Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на 3-х основных участка:

1. участок производства тепловой энергии (котельная);

2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);

3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.

Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.

На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать:

химических отложений

насосного оборудования

Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.

Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20-25%!

Алгоритм повышения экономичности работы уже существующего котлоагрегата в общем случае можно представить как последовательность определенных действий (в порядке эффективности):

1. Провести комплексное обследование котлоагрегатов, включая газовый анализ продуктов сгорания. Оценить качество работы периферийного оборудования котельной.

2. Провести режимную наладку котлов с инвентаризацией вредных выбросов. Разработать режимные карты работы котлоагрегатов на различных нагрузках и мероприятия, которые обеспечат работу котлоагрегатов только в экономичном режиме.

3. Произвести чистку наружных и внутренних поверхностей котлоагрегатов.

4. Оборудовать котельную рабочими приборами контроля и регулирования, оптимально настроить автоматику котлоагрегатов.

5. Восстановить теплоизоляцию котлоагрегата, обнаружив и устранив неконтролируемые источники присосов воздух в топку;

6. Проверить и возможно модернизировать систему ХВО котельной.

Специфика теплоснабжения
Важность решения проблем теплоснабжения определяется несколькими факторами.

Затраты топлива на теплоснабжение колоссальны. Только на перекачку сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения необходимо около 50 млрд кВт. ч электроэнергии в год; а с учетом расхода электроэнергии на тепловых пунктах и на прямой электрообогрев, расхода природного газа и жидких углеводородов на местный обогрев жилищ, затраты органического топлива на теплоснабжение составляют более 40% от всего используемого в стране, т.е. почти столько же, сколько тратится на все остальные отрасли промышленности, транспорт и т.д. вместе взятые. Потребление топлива теплоснабжением сопоставимо со всем топливным экспортом страны.
Наибольшие резервы экономии энергоресурсов также сосредоточены в процессе обеспечения теплом. Экономию электрической энергии можно достичь в основном за счет улучшения энергоустановок (источники электроэнергии, транспорт, энергоиспользующие установки у потребителя), а экономию тепловой энергии можно достичь не только за счет совершенствования источников тепла, тепловых сетей, теплопотребляющих установок, но и за счет улучшения характеристик отапливаемых объектов (ограждающие конструкции зданий и сооружений, вентиляция, конструкция окон и т.д.).
В электроэнергетике с принятием пакета законов о реформировании, появились условия для развития конкуренции (зависимость цены на рынке электроэнергии от времени, конкуренция источников и т.п.), что создает финансовые стимулы для участников рынка совершенствовать свои энергетические процессы для снижения издержек. А федеральный закон «О теплоснабжении» до сих пор не принят, и даже с его введением возможности по созданию системы конкуренции будут сильно ограничены. Соответственно, там, где нет рыночных отношений трудно создать систему стимулов к энергосбережению.
Существует тесная связь теплоснабжения с системами топливо- и газоснабжения, а также электроснабжения. Электрическая энергия является замещающим видом энергии для систем централизованного теплоснабжения (ЦТ). Нарушения в системах ЦТ критичны для систем электроснабжения, при сильных похолоданиях потребности в тепле гораздо больше, чем в электроэнергии, и при нарушении режимов обеспечения теплом электрическая энергия используется самым нерациональным способом - на обогрев помещений. Также тепловая нагрузка систем ЦТ является основой для теплофикации, т.е. использования тепловых отходов процесса производства электроэнергии для целей теплоснабжения.
Что касается систем централизованного теплоснабжения, то далеко не у всех есть понимание огромных преимуществ ЦТ в плане экономии энергоресурсов, их надо разъяснять. Агрессивная реклама индивидуальных источников тепла, предлагаемых к внедрению в зоне действия систем ЦТ со ссылкой на зарубежный опыт, вводит потребителей в заблуждение. На Западе как раз принимаются программы поддержки развития систем централизованного теплоснабжения как основы когенерации. В отличие от нашей страны, где исторически развивается преимущественно ЦТ, основной из проблем там является трудность прокладки тепловых сетей в стесненных городских условиях и переориентация потребителей с автономного на централизованное теплоснабжение.

Фактические нагрузки и потери
По результатам энергетических обследований, расчетные и договорные присоединенные тепловые нагрузки существенно отличаются от фактических обычно в сторону превышения. Завышение нагрузок, при недостаточной оснащенности потребителей приборами учета и расчетах по приборам учета на источниках, дает возможность теплоснабжающим организациям занижать сверхнормативные потери в сетях и, соответственно, завышать объемы реализованной тепловой энергии.
Расчетные нагрузки являются основными исходными данными для разработки нормативных энергетических характеристик. При их отличии от фактических получаются расчетные режимные характеристики, недостижимые в реальности. Отсутствие достоверных нормативов не позволяет проводить полноценный анализ энергоэффективности сетей.
Фактические нагрузки также важны для определения резервов системы теплоснабжения.
Отпуск теплоты с источников = Потребление + Фактические потери в сетях
Для сведения баланса надо знать хотя бы две составляющие. При отсутствии 100% оснащенности приборами учета в большинстве случаев проще определиться с отпуском теплоты с источников и фактическими потерями в сетях. Отпуск, при условии проверки достоверности, можно определить по приборам учета тепловой энергии на теплоисточниках либо топливному балансу источника при наличии учета топлива. Фактические потери в сетях определяются по методикам, разрешенным к применению при процедуре энергоаудита, т.е. используются архивы имеющихся у потребителей приборов учета (минимум 20% потребителей). При применении этих методик нет необходимости проводить дополнительные измерения и испытания.
Определение фактических нагрузок и потерь должно быть составной частью разработки общего топливно-энергетического баланса муниципального образования.
Фактические потери сетевой воды, по результатам энергетических обследований, как правило, соизмеримы с нормативной утечкой, равной 0,25% объема тепловых сетей в час. В ряде регионов они не превышают нормативные. Так, в Москве фактические потери сетевой воды и, соответственно, потери тепловой энергии с ними в 2-3 раза ниже нормативных. Данный факт характеризует, прежде всего, не только удовлетворительное состояние тепловых сетей, а завышенные нормы, которые не отражают возможности новых технологий. Необходимо на федеральном и региональном уровнях скорректировать нормативы потерь сетевой воды в сторону уменьшения.
Определение потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию в соответствии с «Методическими указаниями по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях (РД 34.09.255-97)» практически нигде не проводится. Тем самым нарушаются требования «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ». Причина заключается в трудоемкости и дороговизне испытаний, в необходимости отключения потребителей.
Результаты энергоаудита систем теплоснабжения показывают, что фактические потери в обследованных тепловых сетях превышают нормативные в 1,2-2 раза.
Приведение тепловых потерь к нормативным значениям, помимо экономии тепловой энергии и снижения затрат электроэнергии на ее транспорт, обеспечит высвобождение тепловой мощности. При этом может исчезнуть необходимость строительства новых источников тепла. Таким образом, при оценке экономической эффективности перекладки участков тепловых сетей должны учитываться не только сэкономленное тепло, но и капитальные затраты на строительство новых источников.
Необходимо признать факт наличия сверхнормативных тепловых потерь, который становится все более очевидным при тенденции увеличения доли потребителей, оснащенных приборами учета.
В практику теплоснабжающих организаций необходимо ввести анализ состояния тепловых сетей не только по показателю отношения потерь тепловой энергии к отпуску, но и по показателю отношения фактических потерь к нормативным. Применяемый в настоящее время для анализа первый показатель некорректен, т.к. он характеризует не только состояние тепловой сети, но и ее конфигурацию и нормы проектирования тепловой изоляции.

Методы снижения потерь в тепловых сетях
Основными методами являются уменьшения потерь энергии:

периодическая диагностика и мониторинг состояния тепловых сетей;
осушение каналов;
замена ветхих и наиболее часто повреждаемых участков тепловых сетей (прежде всего, подвергаемых затоплениям) на основании результатов инженерной диагностики, с использованием современных теплоизоляционных конструкций;
прочистка дренажей;
восстановление (нанесение) антикоррозионного, тепло- и гидроизоляционного покрытий в доступных местах;
обеспечение качественной водоподготовки подпиточной воды;
организация электрохимзащиты трубопроводов;
восстановление гидроизоляции стыков плит перекрытий;
вентиляция каналов и камер;
установка сильфонных компенсаторов;
применение улучшенных трубных сталей и неметаллических трубопроводов;
организация определения в режиме реального времени фактических потерь тепловой энергии в магистральных тепловых сетях по данным приборов учета тепловой энергии на тепловой станции и у потребителей с целью оперативного принятия решений по устранению причин возникновения повышенных потерь;
усиление надзора при проведении аварийно-восстановительных работ со стороны административно-технических инспекций;
перевод потребителей с теплоснабжения от центральных на индивидуальные тепловые пункты.

Должны быть созданы стимулы и критерии для персонала. Сегодняшняя задача аварийной службы: приехать, раскопать, залатать, засыпать, уехать. Введение только одного критерия оценки деятельности - отсутствие повторных разрытий, сразу кардинально изменяет ситуацию (разрывы происходят в местах наиболее опасного сочетания коррозионных факторов и к замененным локальным участкам теплосети должны предъявляться повышенные требования в части защиты от коррозии). Сразу появится диагностическая аппаратура, появится понимание, что если эта теплотрасса затоплена, надо ее осушить, а если труба гнилая, то аварийная служба первая будет доказывать, что участок сети надо менять.
Можно создать систему, при которой тепловая сеть, на которой произошел разрыв, будет считаться как бы «больной» и поступать на лечение в службу ремонта, как в больницу. После «лечения» она будет возвращаться в эксплуатационную службу с восстановленным ресурсом.
Очень важны экономические стимулы и для эксплуатационного персонала. 10-20% экономии от снижения потерь с утечками (при соблюдении нормы жесткости сетевой воды) выплачиваемые персоналу срабатывает лучше всяких внешних инвестиций. Одновременно из-за уменьшения числа подтопленных участков снижаются потери через изоляцию и увеличивается срок службы сетей.
Потери тепла в тепловых сетях не должны превышать 5–7 %, как это происходит в странах Европы. Однако наши тепловые сети значительно уступают зарубежным. В настоящее время в большинстве тепловых сетей в странах СНГ технологический расход тепловой энергии на ее транспортировку достигает 30 % от передаваемой тепловой энергии. Эта величина зависит от состояния теплосетей и, в первую очередь, от состояния тепловой изоляции.
Необходимо кардинально улучшить качество замены тепловых сетей за счет:

предварительного обследования перекладываемого участка с целью определения причин невыдерживания нормативного срока службы и подготовки качественного технического задания на проектирование;
обязательной разработки проектов капитального ремонта с обоснованием прогнозируемого срока службы;
независимой приборной проверки качества прокладки тепловых сетей;
введения персональной ответственности должностных лиц за качество прокладки.

Техническая проблема обеспечения нормативного срока службы тепловых сетей была решена еще в 50-е годы XX в. за счет применения толстостенных труб и высокого качества строительных работ, в первую очередь антикоррозийной защиты. Сейчас набор технических средств гораздо шире.
Ранее техническая политика определялась приоритетом уменьшения капитальных вложений. С меньшими затратами требовалось обеспечить максимальный прирост производства, чтобы этот прирост компенсировал в дальнейшем затраты на ремонт. В сегодняшней ситуации такой подход не приемлем. В нормальных экономических условиях собственник не может позволить себе прокладывать сети со сроком службы 10-12 лет, это для него разорительно. Тем более это недопустимо, когда основным плательщиком становится население города. В каждом муниципальном образовании должен осуществляться жесткий контроль за качеством прокладки тепловых сетей.
Должны быть изменены приоритеты в расходовании средств, большая часть которых тратится сегодня на замену участков тепловых сетей, по которым были разрывы труб в процессе эксплуатации или летней опрессовке, на предотвращение образования разрывов путем контроля скорости коррозии труб и принятия мер по ее снижению.
Очевидным способом снижения потерь тепловой энергии при ее передаче по тепловым сетям является замена традиционной для России прокладки трубопроводов в минеральной вате в качестве тепловой изоляции на прокладку в пенополиуретане или в другой тепловой изоляции, не менее эффективной.
Замена сальниковых компенсаторов на сильфонные, устаревшей запорной арматуры – на новые шаровые клапаны и т. д. обеспечивает резкое снижение потерь теплоносителя вследствие его утечки, а значит, и потерь тепловой энергии.
Однако существует менее очевидный, но более дешевый путь снижения энергетических затрат в системах теплоснабжения – оптимизация гидравлических режимов функционирования тепловых сетей. Ликвидация разрегулировки тепловых сетей приносит снижение потерь тепловой энергии и затрат электроэнергии на передачу теплоносителя в системе теплоснабжения в некоторых случаях до 40–50 %. Объясняется это тем, что для «обогрева» потребителей, расположенных дальше остальных от источника теплоснабжения, ближайших потребителей приходится перегревать, увеличивая расход теплоносителя. Кроме того, для осуществления хоть какой-то циркуляции в системах отопления этих отдаленных зданий зачастую прибегают к работе «на слив». Вот почему ликвидация разрегулировки тепловых сетей и нормализация теплоснабжения приносят значительный экономический эффект.
Все затраты на новые трубы, пенополиуретановую изоляцию, сильфонные компенсаторы и шаровые клапаны становятся напрасными без регулирования тепловых сетей, то есть без проведения специальных работ по оптимизации гидравлических режимов. Дело в том, что водонагревательные установки источников теплоснабжения, их тепловые сети и системы теплопотребления, особенно при присоединении их к тепловым сетям по зависимой схеме, представляют собой единую сложную гидравлическую систему, объединенную общим режимом функционирования.
Организация гидравлических режимов функционирования тепловой сети, при которых было бы обеспечено требуемое распределение расхода теплоносителя между всеми потребителями, является одной из важнейших, но сложных задач. Ее необходимо решить, чтобы наладить эффективную работу системы теплоснабжения в целом и каждой системы теплопотребления в отдельности. Для этого нужны совместные усилия всех организаций, эксплуатирующих систему теплоснабжения, поскольку приходится иметь дело, как было сказано, с единой гидравлической системой – водяной тепловой сетью с многочисленными системами теплопотребления, по которым циркулирует теплоноситель – сетевая вода.
Из-за высокой плотности теплоносителя водяные тепловые сети отличаются низкой гидравлической устойчивостью. Вследствие этого они подвержены разрегулировке при любых возмущениях – подключении или отключении потребителей, изменении коммутации тепловой сети, изменении расхода теплоносителя в отдельных системах теплопотребления, например, при работе регуляторов горячего водоснабжения и т. п.
Системы централизованного теплоснабжения с момента создания находятся в непрерывном изменении. Протяженность трубопроводов растет или, наоборот, сокращается из-за отключения части потребителей. Это периодически создает трудности в организации гидравлических режимов тепловых сетей и управлении ими.
Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.
Возрастают потери тепла и при избыточном отоплении. Выходом из ситуации является установка снаружи зданий щитов из теплоизоляционного материала (теплошубы), а также замена оконных рам стеклопакетами. Поскольку стеклопакеты имеют несколько воздушных промежутков, их установка позволяет уменьшить потери тепла через окна в два раза. Эти мероприятия называют тепловой реабилитацией. Они позволяют уменьшить потери тепла в старых зданиях до 10–15 %. При постройке новых зданий тепловая реабилитация уже предусмотрена.
Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.
Основным условием нормального функционирования систем теплоснабжения является обеспечение в тепловых сетях, перед тепловыми пунктами потребителей, располагаемого напора, достаточного для возникновения в системах теплопотребления расхода теплоносителя, соответствующего их тепловой потребности. Однако из-за низкой гидравлической устойчивости тепловых сетей при различных возмущениях в них происходит разрегулировка – тем большая, чем ниже их гидравлическая устойчивость.
Существует возможность значительно повысить гидравлическую устойчивость тепловых сетей и систем теплоснабжения.
Анализ функционирования многих тепловых сетей показал, что их гидравлическая устойчивость тем выше, чем меньше потери напора в трубопроводах тепловых сетей и чем больше располагаемый напор перед тепловым пунктом самого отдаленного потребителя.
Для повышения гидравлической устойчивости тепловых сетей необходимо избыточную часть располагаемого напора дросселировать с помощью гидравлических сопротивлений постоянного или переменного сечения – дроссельных диафрагм и сопел элеваторов или регулирующих клапанов средств автоматического регулирования. Эти сопротивления должны быть установлены перед каждой системой теплопотребления или перед отдельными теплообменными аппаратами.
Итак, наладка водяных тепловых сетей базируется на всемерном повышении их гидравлической устойчивости путем повсеместной установки специально рассчитанных дросселирующих устройств – перед каждой из систем теплопотребления независимо от ее тепловой нагрузки. В результате каждая из систем теплопотребления в единой системе централизованного теплоснабжения ставится в одинаковые условия по сравнению с остальными. Все системы теплопотребления становятся гидравлически равноудаленными от источника теплоснабжения.
Регулирование водяных тепловых сетей заключается в распределении расхода теплоносителя между всеми подключенными системами теплопотребления пропорционально их расчетной тепловой нагрузке.
Регулирование тепловой сети сводится к регулировке функционирования отдельных систем теплопотребления путем изменения при необходимости гидравлического сопротивления, установленных дросселирующих устройств.
Критериями правильности регулирования тепловых сетей являются следующие показатели:
- установление расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети и в каждой из систем теплопотребления;
- соблюдение необходимого температурного перепада в каждой из систем теплопотребления;
- поддержание в отапливаемых зданиях расчетной температуры воздуха.
Регулированию тепловой сети обязательно должны предшествовать тщательное обследование системы теплоснабжения и разработка оптимальных для конкретной тепловой сети эксплуатационных режимов. На основании этого должны быть разработаны и осуществлены в полном объеме наладочные (оптимизационные) мероприятия.
Попытки регулирования тепловой сети без разработки конкретно для нее оптимального гидравлического режима и оптимизационных мероприятий (и их выполнения в полном объеме) приводят к еще большей разрегулировке системы теплоснабжения и, следовательно, к чрезмерным затратам топлива, электроэнергии и воды на подпитку тепловой сети.
Учет отпуска и потребления тепловой энергии и теплоносителей производится в соответствии с правилами учета тепловой энергии и теплоносителя, утвержденными первым заместителем Министра топлива и энергетики Российской Федерации 12 сентября 1995 г.
Однако степень оснащенности систем теплового потребления и некоторых источников теплоснабжения (в основном отопительных котельных систем коммунального теплоснабжения) не позволяет производить расчеты за полученные теплоэнергию и теплоносители на основании правил . Правила пользования электрической и тепловой энергией, утвержденные Приказом Министерства энергетики и электрификации СССР № 310 от 6 декабря 1981 г., отменены в 2000 г.
Таким образом, ст. 11 Федерального закона № 28-ФЗ от 03.04.1996 (редакция от 05.04.2003) «Об энергосбережении» не выполняется. Учет тепловой энергии и теплоносителей, который сам по себе не может дать энергосберегающего эффекта, но должен стимулировать энергосбережение в процессе теплоснабжения, в настоящий период не имеет должной нормативной базы.
Функции разработки и утверждения правил учета тепловой энергии не упомянуты ни в положении о Минэнерго, ни в положении о Минрегионразвитии. Вследствие этого правила коммерческого учета тепловой энергии, отражающие реальное положение, до сих пор не рассмотрены и не утверждены.
Программа повышения надежности тепловых сетей
Для реализации потенциала энергосбережения необходимо внедрение целого комплекса мероприятий, среди которых приоритетное значение имеют мероприятия, направленные на повышение надежности функционирования тепловых сетей. Та работа, которая ведется в тепловых организациях по реконструкции тепловых сетей, способствует повышению эффективности систем транспорта и распределения тепловой энергии. Но очень часто ожидаемый эффект не реализуется из-за нарушений требований нормативно-технических документов НТД, которые предъявляются к эксплуатации, строительству и капитальному ремонту тепловых сетей.
К числу таких нарушений при эксплуатации относятся:

отсутствие контроля фактического состояния теплопроводов в период эксплуатации, не проводятся периодические технические освидетельствования тепловых сетей;
не проводятся мероприятия по продлению срока службы действующих теплопроводов;
эксплуатационный персонал не владеет методами защиты от коррозии, учеба не проводится и не планируется;
не ведется постоянный контроль за состоянием трубопроводов в ППУ - изоляции с системами ОДК из-за отсутствия или неисправности приборов контроля;
низкое качество проведения аварийно-ремонтных работ;
не ведется контроль фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию теплопроводов, характеризующих состояние тепловых сетей.

Нарушения при строительстве и капитальном ремонте тепловых сетей:

капитальный ремонт осуществляется без проектов и анализа причин преждевременного выхода из строя теплопроводов, что приводит к повторению ранее допущенных ошибок;
в проектах нового строительства тепловых сетей не учитываются реальные условия прокладки трассы;
оформление проектов не соответствует нормативным документам, также на согласование поступают проекты низкого технического качества, ошибки в расчетах на прочность и цикличность, применение марок стали, не предусмотренных ГОСТом, непродуманная транссировка и т.д.
в техническом задании на проектирование не указаны данные, на основании которых разрабатываются основные мероприятия, необходимые для защиты от наружной коррозии и обеспечения расчетного срока службы теплопроводов, реальные условия эксплуатации и причины, сократившие расчетный срок службы;
в проектах отсутствует расчетный срок службы тепловых сетей;
интенсифицируются процессы коррозии из-за применения при прокладке тепловых сетей материалов и изделий, не отвечающих требованиям действующих НТД;
работы по проектированию, монтажу и приемке в эксплуатацию систем оперативно-дистанционного контроля трубопроводов в ППУ-изоляции ведутся с нарушением требований действующего НТД, что ведет к снижению срока службы тепловых сетей ниже расчетного, качество прокладки самих труб в ППУ-изоляции не всегда соответствует нормативным документам, некачественные узлы перехода с ППУ на стандартную тепловую изоляцию, отсутствие стыковки участков ОДК в единую систему, строительство зданий повышенной этажности в непосредственной близости от тепловой сети;
низкая квалификация персонала подрядных организаций, производящих работы;
в эксплуатацию принимаются теплопроводы, прокладываемые с нарушением положений действующих НТД (качество антикоррозионных покрытий, толщина тепловой изоляции и т.п.).

С учетом вышесказанного к числу первоочередных мероприятий необходимо отнести разработку программы повышения надежности тепловых сетей. В программе необходимо сформулировать все мероприятия по повышению надежности тепловых сетей, апробированных на действующих тепловых сетях, но не получивших широкого распространения.
Программа должна включать в себя перечень организационных и технических мероприятий, проводимых при эксплуатации, текущем ремонте, замене и новом строительстве тепловых сетей с обоснование каждого мероприятия.
Среди организационных мероприятий необходимо отметить следующее:

организация в теплоснабжающих предприятиях службы по защите от коррозии, возложением на нее ответственности за координацию работы по контролю коррозионного состояния тепловых сетей, внедрению защитных мероприятий, определению ресурса, внедрению методов экономического стимулирования, разработке технических заданий в части защиты от коррозии, подготовке планов научно-технических работ, учебе персонала;
восстановить государственную приемку в эксплуатацию тепловых сетей с проведением независимого приборного контроля качества прокладки;
произвести постепенный переход от разрушающих методов контроля тепловых сетей к неразрушающим, массово внедрять систему локального профилактического ремонта с заменой конкретных мест максимального коррозионного разрушения, с переориентацией аварийных служб, с устранения аварий на их предупреждение;
проводить обязательное расследование причин преждевременного выхода из строя трубопроводов тепловых сетей с определением причин, конкретных виновных и мер, необходимых для предотвращения подобных ситуаций, расследование должно проводиться с участием представителей Ростехнадзора.;
организовать обязательную учебу эксплуатационного персонала методами защиты от коррозии требованиям нормативных документов.

Разумеется, приводимый перечень мероприятий не претендует на исключительность и не является исчерпывающим. Ибо возможностей на пути к обеспечению энергетической эффективности – великое множество, а действенная программа энергосбережения – продукт интеллектуального труда, результат совместного труда энергоаудитора и энергетической службы организации – потребителя ТЭР.
Наладка систем теплоснабжения
Для повышения эффективности существующих систем энергоснабжения поселений необходима действенная система контроля над показателями эффективности их работы.
Существующий контроль качества прохождения отопительного сезона фактически сводится к учету аварий и инцидентов. Но это не говорит о действительном качестве теплоснабжения (достаточности количества потребленного тепла и его качественных показателей, эффективности использования температурного потенциала теплоносителя, минимальности затрат на транспорт и распределение тепла).
Существующая система оплаты за полученное тепло учитывает только его количество. Назрела необходимость наряду с количеством учитывать и качество получаемого тепла, что предусматривает повышение ответственности, как со стороны теплоснабжающих организаций, так и потребителей.
Все более важное значение приобретает наладка систем теплоснабжения, предназначенная для обеспечения надежного и экономичного режима распределения теплоносителя по потребителям в соответствии с их тепловыми нагрузками. Во всех регионах РФ наблюдается гидравлическая разрегулировка систем теплоснабжения, независимо от тепловой мощности источников тепловой энергии. Отсутствие производства наладочных работ является причиной перетопов у одних потребителей и непрогревов у других, при этом наблюдается значительный перерасход топлива, до 30%. Учитывая, что структура тепловых сетей в малых городах РФ развивается зачастую хаотично, необходимость производства наладочных работ особенно остра. При росте цен на энергоресурсы необходимость производства наладочных работ только возрастает.
Режимная наладка системы централизованного теплоснабжения заключается в обеспечении расчетных температур внутри отапливаемых помещений и заданных режимов работы калориферных, водоподогревательных и различного рода технологических установок, потребляющих тепловую энергию от тепловой сети при оптимальном режиме работы системы в целом.
Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения:

водоподогревательную установку ТЭЦ или котельную;
центральный тепловой пункт (ЦТП);
водяную тепловую сеть с установленными на ней контрольно-распределительными пунктами (КРП), насосными, дроссельными подстанциями и прочими сооружениями;
индивидуальные тепловые пункты (ИТП);
местные системы теплопотребления.

Задачи регулирования систем централизованного теплоснабжения включают:

обеспечение источником тепла заданных гидравлического и теплового режимов;
обеспечение расчетного расхода теплоносителя по всем подключенным к тепловой сети системам теплопотребления, а также по теплопотребляющим приборам;
обеспечение расчетных внутренних температур воздуха в помеще

Ниже приводится краткая характеристика таких технологий.

2) Сильфонные компенсаторы, в отличие от сальниковых, обеспечивают полную герметичность компенсационных устройств, уменьшают эксплуатационные затраты. Надежные сильфонные компенсаторы выпускает АО «Металкомп» для всех диаметров трубопровода при бесканальной, канальной, наземной и надземной прокладках. Применение сильфонных компенсаторов в АО «Мосэнерго», установленных на магистральных трубопроводах диаметром от 300 до 1400 мм в количестве более 2000 штук, позволило сократить удельные утечки воды с 3,52 л/м 3 ч в 1994 г. до 2,43 л/м 3 ч в 1999 г.
3) Шаровая запорная арматура повышенной плотности, шаровая запорно-регулирующая арматура с гидроприводом, применяемая в качестве клапанов «рассечки», позволяет улучшить эксплуатационные характеристики арматуры и коренным образом изменить существующие схемы защит систем отопления от повышения давления.
4) Внедрение новых схем регулирования производительности насосно-перекачивающих станций с применением частотно-регулируемых приводов, использование схем защиты от повышения давления в обратной магистрали при остановке насосной позволяет значительно улучшить надежность работы оборудования и снизить расход электроэнергии при работе этих станций.
5) Вентиляция каналов и камер направлена на снижение тепловых потерь через изоляцию теплопроводов, что является одной из важнейших задач эксплуатации тепловых сетей. Одной из причин повышенных теплопотерь через изоляцию теплопровода подземной прокладки является ее увлажнение. Для уменьшения влажности и снижения тепловых потерь необходимо вентилировать каналы, камеры, что позволяет поддерживать влагосостояние тепловой изоляции на уровне, обеспечивающем минимальные тепловые потери.
6) Около трети повреждения тепловых сетей обусловлены процессами внутренней коррозии. Даже соблюдение нормативной величины утечек тепловых сетей, равной 0,25 % объема всех трубопроводов, что составляет 30000 т/ч, приводит к необходимости жесткого контроля качества подпиточной воды.

Основным параметром, на который можно воздействовать, является значение водородного показателя (рН).

Чем больше концентрация в воде сульфатов и хлоридов, тем выше должно быть значение рН.

§ Изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;
§ восстановление целостности существующей гидроизоляции;
§ нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;
§ изоляция фланцев и запорной арматуры.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.

Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6-8 %;
Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2-5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами;
Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2-3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4-5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы.
Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%.
При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2-5%
Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два-три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание.
На каждый цикл "Пуск-останов" котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной - ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной.

2. Потери тепла на участке его транспортировки к потребителю. Существующие трубопроводы теплосетей.

Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю, поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД данного участка обычно определяется следующим:

КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по теплотрассе;
потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов;
потерями тепловой энергии, связанными с правильностью распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы;
периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя.

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7%. Однако:

использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии.
при большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс.
гидравлическая налаженность теплотрассы является основополагающим фактором, определяющим экономичность ее работы. Подключенные к теплотрассе объекты теплопотребления должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления и возникает ситуация с возвращением части тепловой энергии по обратному трубопроводу на котельную. Помимо снижения КПД котлоагрегатов это вызывает ухудшение качества отопления в наиболее отдаленных по ходу теплосети зданиях.
если вода для систем горячего водоснабжения (ГВС) подогревается на расстоянии от объекта потребления, то трубопроводы трасс ГВС обязательно должны быть выполнены по циркуляционной схеме. Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около 35-45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивается впустую.

Обычно потери тепловой энергии в теплотрассах не должны превышать 5-7%. Но фактически они могут достигать величины в 25% и выше!

3. Потери на объектах потребителей тепла. Системы отопления и ГВС существующих зданий.

Наиболее существенными составляющими тепловых потерь в теплоэнергетических системах являются потери на объектах-потребителях. Наличие таковых не является прозрачным и может быть определено только после появления в теплопункте здания прибора учета тепловой энергии, т.н. теплосчетчика. Опыт работы с огромным количеством отечественных тепловых систем, позволяет указать основные источники возникновения непроизводительных потерь тепловой энергии. В самом распространенном случае таковыми являются потери:

в системах отопления связанные с неравномерным распределением тепла по объекту потребления и нерациональностью внутренней тепловой схемы объекта (5-15%);
в системах отопления связанные с несоответствием характера отопления текущим погодным условиям (15-20%);
в системах ГВС из-за отсутствия рециркуляции горячей воды теряется до 25% тепловой энергии;
в системах ГВС из-за отсутствия или неработоспособности регуляторов горячей воды на бойлерах ГВС (до 15% нагрузки ГВС);
в трубчатых (скоростных) бойлерах по причине наличия внутренних утечек, загрязнения поверхностей теплообмена и трудности регулирования (до10-15% нагрузки ГВС).

Общие неявные непроизводительные потери на объекте потребления могут составлять до 35% от тепловой нагрузки!

Главной косвенной причиной наличия и возрастания вышеперечисленных потерь является отсутствие на объектах теплопотребления приборов учета количества потребляемого тепла. Отсутствие прозрачной картины потребления тепла объектом обуславливает вытекающее отсюда недопонимание значимости принятия на нем энергосберегающих мероприятий.

3. Тепловая изоляция

Теплоизоляция, тепловая изоляция, термоизоляция, защита зданий, тепловых промышленных установок (или отдельных их узлов), холодильных камер, трубопроводов и прочего от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Так, например, в строительстве и теплоэнергетике теплоизоляция необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, в холодильной и криогенной технике - для защиты аппаратуры от притока тепла извне. Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных ограждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т. п.) и затрудняющих теплопередачу; сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией. При преимущественном конвективном теплообмене для теплоизоляции используют ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене - конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например, из фольги, металлизированной лавсановой плёнки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) - материалы с развитой пористой структурой.

Эффективность теплоизоляции при переносе тепла теплопроводностью определяется термическим сопротивлением (R) изолирующей конструкции. Для однослойной конструкции R=d/l, где d - толщина слоя изолирующего материала, l - его коэффициент теплопроводности. Повышение эффективности теплоизоляции достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками.

Задача теплоизоляции зданий - снизить потери тепла в холодный период года и обеспечить относительное постоянство температуры в помещениях в течение суток при колебаниях температуры наружного воздуха. Применяя для тепловой изоляции эффективные теплоизоляционные материалы, можно существенно уменьшить толщину и снизить массу ограждающих конструкций и таким образом сократить расход основных стройматериалов (кирпича, цемента, стали и др.) и увеличить допустимые размеры сборных элементов.