Энергоэффективные системы отопления. Внедрение автоматизированных подстанций централизованного теплоснабжения



Определена энергоэффективность автоматизированных подстанций централизованного теплоснабжения, подача тепла которых зависит от режима эксплуатации здания, климатических и фактических условий. Предложены пути повышения энергоэффективности зданий.

Ключевые слова: энергоэффективность, экономическая эффективность применения, тепловая энергия, автоматизированные подстанции централизованного теплоснабжения.

Цель исследования: повышение энергоэффективности зданий за счет внедрения автоматизированных подстанций централизованного теплоснабжения.

В 2009 году был принят Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Повышение энергоэффективности систем отопления является одной из стратегических задач Российской Федерации. Согласно этому закону учет и регулирование источника тепла обязательны.

Заметным эффектом экономии тепловой энергии в системах отопления (20–30 %) может достигаться за счет автоматической регулировки тепла. Наиболее полная и эффективная автоматизация может быть реализована с помощью автоматизированных подстанций централизованного теплоснабжения (АПЦТ) зданий с возможностью управления теплом по желанию заказчика на первоначальном уровне, в зависимости от температуры наружного воздуха.

Задачи реконструкции существующих и проектирование новых энергоэффективных систем имеют важное экономическое значение и будут актуальны в ближайшие десятилетия, так как поведение теплотехнических систем зданий при различных изменениях внутренних и внешних факторов должны быть регулируемыми и автоматизированными подстанциями централизованного теплоснабжения, являясь связующим звеном между потребителями тепла и тепловыми сетями. Такие решения позволяют соответствовать современным требованиям энергосбережения, а так же технологии, которые позволят получить недорогие, быстрые конструкторские и технологические решения.

Поэтому научная задача исследования заключается в определении энергоэффективности автоматизированных подстанций централизованного теплоснабжения, подача тепла которых зависит от режима эксплуатации здания, климатических и фактических условий.

Автоматизированные подстанции централизованного теплоснабжения (АЦДС) — это совокупность устройств, расположенных в отдельном помещении, предназначенное для распределения тепла, поступающего от теплосети для отопления, вентиляция и горячего водоснабжение жилых и промышленных зданий, в соответствии с их установленными параметрам теплопроводности.

Экономия при установке таких АПЦТ достигается за счет компенсации инерции котла в моменты изменения температуры наружного воздуха (погодакомпенсации), а также возможностью автоматического снижения температуры внутри здания в ночное время и в выходные дни (для административных зданий, учебных зданий и т. д.).

Системы АПЦТ не только улучшают качество подачи горячей воды, но и являются более эффективным решением, чем обычное централизованное теплоснабжение (ЦТ). Применение АЦТП с точки зрения капитальных вложений и эксплуатационных расходов является менее энергозатратным, так как в данном случае, потери тепла и расход электроэнергии на перекачку и циркуляцию горячей воды снижен,а авторегуляция более эффективна. Такое переключение на систему отопления с применением АПЦТ подходит не только для вновь построенных зданий, но и в большинстве существующих районов, где производится реконструкция внутриквартальных сетей. Трубопроводы выходящие из АПЦТ дают экономический эффект до 25 %, повышают наджность и комфортность эксплуатации системы отопления.

Кроме того, трудно организовать холодный и, тем более, горячий учет воды каждого дома с подключением к ЦТ, потому что в системе ЦТ распределительные сети переходят через здание в соседние дома с вырезанием отдельных стояков. Именно поэтому для оценки водопотребления необходимо: установить счетчики воды почти для каждого стояка, включая круговые стояки. Кроме того, измерить тепловую энергию при таком исполнении, потребляемую горячим водоснабжением для каждого дома просто невозможно. Так же в результатах неправильных расчетов ЦТ проектировщиками, очень часто в одни дома поступает в два раза больше тепла, чем требовалось, в то время как другие испытывали недостаток в тепловой энергии.

При использовании АПЦТ, подготовка горячей воды осуществляется централизованно для всего здания в теплообменных аппаратах и для того, чтобы изменить расход воды потребляемый системой горячего воодоснабжения, достаточно установить один счетчик воды и один счетчик учета тепловой энергии. Расход показателей определяется показаниями теплосчетчиков, установленных на входе и выходе в АПЦТ.

Задачи реконструкции существующих и проектирования новых энергоэффективных АПЦТ имеют важное экономическое значение и будут актуальны в ближайшие десятилетия, так как поведение теплотехнических систем зданий при различных изменениях внутренних и внешних факторов должны быть регулируемыми и АПЦТ, являясь связующим звеном между потребителями тепла и тепловымы сетями позволяют соответствовать современным требованиям энергосберегающим технологиям, которые позволяют получить недорогие, быстрые конструкторские и технологические решения.

При проектировании АПЦТ необходимо учитывать влажный режим зданий, в соответствии со СНиПом 23–02–2003 «теплозащита зданий и сооружений» Для защиты строительных конструкций от коррозии применяются антикоррозионные материалы в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11–85 «защита конструкций от коррозии». Ограждающие конструкции помещений не должны использоваться с применением силикатного кирпича. В труюах должны быть предусмотрены пусковые (прямые) и постоянные (через ловушку) сливы в соответствие требованиям СНиП 41–02–2003 «тепловые сети».

АПЦТ бывают двух исполнений: с независимым от давления контуром и зависящим от давления («смешивание»).

Независимая схема соединения труб основана на создании собственного (автономного) контура отопительной воды здания, который подключен к водопроводной сети контура котла через теплообменник, обеспечивающий передачу тепла от водопроводной сети и исключая проникновение водопроводной сети во внутреннее тепло здания.

Регулирование температуры воды в автономном (вторичном) контуре осуществляется путем изменения расхода водопроводной сети в первичном контуре теплообменника.

Рис.1. Независимая схема соединения

1-фильтр; 2-трубопровод датчика давления воды; 3-расширительный сосуд; 4-водонагреватель бытовой горячей воды; 5-водонагреватель системы отопления; 6-мембранный элемент; 7 -перепускной клапан; 8-электронное управление; 9-нагреватель; 10-датчик температуры воды в трубопроводе; 11-датчик наружной температуры; 12-насос; 13-регулятор перепада давления; 14-моторизованный регулирующий клапан; 15-радиатор термостата; 16- датчик температуры контроллера с коррекцией потребления.

Преимущества независимого способа подключения очевидны-отопительная система здания защищена от загрязнений, существующих в водопроводной сети, и защищена от скачков давления в тепловой сети.

Недостатком метода независимого соединения является разная зависимость -зависимость наличия электроснабжения здания. Движущая сила воды во вторичном контуре, который включает в себя систему отопления здания, включающий в себя электрический насос, который не будет работать в отсутствие электричества.

Схема, зависящая от давления («смешивание»).

Зависимая схема подключения — наиболее распространенна в настоящее время — ожидает вход сетевой воды в систему отопления и другие системы теплопотребления из здания. Таким образом, регулирование температуры поступающей воды в систему отопления осуществляется путем смешивания с возвратной водой путем изменения коэффициента смешивания.

При подключении зависимой схемы электроснабжения отказ не остановит отопление, которое будет обеспечиваться сетью напора воды.

Рис.2. Схема, зависящая от давления («смешивание»)

1-фильтр; 2- датчика давления воды в трубопроводе; 4-водонагреватель бытовой горячей воды; 8-электронное управление; 9 — нагреватель; 10-датчик температуры воды втрубопроводе; 11-датчик наружной температуры; 12-насос; 13- регулятор перепада давления; 14-моторизованный регулирующий клапан; 15-радиатор термостата; 17-обратныйклапан; 18 — ручной балансировочный клапан; 19 — регулятор температуры прямого действия.

Для оценки эффективности применения АПЦТ производился сбор данных о производительности. В качестве объекта сбора информации был выбран жилой район г. Санкт-Петербург,перешедший на систему с АПЦТ.

Данные о производительности АПЦТ собирались каждый месяц. Согласно исследованиям, примерно за семь (7) календарных месяцев работы средний процент экономии от работы составил 37,92 %, в денежном выражении экономия составила 913 752,43 руб.

Сравнение фактического потребления тепловой энергии, рассчитанного для каждого периода определяется по формуле:

Q факт = Qдн ∗ 24 ∗ N ∗

где Q факт — фактический спрос на отопление, мВт / месяц

N-количество дней, дн.

Qдн — расчетная потребность в отоплении, мВт / месяц

Твн — внутренняя температура, °С

Т^рнв. — фактическая наружная температура, °С

Т^внв — расчетная наружная температура, °С

Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1

Время работы	23.04.14–12.05.14	09.10.14 -31.10.14	01.11.14–30.11.14	01.12.14–31.12.14	01.01.15–31.01.15	01.02.15–28.02.15	01.03.15–31.03.15
	1	2	3	4	5	6	7
Спрос, Гкал/месяц	51,60	112,70	192,30	210,90	212,70	183,20	162,30
Спрос, МВт / месяц	60,01	131,07	223,64	245,28	247,37	213,06	188,75
Q раз., МВт	1,113	1,113	1,113	1,113	1,113	1,113	1,113
Количество дней	20	23	30	31	31	28	31
Т1	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00
Т2	-26,00	-26,00	-26,00	-26,00	-26,00	-26,00	-26,00
Т3	8,30	4,60	0,80	-1,00	-2,70	-0,60	2,60
Разработанный спрос, МВт / месяц	132,59	200,69	326,37	368,86	398,72	326,82	305,63
Разработанный спрос, Гкал / месяц	114,00	172,56	280,62	317,16	342,84	281,01	262,79
Тариф за 1 Гкал без учета налога, руб.	1200,00	1200,00	1200,00	1200,00	1200,00	1200,00	1200,00
Ставка за 1 Гкал, с учетом налога, руб.	1416,00	1416,00	1416,00	1416,00	1416,00	1416,00	1416,00
Расчетная стоимость (с учетом налога),руб	161 429,40	244 351,68	397 364,68	449 104,87	485 460,98	397 916,57	372 115,46
Фактическая стоимость (с учетом налога), руб	73 065,60	159 583,20	272 296,80 2	298 634,40	301 183,20	259 411,20	229 816,80
Экономим, руб.	88 363,80 8	84 768,48	125 067,88	150 470,47 1	184 277,78	138 505,37	142 298,66
Экономия, %	54,74	34,69	31,47	33,50	37,96	34,81	38,24

В результате сравнительного анализа получаем, что выгода от перехода на АПЦТ позволяет значительно уменьшить затраты на тепловой энергии (более 30 %). Реализации таких проектов говорит о том, что такие решения должны быть реализованы повсеместно.

Вывод: Целью данного исследования было повышение энергоэффективности зданий за счет применения автоматизированных подстанций централизованного теплоснабжения (АПЦТ). Внедрение такой погодозависимой автоматизации в системах теплоснабжения является идеальным энергоэффективным решением. Но не стоит забывать о том, что такое решение влечет за собой универсальный, строгий алгоритм проектирования будущих режимов работы, а также подготовку высококвалифицированного персонала для обслуживания системы.

Литература:

1. Вэй Ли, Цзиньчжун Чжу, Чжимин Чжу. Оценка преимуществ энергосбережения. Методы построения проекта электросетевого строительства на основе теории стоимости жизненного цикла. Том.17. Часть A. 2012. С. 227–232.
2. Йоханнес Райхла, Андреа Колльманн. Базовая линия в восходящей энергии, расчеты эффективности и экономии — концепция для ее формализации и обсуждения, соответствующие варианты. Прикладная энергетика. Том. 88, выпуск 2. 2011 год. ПП.422–431.
3. Хенрик Гадд, Свен Вернер, структура тепловых нагрузок в системе централизованного теплоснабжения подстанции. Прикладная энергетика, том 108, август 2013, стр. 176–183, ISSN 0306–2619.
4. Хакан Ибрагим Тол, Свенд Свендсен, сравнительное исследование по подстанции типы и схемы сетей в связи с низкоэнергетическими системами централизованного теплоснабжения. Преобразование энергии и управление, том 64, декабрь 2012, страницы 551–561, 0196–8904.
5. Йонас Густафссон, Йоркер Делсинг, Ян ван Девентер, улучшенный район эффективность отопительной подстанции с новой стратегией управления / / Прикладная энергетика, том 87, Выпуск 6, июнь 2010, страницы 1996–2004, ISSN 0306–2619.
6. Цейтин Д. Н., Немова Д. В., Курасова Е. В. автономная энергетика установка с комплексным энергоэффективным электрооборудованием / / Строительство уникальных здания и сооружений. 2013 год. № 5 (10). С. 1–11.
7. Гиргидов А. Д. Самоаэрация потока открытого канала. Энергетические технологии и машиностроение. 2012 год. Т. 45. № 5. P. 351–355.
8. Андрияшев М. М. Гидравлические расчеты водопроводов и водопроводных сетей [гидравлические расчеты водопроводов и магистралей].
9. НС Кенга, Исполняемое Системой HEUI Чоа, Чонг Тай Кимбл.. Энергосбережение эффекты осознания и поведения жильцов квартир. Энергетика и здания. Том.46. 2012 год. С. 112–122.
10. Йоханнес Райхла, Андреа Колльманн. Базовая линия в восходящей энергии расчеты эффективности и экономии — концепция для ее формализации и обсуждения соответствующие варианты. Прикладная энергетика. Том. 88, выпуск 2. 2011 год. ПП.422–431.