Н.Б. Герлинский, директор,
П.А. Анахов, начальник ПТО,
И.А. Когтиков, инженер ПТО,
МУП «Тепло Коломны», г. Коломна

Введение

Система теплоснабжения в основном формировалась в период 1960-1990 гг. на основе Генплана. При этом проектирование и строительство выполняли различные организации и ведомства. Схема теплоснабжения города была впервые разработана в 1986 г., в рамках действующих на этот период требований. В отличие от современных требований, основной задачей Схемы теплоснабжения тех лет являлось формирование топливно-энергетического баланса и обеспечение теплоснабжения и ГВС объектов нового жилищного строительства, социальной сферы, а также развитие промышленных предприятий. Определенное влияние на формирование системы теплоснабжения оказывали изменения строительных норм и правил, других нормативных документов (например, за 1974-2004 гг. выпущено 6 редакций СНиП «Тепловые сети»), а также застройка города различными ведомствами. Так, проектирование и строительство многоквартирных домов мкр. Щурово в комплексе с теплоисточниками производил Цементный завод; застройку и проектирование котельных и ЦТП в 21-31 кварталах - ПО «Коломенский завод» и ПО «КБМ». При этом влияние оказывала не только квалификация проектировщиков, но и объем финансовых средств, выделяемых ведомствами на эти цели. Определенную специфику имела застройка военных городков, переданных затем в муниципальную собственность. Это породило разнообразие схем теплоснабжения в городе (2-трубные, 4-трубные, открытые, закрытые, с ЦТП, с домовыми кожухотрубчатыми подогревателями без регулирования и т.д.).

К 2000 г. наличие разнообразных схем теплоснабжения, зачастую неэффективных, большой износ сетей и оборудования потребовали комплексной реконструкции. Если по теплоисточникам и тепловым сетям вектор развития был определен изначально, и было понятно, по какому направлению идти, то по узлам присоединения четкой позиции не было.

Абонентские узлы присоединения являются одним из важнейших моментов при разработке схемы теплоснабжения, поскольку здесь осуществляется связь между источником теплоснабжения и потребителями. Невозможно обеспечить энергосбережение в системе и повышение эффективности систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) при реконструкции котельных и тепловых сетей без проработки схемы присоединения и современных абонентских узлов.

Следовало определить, что лучше: реконструкция ЦТП или внедрение автоматизированного ИТП и отказ от ЦТП.

Существуют разнообразные мнения о преимуществах и недостатках ИТП, размещаемых в каждом здании по сравнению с групповым ЦТП, поэтому сотрудники нашего предприятия провели расчет вариантов схем присоединения (в т.ч. при реконструкции СЦТ, а также смоделировав ситуацию нового строительства микрорайона) на примере конкретного объекта - одного из городских кварталов. Пример выбрали, исходя из условий, что в ближайшие 3-4 года возникнет реальная необходимость реконструкции СЦТ данного района как по условиям износа оборудования и тепловых сетей, так и по условиям энергоэффективности.

Описание объекта

Микрорайон № 5 спроектирован и застроен в 80-х годах прошлого века и расположен в районе Колычёво г. Коломны (рис. 1). В мкр. № 5 находятся 11 МКД и 10 социальных объектов, теплоснабжение которых осуществляется от котельной № 2 по ул. Астахова,12. Все тепловые объекты подключены к ЦТП № 2 по зависимой схеме через элеваторные узлы.

Рис. 1. Общий вид микрорайона № 5 в районе Колычёво, г. Коломна.

Тепловые сети мкр. № 5 проложены от ЦТП № 2 в 4-трубном исполнении. Общая длина тепловых сетей микрорайона после ЦТП составляет 2598 м в 2-трубном исчислении. До ЦТП проложена 2-трубная тепломагистраль Ду 250 длиной 150 м (рис. 2).

Рис. 2. Схема теплоснабжения микрорайона № 5.

Варианты возможной реконструкции

Вариант № 1 - реконструкция СЦТ на базе существующей схемы.

1. Реконструкция (замена) тепловых сетей. Сметная стоимость затрат составит 10,9 млн руб.

2. Реконструкция ЦТП № 2. Сметные затраты (без учета затрат на ремонт здания) составят 11,9 млн руб.

3. Общая величина затрат на реконструкцию СЦТ мкр. № 5 с реконструкцией ЦТП и сетей ГВС составляет: 11,9+10,9=22,8 млн руб.

Вариант № 2 - реконструкция СЦТ с отказом от ЦТП и внедрением ИТП.

Подключение систем отопления и ГВС зданий проектируется по двухступенчатой схеме с пластинчатыми теплообменниками; взамен элеватора предполагается погодозависимое регулирование со смесительным насосом. Всего по расчету для обеспечения ГВС объектов мкр. № 5 требуется установка 27 ИТП средней установленной тепловой мощностью по отоплению 0,25-0,45 Гкал/ч (один ИТП на 2 или 3 блок- секции панельного МКД) (рис. 3).

Рис. 3. Схема реконструкции СЦТ микрорайона № 5 с внедрением ИТП.

1. В соответствии с типовой сметой (в ценах на март 2015 г.) средняя стоимость ИТП (при исключении общедомовых узлов учета) составляет 1,149 млн руб. без НДС, соответственно, затраты по внедрению всех ИТП составят: 27.1,149=31,023 млн руб.;

2. Наладка оборудования ИТП (27 ед.) - около 1,5 млн руб.

3. Стоимость реконструкции двухтрубных тепловых сетей квартала с увеличением диаметра (в связи с совмещением тепловых нагрузок отопления и ГВС) по результатам расчетов пропускной способности составит 5,8 млн руб. (с учетом оптимизации схем прокладки тепловых сетей в застроенном микрорайоне).

4. Общая величина затрат на реконструкцию СЦТ мкр. № 5 с внедрением ИТП составляет 38,3 млн руб.

Сравнение величины затрат по двум вариантам реконструкции СЦТ мкр. № 5 показало, что вариант с ИТП обходится дороже на 15,5 млн руб. (или 68%).

Сравнение затрат на СЦТ по варианту капитального строительства микрорайона

Представим, что этот же микрорайон строится в «чистом поле» (теплоноситель по графику 115/70 О С). При этом также возможно развитие двух вариантов.

Вариант № 1 - строительство ЦТП, тепловых сетей и сетей ГВС.

1. Затраты на строительство ЦТП составят 19 млн руб. Пусконаладочные работы по ЦТП - 0,2 млн руб.

2. Стоимость прокладки 4-трубных сетей отопления и ГВС от ЦТП, плюс тепломагистраль до ЦТП составит по расчету 29,7 млн руб.

3. Итого по СЦТ мкр. № 5:

19+29,7+0,2=48,9 млн руб.

Вариант № 2 - строительство ИТП на объектах потребления и тепловых сетей до них.

1. Стоимость прокладки двухтрубных тепловых сетей Ду 200-Ду 50, общей длиной 1,3 км составляет 13,3 млн руб.

2. Стоимость 27 ИТП: 27.1,149=31 млн руб., а с учетом наладки - 32,5 млн руб.

3. Итого капитальные затраты на строительство ИТП и 2-трубных тепловых сетей до них составят: 13,3+32,5=45,8 млн руб.

Сравнение величины затрат по двум вариантам строительства СЦТ мкр. № 5 показало, что вариант с ИТП дешевле лишь на (48,9-45,8)=3,1 млн руб., что составляет 6,3%.

Таким образом, в случае нового строительства разница капитальных затрат вариантов сравнительно невелика, а при определенных условиях величину затрат по вариантам при новом строительстве можно практически выровнять. К примеру, при этом можно снизить затраты на строительство ЦТП (например, выполнить строительство пристроенного, совмещенного или размещенного в техподполье общественного здания, или смонтировать его из сэндвич-панелей); а тепловые сети выполнить из полимерных трубопроводов в изоляции с выбором вариантов наиболее оптимальной прокладки. Можно применить и другие методы снижения капитальных затрат, следовательно, в данном микрорайоне разницу в 5-6% между 27 ИТП и одним ЦТП можно снивелировать.

Сравнение годовых эксплуатационных затрат на обслуживание ИТП и ЦТП (на примере мкр. № 5)

Эксплуатационные затраты на ИТП и ЦТП имеют для теплоснабжающей организации не менее важное значение, чем капитальные затраты на реконструкцию (модернизацию) СЦТ. Поэтому нельзя сравнивать различные варианты СЦТ без учета этой экономической составляющей. Полученные показатели приводятся в таблице.

Таблица. Сравнительные расчеты эксплуатационных затрат, тыс. руб./год.

*Примечание: незначительный выигрыш в потерях тепловой энергии в тепловых сетях при варианте с ИТП объясняется их круглогодичной работой по графику 115/70 О С со срезкой 70 О С, в то время как после ЦТП отопительные сети работают сезонно без срезки, а сети ГВС при температуре не выше 65 О С - круглый год.

Сравнительный анализ вариантов реконструкции показал, что без учета затрат на потери тепловой энергии в тепловых сетях годовые затраты на эксплуатацию 27 ИТП в 2,5 раза выше, чем на эксплуатацию одного ЦТП и 1,3 км тепловых сетей.

С учетом затрат на потери тепловой энергии в тепловых сетях годовые затраты на эксплуатацию 27 ИТП на 419 тыс. руб. (10%) выше (4,14 млн руб. против 4,56 млн руб.), чем на эксплуатацию одного ЦТП и 1,3 км тепловых сетей.

Определенным подтверждением правильности наших подходов к оценке реконструкции СЦТ с детальной проработкой применения ИТП или ЦТП послужила реализация Программы по теплоснабжению социально значимой новостройки Перинатального центра в Коломне, общей тепловой нагрузкой 10,2 МВт.

На основании Схемы теплоснабжения г. Коломны до 2027 г. была разработана программа подключения Перинатального центра, включающая в себя, в т.ч., перераспределение тепловых нагрузок между источниками теплоснабжения и реконструкцию одного ЦТП.

Многоквартирные жилые дома мкр. № 21 по ул. Ленина, ул. Фрунзе и ул. Щорса с суммарной тепловой нагрузкой 5,127 Гкал/ч, ранее обеспечиваемые по зависимой открытой схеме от котельной № 1, были переведены на теплоснабжение от котельной № 3 через ЦТП № 15 по закрытой независимой схеме (рис. 4). Высвободившаяся тепловая нагрузка котельной № 1 направлена на теплоснабжение Перинатального центра с теплопотреблением 10,2 МВт (8,78 Гкал/ч).

Рис. 4. Схема теплоснабжения МКД 21-го квартала после перевода на закрытую схему через ЦТП № 15.

Эти мероприятия выполнены путем реконструкции ЦТП № 15 с установкой группы теплообменников и насосов для обеспечения горячей водой жилых домов квартала, с одновременным капитальным ремонтом существующего изношенного теплотехнического оборудования (рис. 5-7). Также выполнена реконструкция тепловых сетей мкр. № 21 с прокладкой сетей ГВС протяженностью 1,35 км к абонентам, ранее получавшим горячую воду по открытой схеме (рис. 8, 9).

Рис. 5. Насосное оборудование ЦТП № 15.

Рис. 6. Шкаф управления оборудованием ЦТП № 15.

Одновременно, в связи с присоединением тепловой нагрузки, увеличена пропускная способность трубопроводов котельной № 1 на Ду 600; выполнена реконструкция тепломагистрали до Ду 250 с увеличением пропускной способности на участке протяженностью 0,65 км.

Рис. 7. Узел регулирования.

При сравнительных расчетах определено, что стоимость устройства ИТП в 8 МКД с учетом стоимости подводки водопроводов и обустройства помещений составит 19 млн руб. Фактическая стоимость работ по реконструкции ЦТП № 15 с переводом 8 МКД на закрытую схему составила 14,94 млн руб. (в т.ч. реконструкция ЦТП № 15 - 9,2 млн руб., строительство тепловых сетей - 5,74 млн руб.), что на 27% дешевле расчетной стоимости установки в МКД 8 ед. ИТП.

Благодаря реализации комплексной Программы оптимизации схемы теплоснабжения в планировочных районах «Центральный-Репинский» в части внедрения решений по реконструкции ЦТП достигнуты следующие результаты:

■ переведены с открытого на закрытый водоразбор 8 МКД с количеством проживающих около 3,5 тыс. человек;

■ внедрены энергосберегающие решения в теплоснабжении жилых домов мкр. № 21: погодозависимое регулирование, обеспечение заданной температуры горячей воды с циркуляцией через полотенцесушители, что позволит сэкономить около 1000 Гкал/год.

Рис. 8. Реконструкция тепловых сетей и сетей ГВС в мкр. № 21.

Рис. 9. Подвод сетей ГВС к жилому дому.

Основные выводы и итоги

В данной статье мы не утверждаем о 100% преимуществе ЦТП перед автоматизированными ИТП. Но обращаем внимание, что вопрос выбора между ними, особенно в процессе реконструкции существующих систем теплоснабжения, требует тщательной проработки в каждом конкретном случае. Даже в случае нового строительства, приоритет устройства ИТП в каждом здании не совсем очевиден, т.к. стоимость капитальных затрат по сравнению со строительством ЦТП и сетей ГВС практически равна, но затратность эксплуатации ИТП выше. В обоих вариантах, при установке современного оборудования с погодозависимым регулированием, осуществляется энергосбережение и экономия энергоресурсов, улучшается качество теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителей путем более точного регулирования в тепловых пунктах. Дополнительно, имея ввиду старые внутридомовые системы отопления, для достижения большего эффекта, необходима реконструкция этих внутридомовых систем.

При переводе существующих систем открытого водоразбора на закрытую схему ИТП имеет определенные преимущества, т.к. не потребуется перекладка тепловых сетей, но не исключена перекладка водопроводных сетей. Имеются случаи и ситуации в существующих системах централизованного теплоснабжения, когда ИТП в МКД выполнить сложно, дорого, а иногда и технически невозможно. К примеру, в мкр. № 5 и мкр. № 21 выбор в пользу ЦТП продиктован также следующими факторами: отсутствие подвальных помещений в большинстве МКД, необходимость дополнительных затрат для устройства помещений для ИТП, длительные сроки производства работ (27 ед. ИТП), а также отсутствие подготовленного и обученного персонала для обслуживания ИТП в жилищно-эксплуатационных организациях.

Считаем, что необходимо прорабатывать каждый вариант подключения индивидуально, т.к. очевидно, что разница в капитальных и эксплуатационных затратах может различаться значительно. Рассматривая стратегию теплоснабжающих организаций при реконструкции существующих СЦТ, например, «ставим только ИТП!» - имеется вероятность неэффективного использования инвестиций при сравнительно небольшом «выигрыше» в экономии энергоресурсов по сравнению с реконструкцией ЦТП.

В нашем случае, при реконструкции или при новом строительстве, мы просчитываем все возможные варианты, не важно «модные» они или нет, внедряем ИТП, и в то же время проводим реконструкцию ЦТП, выбирая наиболее энергоэффективные решения.

В малых городах, в отсутствии высокоэтажной застройки (свыше 10 этажей) при реконструкции систем теплоснабжения кварталов во многих случаях технически и экономически целесообразна реконструкция ЦТП.

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

Тепловой пункт может использоваться для модернизации старых зданий при условии замены не только тепловых пунктов, но и теплообменников и другого сопутствующего оборудования. При строительстве нового здания выгоднее спроектировать тепловой пункт и внедрить именно установку индивидуального теплового пункта, так как в дальнейшем это позволит существенно снизить общую стоимость проекта за счет сокращения капитальных затрат и расходов на прокладку теплосетей.

Модернизацию тепловых пунктов осуществляют для усовершенствования теплоснабжения здания в соответствии с современными требованиями. Основные задачи модернизации – организация учета теплопотребления абонентом и сокращение потребления тепловой энергии при улучшении уровня теплового комфорта в обслуживаемых помещениях. Для этого, как минимум, на абонентском вводе устанавливают прибор учета и автоматический регулятор теплового потока, корректирующий отпуск теплоты по погодным условиям. Такое применение оборудования называют местным либо абонентским автоматическим регулированием. При этом не осуществляют изменений конструктивного характера в системе отопления, но предусматривают эту возможность в будущем. Особенно это касается решений о применении гидроэлеватора с регулируемым соплом (14.9). На первый взгляд, он решает поставленные задачи, но при последующей модернизации системы отопления путем установки терморегуляторов на отопительных приборах в соответствии с программой Кабмина Украины, от него необходимо будет отказаться.

Модернизация абонентских вводов позволяет:

оптимизировать распределение тепловой нагрузки в теплосети;

адекватно управлять гидравлическим и тепловым режимами внутренней системы теплопотребления здания;

снизить расход теплоносителя в теплосети;

экономить энергоресурсы;

уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

При модернизации теплового пункта рассматривают множество задач

Наиболее часто решаемые задачи:

Автоматизация процесса управления, контроль, учет расходов тепла и теплоносителя:

регулирование температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха;

регулирование температуры теплоносителя, возвращаемого в теплосеть, в соответствии с температурой наружного воздуха по заданному температурному графику;

ускоренный прогрев ("натоп") здания после энергосберегающего режима (пониженного теплопотребления);

коррекция режима теплопотребления по температуре воздуха в помещении;

ограничение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления;

регулирование тепловой нагрузки в системе горячего водоснабжения;

регулирование тепловой нагрузки приточных вентиляционных

установок с обеспечением функции защиты от замораживания (14.10);

регулирование величины снижения теплопотребления в заданные периоды по температуре наружного воздуха;

регулирование режима теплопотребления с учетом аккумулирующей особенности здания и его ориентации по сторонам света.

Указанные процессы в тепловом пункте изменяют режим теплопотребления абонента: с качественного режима на качественно-количественное. С гидравлической точки зрения – это переход от постоянного гидравлического режима (14.11) к переменному (14.12). С технической точки зрения –

это замена оборудования, неспособного работать в новых гидравлических условиях, на оборудование, решающее поставленные задачи. К заменяемому оборудованию относится, прежде всего, гидроэлеватор (14.7). Замена гидроэлеватора (14.7) на насос позволяет реализовать множество энергосберегающих функций автоматического регулирования теплопотребления здания как в момент модернизации теплового пункта, так и при последующей модернизации системы отопления и горячего водоснабжения.

14.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

До осуществления замены оборудования теплового пункта необходимо провести его детальное техническое и теплогидравлическое обследование, в процессе которого выясняют фактическое состояние абонентского ввода. При этом определяют:

проектные и фактические расходы теплоносителя;

проектные и фактические часовые, а также месячные тепловые нагрузки;

проектные и фактические параметры теплоносителя на вводе – средние значения и их отклонения как в рабочем, так и в аварийном режиме работы теплосети;

наличие отложений на внутренних поверхностях труб и арматуры;

наличие в трубах блуждающих токов, разности потенциалов и вибраций;

источники помех для электронных устройств;

стабильность электропитания.

Получают указанные данные как расчетным методом, так и методом прямых замеров. Так, расходы теплоносителя при расчетном методе определяют по проектным нагрузкам и температурному графику; при прямом – ультразвуковым расходомером с накладными датчиками. Для закрытых систем в последнем случае следует определять расходы в подающем и в обратном трубопроводах для выявления несанкционированного разбора сетевой воды либо утечек.

Тепловые нагрузки определяют по температурному режиму источника теплоснабжения и температурному режиму системы отопления. По пьезометрическому графику давления теплоносителя теплосети в статическом и динамическом режимах определяют проектные параметры теплоносителя на вводе в здание и сопоставляют их с реальными показателями по манометрам. Информация о содержании в теплоносителе воздуха и газов, механических и взвешенных частиц позволяет правильно подобрать тепломер. Такой анализ осуществляют по отложениям в трубах и грязевиках. Следует обратить внимание на наличие магнетитов в теплоносителе, увеличивающих погрешность электромагнитных расходомеров. Наличие в теплоносителе механических частиц недопустимо при использовании ротационных тепломеров, насосов и автоматических клапанов.

Блуждающие токи и электрохимическая коррозия могут быть причиной неудовлетворительной работы для датчиков расхода и температуры теплоносителя, а также тепловычислителя. Вибрация существенно влияет на работу вихревых расходомеров. Нестабильность электропитания предопределяет выбор тепловычислителя с аккумуляторами. Влияет также на расположение штока автоматических клапанов при отсутствии электроэнергии – закрыто, промежуточное – полностью открыто. Заставляет устанавливать местный резервный источник электроснабжения, либо оставлять гидроэлеватор (14.7) , как резервный вариант узлу смешивания с насосом. На основании полученной информации выбирают схему абонентского ввода, подбирают соответствующее оборудование, обеспечивают его работоспособность. Затем определяют этапы выполнения работ. Автоматизацию тепловых пунктов осуществляют:

поэтапно;

в один этап.

Поэтапную модернизацию применяют при отсутствии единоразовых средств на полную автоматизацию. Зачастую реализуют этот путь при дальнейшей замене зависимого присоединения абонента к теплосети на независимое. На первом этапе устанавливают тепломер и насос, либо только тепломер. На втором – пластинчатый теплообменник и автоматические клапаны. С учетом отечественного норматива, автоматический регулятор теплового потока следует устанавливать на первом этапе.

При установке насосов, гидроэлеватор может быть демонтирован либо оставлен. В первом варианте гидроэлеватор заменяют патрубком и устанавливают заглушку на подмешивающем трубопроводе либо срезают его, а в подающий либо обратный трубопровод врезают узел обвязки насосов с перемычкой. Кроме того, после насосов устанавливают ручной регулирующий клапан для наладки системы отопления температурным методом, а перед насосами устанавливают сетчатый фильтр. Во втором случае узел обвязки насоса с регулирующим клапаном и фильтром размещают параллельно гидроэлеватору (рис.14.5).

Рис.14.5. Параллельное размещение насосного узла к гидроэлеватору

Фильтр следует размещать после перемычки, что обеспечивает фильтрование как сетевой, так и подмешиваемой воды. На перемычке следует установить обратный клапан (14.13) для предотвращения перетока сетевой воды в обратный трубопровод. Врезку подающего трубопровода после насосов осуществляют за задвижкой, отключающей систему отопления, которая при работе насосов

должна быть закрыта. Кроме того, между фланцами соединения гидроэлеватора к подмешивающему трубопроводу устанавливают заглушку. Наилучшим вариантом модернизации теплового пункта является его автоматизация в один этап. Таким путем пошли в Киеве при замене тепловых пунктов общественных зданий. Реализуемый подход пред ставлен на рис. 14.6. Инженерные системы здания при автоматизации теплового пункта остаются без изменения. Однако возможна дальнейшая их модернизация путем установки автоматических терморегуляторов на узлы обвязки отопительных приборов системы отопления и установки терморегуляторов на циркуляционные трубопроводы системы горячего водоснабжения.

Рис.14 6 Схема замены узлов при модернизации теплового пункта

Такая модернизация становится возможной, поскольку побудителями движения воды в этих системах являются насосы. Кроме того, в новых узлах установлены сетчатые фильтры, снижающие загрязненность теплоносителя.

В старом тепловом пункте демонтируют практически все оборудование (рис. 14 .7): контрольно-измерительные приборы, узел учета, скоростные водоподогреватели, элеваторный узел. Оставляют лишь задвижки и грязевики. Причем по требованию грязевик на обратном трубопроводе устанавливают перед регулирующими устройствами, а также приборами учета расходов воды и тепловых потоков. Новые узлы присоединения систем отопления (рис. 14.7,б) и горячего водоснабжения проектируют в соответствии с местными условиями.

При модернизации тепловых пунктов по программе Европейского банка реконструкции и развития в Киеве применяют зависимую схему присоединения системы отопления без перепускного клапана (14. 14) и двухступенчатую смешанную схему присоединения системы горячего водоснабжения с пластинчатыми теплообменниками. Кроме того, в тепловом пункте автоматизируют отвод воды из приямка.

Новые узлы присоединения систем зачастую имеют заводское изготовление и поставляются на объекты собранными в виде блочного теплового пункта. Блок поставляют с приваренными патрубками к ответным фланцам, что облегчает монтажные работы.

При модернизации тепловых пунктов в подавляющем большинстве случаев целесообразно применять блочные тепловые пункты. Они собраны и испытаны в заводских условиях, отличаются надежностью. Монтаж оборудования упрощается и удешевляется, что, в конечном счете, снижает стоимость модернизации.

Модернизацию теплового пункта осуществляют на основании детального технического и теплогидравлического обследования абонентского ввода.

Рис. 14.7 Общий вид абонентского ввода: а - до модернизации; б – после модернизации

Подавляющее большинство ИТП Санкт-Петербурга реализовано по схеме с элеваторным узлом смешивания. Недостатки подобного технического решения представлены в разделе 1. Основной из них, связанный с принципиальной невозможностью оперативного управления параметрами теплоносителя, приводит к нерациональному перерасходу тепловой энергии в осенне-весенние периоды отопительного сезона.

Одним из вариантов решения задачи оперативного управления параметрами теплоносителя элеваторного узла смешивания является автоматизированный водоструйный аппарат с регулируемым соплом (АВАРС).

Внешний вид водоструйного аппарата с регулируемым соплом представлен на рисунке. Описание аппарата представлено на основании материалов . Доработка элеватора произведена путем установки регулирующего исполнительного механизма с ручным или электрическим приводом. Более детально конструкция исполнительного механизма представлена ниже.

Регулирующий исполнительный механизм состоит из конусного сопла (1), в котором помещена регулирующая конусная игла (2). Конусная игла может перемещаться в продольном направлении посредством зубчатого валика (4) и направляющего аппарата. Ось зубчатого валика и перемещение конусной иглы может осуществляться вручную или с помощью электрического привода по командам программируемого контроллера.

Для автоматизации погодного регулирования водоструйный аппарат комплектуется следующими элементами:

1. 
   Электрический привод.
2. 
   Программируемый контроллер.
3. 
   Термометры сопротивлений (термопары).
4. 
   Комплект силовых и контрольных кабелей.
5. 
   Устройство диспетчеризации и дистанционного управления (при необходимости).

Многих руководителей управляющих компаний привлекает простота, кажущаяся надежность и сравнительно небольшая стоимость подобной реализации системы автоматического погодного регулирования (САПР). Стоимость оборудования и монтажа по нашим данным составляет 150т.р…200т.р. На нескольких объектах Санкт-Петербурга произведена модернизация ИТП и установлены комплексы АВАРС.

Для анализа эффективности и корректности работы САПР на основе АВАРС специалистами СПб ГБУ «Центр энергосбережения» были получены данные о почасовых расходах тепловой энергии и средней часовой температуре наружного воздуха, соответствующей времени измерения расхода. Данные архивов тепловычислителей предоставлены специалистами ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга».

В идеальном случае САПР обеспечивает увеличение или уменьшение расхода тепловой энергии пропорционально уменьшению или увеличению температуры окружающего воздуха. Зависимость – линейная с учетом инверсии температуры. Степень зависимости двух процессов принято численно оценивать коэффициентом корреляции по Пирсону (К пирс). Чем ближе значение коэффициента к единице, тем процессы более зависимы. При К пирс =0, - процессы полностью независимы.

В приложении 1 представлены графики почасового потребления тепловой энергии, совмещенные с инверсированными данными о среднечасовой температуре окружающего воздуха. Инверсия использована для более наглядного представления о степени зависимости процессов.

Как следует из графиков и значений К пирс процесс регулирования расхода потребления тепловой энергии практически не связан с внешней температурой. Максимальный коэффициент К пирс =0,74 (график 3). Настораживает хаотичное срабатывание регулирующей иглы АВАРС (график 3), что крайне нежелательно для зависимых схем подключения систем отопления.

Максимальное значение коэффициента корреляции быстрее всего связано не с работой САПР АВАРС, а с изменением параметров теплоносителя от теплоснабжающей организации. Подтверждением этого вывода может служить график 1 приложения №2. На нем показаны зависимости расхода и температуры на ИТП с простым элеваторным узлом смешивания. Причем, коэффициент корреляции здесь выше, чем в предыдущем случае (К пирс =0,75). Процесс погодного регулирования осуществляется теплогенерирующей организацией.

На основании представленных сведений можно сделать вывод о том, что эксплуатируемые в настоящее время системы погодного регулирования на основе АВАРС не обеспечивают эффективного и точного управления параметрами теплоносителя. После отладки систем управления и программного обеспечения, процесс анализа почасовых расходов можно повторить и оценить эффективность финансовых вложений в модернизацию ИТП.

Представленный вывод совпадает с мнением ведущих специалистов ресурсоснабжающих организаций города. Ниже приводим выдержку из отзыва директора филиала «Энергосбыт» ГУП «ТЭК Санкт-Петербург» А.М.Сергиенко по вопросу элеваторов с регулируемым соплом.

«Установку элеваторов с регулированием проходного сечения сопла считаем нецелесообразной, т.к. считаем ее ненадежной и требующей обслуживания квалифицированными специалистами по наладке и эксплуатации. Кроме того, при срабатывании автоматики на уменьшение расхода теплоносителя из первичного контура происходит уменьшение подсоса из обратного трубопровода, снижение циркуляции в системе отопления и недогрев дальних стояков.»

Рекомендации руководителям управляющих компаний по внедрению САПР АВАРС могут быть представлены только после положительных результатов анализа эффективности ее работы на основании почасовых расходов тепловой энергии за 3…4 месяца отопительного периода.

Альтернативным вариантом модернизации тепловых пунктов по отношении к рассмотренным малобюджетным предложениям является внедрение полноценных систем погодного регулирования на основе апробированных проектных решений, надежной элементной базы, микропроцессорного управления, отлаженного программного обеспечения и наличия специалистов для обслуживания действующего оборудования.

Существенным недостатком подобных автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) является их стоимость. Тем не менее, практически все строящиеся и вводимые в эксплуатацию многоквартирные дома в Санкт-Петербурге оснащаются именно полноценными АИТП. Имеющийся положительный опыт проектирования и эксплуатации автоматизированных ИТП позволяет рассматривать варианты их применения при решении проблемы модернизации устаревших и неэффективных ИТП на основе элеваторных схем. К подобному решению приводит и тенденция роста тарифов на услуги естественных монополий.

Ниже представлен схематический рисунок простейшего автоматизированного ИТП на основе двухвходового клапана К1. Большинство элементов действующего АИТП не показаны. Для информации в приложении 3 представлена копия принципиальной схемы эксплуатируемого АИТП с полным набором всех необходимых элементов.

Условные обозначения:

P 1 -манометр прямопоказывающий;

T 1 -T 5 -кран шаровый;

К 1 -двухвходовой регулирующий клапан;

РС -регулятор перепада давления;

М1 -циркуляционный насос.

В исходном положении двухвходовой регулирующий клапан находится в положении, соответствующему температуре наружного воздуха (Тн) и настройкам контроллера. Теплоноситель из теплосети поступает в систему отопления МКД. Температура теплоносителя после линии подмеса (Т5) измеряется внутренним температурным датчиком. Пересчет необходимой температуры Т5 осуществляется контроллером на основе сведений о наружной температуре. На этапе пусконаладки в контроллер вводятся необходимые настроечные данные, на основании которых

рассчитывается соответствие Тн и Т5.

Циркуляция теплоносителя в системе обеспечивается циркуляционным насосом М1. Как правило, управление приводом насоса осуществляется с использованием частотного преобразователя, позволяющего производить плавную регулировку частоты вращения электропривода (и производительности насоса).

При понижении температуры Тн контроллер выдает сигнал на привод регулирующего клапана, который открывается, тем самым увеличивая подачу теплоносителя. Температура Т5 повышается до необходимого уровня, записанного в памяти контроллера. В ряде случаев выдается команда и на увеличение частоты вращения привода насоса М1.

Повышение температуры Тн компенсируется автоматикой в обратной последовательности.

По мнению специалистов ресурсоснабжающих организаций для зависимых схем теплоснабжения (без теплообменников) необходима установка регуляторов перепада давления (РС). Поддержание стабильного давления в общей сети централизованного теплоснабжения при зависимых схемах по объективным причинам невозможно. Это связано с тем, что соседние потребители тоже могут оперативно менять расход теплоносителя на своих ИТП, что приводит к изменению давления в сети. Если на участке сети имеется около сотни домов, скачки давления неизбежны. Именно подобные изменения давления и компенсирует регулятор РС. Кроме того, изменение давления на входе в регулирующий клапан приводит в действие автоматику, которая отрабатывает программу поддержания Т5. Дополнительная и бесполезная работа приводов регулирующего клапана и насоса, естественно, сократит общее время службы дорогостоящих элементов.

Представленная схема АИТП – это один из множества вариантов существующих проектных решений и действующих комплексов. Рассмотрение всего множества решений по АИТП выходит за рамки данной работы. Подробные примеры технической реализации блочных АИТП представлены в .

Более уместным в данных методических материалах представляется анализ практических результатов снижения потребления тепловой энергии на объектах города за счет эксплуатации АИТП. Только за счет анализа могут быть синтезированы научно обоснованные технические и организационные решения по энергосбережению и повышению энергоэффективности жилищно-коммунальной сферы.

По сведениям Жилищного комитета в Санкт-Петербурге в 2008-2009 года была реализована Федеральная целевая программа, в рамках которой были разработаны проекты и смонтировано 644 автоматизированных ИТП.

Специалистами СПб ГБУ «Центр энергосбережения» был проведен анализ эффективности внедрения автоматики на МКД с использованием методики определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения . Сущность методики заключается в сравнении нормативного и фактического удельного потребления тепловой энергии на отопление. Именно таким образом нам рекомендуется определять класс энергетической эффективности зданий и сооружения .

В приложении 4 представлены итоговые данные расчетов нормативного и фактического удельного потребления тепловой энергии на отопление по некоторым МКД. Для наглядности, сравнение удельных характеристик приведено для соседних домов, близких по году постройки и теплотехническим показателям.

По всем МКД, в которых установлено оборудование АИТП потенциал энергосбережения имеет отрицательное значение. То есть, годовое потребление тепловой энергии на нужды отопления ниже нормативного. Соседние МКД в основном имеют положительное значение потенциала. Потребление – выше нормативного. Среднее значение экономии или перерасхода составляет -25% для МКД с АИТП и +5% для элеваторных ИТП.

Кроме интегральных показателей можно представить и более наглядные диаграммы, характеризующие механизм погодного регулирования. Они представлены в приложении 2 графики 2 и 3. Кривые почасового расхода тепловой энергии и инверсированной температуры практически одинаковы. Коэффициент корреляции составляет К пирс =0,9.

Одной из основных причин, сдерживающих массовое использование автоматизированных ИТП, является их сравнительно высокая стоимость. Тем не менее, по итоговой статистике наблюдается увеличение количества объектов, оснащенных современными тепловыми пунктами.

По состоянию на 2015 год согласно данным ГУП «ТЭК Санкт-Петербург» по 79-ти котельным, в зоне теплоснабжения которых эксплуатируются объекты с автоматизированными ИТП, имеется следующая статистика.

В дальнейшем прогнозируется увеличение количества автоматизированных ИТП как за счет нового строительства, так и в ходе модернизации морально и физически устаревших ИТП с элеваторным узлом смешивания.

Для беспрерывной работы ЦТП и ИТП требуют технического обслуживания, текущего, планово-предупредительного и капитального ремонта, а при необходимости и модернизацию тепловых пунктов.

На тепловых объектах требуется постоянный контроль за состоянием механического и технического оборудования , измерительных приборов, автоматической системы, приборов учета расхода тепловой энергии.

Текущий ремонт теплового пункта

Текущий ремонт теплового пункта требуется проводить с регулярной периодичностью. Цель его - предупредить неполадки и устранить мелкие поломки в работе оборудования, не останавливая текущую работу системы. К основным работам по обслуживанию и текущему ремонту относятся:

• осмотр труб сетей;
• замена смазочных материалов;
• смазка деталей;
• контроль работы механизмов, аппаратуры, приборов.

Регулярное выполнение текущего ремонта позволяет сохранить оборудование в рабочем состоянии и подготовиться к планово-предупредительному ремонту теплового пункта.

Планово-предупредительный ремонт теплового пункта

Планово-предупредительный ремонт проводится в целях профилактики и недопущения аварий на объекте, а также продления срока службы технического оборудования. В необходимые работы по выполнению планово-предупредительного ремонта входят:

• чистка и регулировка, при ремонте оборудования;
• частичный ремонт изоляции труб и арматуры;
• ревизия и мелкий ремонт насосов;
• ликвидация течи воды;
• налаживание крепежа и клемм совмещения деталей;
• замена прокладок, уплотнений, сальников и пр.

При проведении планово-предупредительного ремонта увеличивается срок работы оборудования, а проведение плановых проверок позволяет учитывать степень износа механизмов и оборудования для планирования и расчета капитального ремонта.

Капитальный ремонт теплового пункта. Этапы проведения капитального ремонта теплового пункта

При проведении капитального ремонта, выполняется ряд работ:

• обследование объекта на выявление неисправностей;
• частичную замену труб с установкой нового оборудования, теплоизоляции, гидроизоляции;
• полную (или частичную) замену или ремонт оборудования, аппаратуры, приборов и т. д.;
• очистку внутренней поверхности оборудования и деталей от накипи и продуктов коррозии;
• гидравлическую проверку и включение системы.

Таким образом, работы по капитальному ремонту содержат:

• тестирование механизмов и приборов;
• демонтаж старого и монтаж нового оборудования;
• проверка и ввод в эксплуатацию обновленной системы.

Модернизация тепловых пунктов

По мере изнашивания оборудования теплового пункта, снижается продуктивность работы и повышается расход энергии объекта. Решить проблему рационального использования тепловой энергии поможет проведение модернизации теплового пункта оснастив систему отопления теплового пункта современным экономичным оборудованием. Переоборудование отопительной системы теплового пункта включает работы по:

• демонтажу и монтажу теплового оборудования и сетей;
• установке механизмов, аппаратуры, приборов учета;
• установке автоматизации и диспетчеризации тепловых пунктов;
• проверке и запуска системы отопления.

Сотрудники компании «ЭнергоСтар» выполнят все виды ремонтных работ пункта отопления и водоотведения от замены и регулировки отдельных деталей до модернизации и реконструкции системы отопления, обеспечат профессиональное обслуживание тепловых пунктов.