> Энергосбережение Теплопотребление зданий. энергосбережения, «Киев ЗНИИЭП» Гершкович В.Ф.- к.т.н., руководитель Центра Для решения этой задачи необязательно оснащать тепловые пункты сложной зарубежной техникой. Можно использовать имеющиеся в Украине технические средства и микропроцессорные приборы, способные реализовать прерывистое отопление зданий. Несмотря на то, что во всех городах Украины системы централизованного теплоснабжения подают в последние годы недостаточное для нормального обогрева зданий количество тепловой энергии, все еще существует возможность существенного уменьшения теплопотребления без ухудшения и без того неудовлетворительного температурного режима зданий. Эта возможность может быть реализована при оборудовании тепловых пунктов общественных зданий средствами программного уменьшения тепловой мощности в нерабочее время. Реализация полномасштабной программы модернизации тепловых пунктов общественных зданий по Украине в целом потребует 250 млн. долларов со сроком окупаемости около 2 лет. После реализации программного уменьшения тепловой мощности в общественных зданиях Украины потребление природного газа сократится на 1,5 млрд. куб. м в год, что равно годовому потреблению газа всеми теплоснабжающими организациями города Киева. Теория прерывистого отопления восходит ко временам , когда непрерывное водяное отопление было редкостью, а печи топили обычно только поутру, хотя в стужу приходилось топить и под вечер. Проблемы нестационарного теплообмена применительно к отопительным системам современных зданий также не оставались без внимания исследователей, а метод прерывистого отопления, или регулирования пропусками всегда упоминался в учебниках как возможный для применения, однако реально этот метод практически не применялся. Немного теории (-z/B) Если прекратить на время подачу теплоносителя в систему водяного отопления, то помещения начнут остывать. Темп остывания зависит от теплоемкости строительных конструкций, термического сопротивления наружных ограждений, температуры наружного воздуха, скорости ветра. Остывание происходит по экспоненте. Температуру воздуха в помещении t через z часов остывания можно определить по уравнению где tn - температура наружного воздуха во время отключения системы отопления, t = tn + (tвн.р - tn)e В - коэффициент аккумуляции тепловой энергии отапливаемым помещением. Этот коэффициент имеет размерность (час), и потому его называют еще постоянной времени помещения. tвн.р - температура внутреннего воздуха перед отключением, На рис. 1 построены кривые охлаждения воздуха в помещениях из легких конструкций, характеризующихся значением В 162 ч. Значение коэффициента аккумуляции для каждого здания или помещения может определяться опытным путем или расчетом. В этой работе не ставится задача определения величин В. Для нас важно знать лишь возможный диапазон, внутри которого находятся эти величины, с тем, чтобы, принимая во внимание характерные значения, оценить возможности реализации регулирования теплопотребления зданий методом периодического прерывания потока теплоносителя. Из литературы известно, что постоянная времени для жилых и общественных зданий массового строительства, построенных по нормативам теплозащиты 60 - 80-х годов, находится в интервале значений 50 Резерв энергосбережения, реально у нас пока не задействованный Рисунок показывает, что при нулевой температуре на улице воздух помещения охладится от начальной температуры + 18 ОС до + 10 ОС почти за десять часов, и примерно столько же времени потребуется для охлаждения внутреннего воздуха до отрицательной температуры при двадцатиградусном морозе. Контроллеры, обеспечивающие программное уменьшение тепловой мощности систем теплопотребления в нерабочее время, на западе применяются повсеместно. Некоторое количество систем с возможностью автоматического ночного понижения температуры смонтировано и у нас. Вместе с тем, можно предположить, что системы эти практически не задействованы, потому что куплены они за немалую цену богатыми заказчиками, которые не станут экономить деньги на тепло, если при этом предполагается возможность некоторого дискомфорта, пусть и во внеурочный час. В большинстве общественных зданий рабочий день начинается в 9, а заканчивается в 18 часов. Ночью и в выходные дни там никого нет, а отопление работает, как днем. А между тем, другой возможности существенно уменьшить теплопотребление существующих зданий у нас практически не осталось. Еще недавно надежды на достижение заметной экономии топлива связывались у нас с погодным регулированием. Предполагалось, что тепловые сети не успевают следить за погодой и временами подают теплоноситель с более высокой, чем нужно для отопления температурой. Теперь, после административного понижения температурного графика тепловой сети, когда предельно высокая температура в подающем трубопроводе уствилась на уровне 80 ОС вместо положенных 150 ОС, а фактическая продолжительность отопительного сезона сократилась на 2-3 недели по сравнению с нормативом, возможности погодного регулирования сведены практически к нулю. Стоимость современного теплового пункта со смесительными насосами системы отопления, современной регулирующей и запорной арматурой, пластинчатыми водоподогревателями горячего водоснабжения и автоматикой составляет от 10 до 15 тыс. долларов. Потребитель массовый (школы, детские сады, поликлиники, клубы, проектные организации, районные и городские администрации, различного рода конторы и пр.) не в состоянии приобрести столь дорогое оборудование, и по этой причине возможность реализации программного снижения теплопотребления общественных зданий массовой застройки в ближайшие годы становится маловероятной. Синей линией обозначены среднесуточные температуры наружного воздуха, значения которых для города Киева приняты по данным Гидрометцентра Украины за 1999 год. Зима в том году не была суровой, однако большая часть отопительного сезона пришлась на область недостаточного отопления, при котором температура теплоносителя была ниже расчетного значения. И только в течение нескольких дней в марте и октябре шел перегрев, который можно было бы устранить средствами погодного регулирования. В то же время, в эти несколько теплых дней, несмотря на перетоп, тепло расходовалось в небольших количествах, и погодное регулирование могло бы сэкономить совсем немного тепловой энергии. Это хорошо видно на графике, в котором функцией является не температура, а величина теплопотребления одного из общественных зданий, присоединенных к Киевской ТЭЦ - 5 (рис. . На рис. 2 показаны фактические и расчетные температуры теплоносителя в подающем трубопроводе Киевской ТЭЦ - 5 за 1999 год. Значительно больше можно было бы сэкономить энергии, если бы осуществить в рассматриваемом здании программное снижение тепловой мощности в нерабочее время. Если допустить ночное понижение температуры помещений до + 10 ОС, то относительно этой температуры область избыточного отопления существенно расширилась бы. Даже несмотря на недостаточную температуру теплоносителя. Расчеты показывают, для того же общественного здания можно было бы сэкономить 360 Гкал за отопительный сезон, что составляет 15,7 % от годового теплопотребления (рис. . Из рисунка видно, что в области избыточного отопления расположена лишь незначительная часть общего теплопотребления. Применительно к исследуемому зданию, для отопления которого было израсходовано 2294 Гкал в год тепловой энергии, область избыточного отопления вмещает в себя лишь 32,5 Гкал, что составляет только 1,4 % от общего теплопотребления. Как видим, немного можно было бы сэкономить средствами погодного регулирования тепловой мощности. Тем не менее, в течение большей части отопительного периода суточное теплопотребление в общественных зданиях может существенно снижаться даже при нынешнем недостаточном теплоснабжении. Если к вычисленному по графикам рис. 4 потенциалу ночного снижения внутренних температур (15,5%) добавить потенциал возможного снижения темпера тур в выходные дни, то общий энергетический потенциал программного уменьшения тепловой мощности в общественных зданиях может быть оценен величиной 18 - 20 %. На рисунке зафиксированы величины суточного, то есть суммарного дневного и ночного теплопотребления. График показывает, что тепло можно экономить почти ежедневно, точнее еженочно. Это не исключает однако проблем, связанных с недостаточностью дневного отопления, вызванного низкой температурой теплоносителя. Если бы рисунок отражал величины дневного теплопотребления, то область недостаточного отопления была бы столь же обширна, как и на рис. Эта область и на рис. 4 достаточно заметна, - она покрывает ту зону, в которой внутренние температуры реально не превышали + 10 ОС. Тут и ночью ничего сэкономить невозможно. Средняя наружная температура в течение отопительного периода для большинства районов Украины близка к 0 ОС. Это дает основание воспользоваться кривой охлаждения tn = 0 ОС. (рис. в качестве исходной для построения температурного графика в помещении общественного здания, отапливаемого нестационарно с возможностью ночного понижения температуры до значения + 10 ОС (рис. . Динамика ночного теплопотребления Характер относительного (в долях от расчетных значений) изменения расхода теплоносителя и теплопотребления по часам суток приведен на рис. 6. Если отключить систему отопления нетеплоемкого здания в 17 часов при нулевой наружной температуре, то температура в помещениях понизится до + 10 ОС только к двум часам ночи. К этому времени в систему нужно подать на 10 - 15 минут расчетное количество теплоносителя, чтобы поднять температуру до 10,5 -11 ОС, после чего система должна быть снова отключена на 45 - 55 минут. В таком режиме прерывистого отопления система должна работать примерно до 6 часов утра, когда ее нужно включить для непрерывной работы с целью повышения температуры внутреннего воздуха к началу рабочего дня. Вначале эта температура будет повышаться быстро при подаче в систему расчетного количества теплоносителя, потому что тепловая мощность отопительных приборов будет превышать расчетное значение из-за более низкой температуры воздуха, однако с повышением температуры скорость возрастания температуры будет уменьшаться, и до расчетного (18 ОС) значения эта температура теоретически будет возрастать бесконечно долго, если процесс нагревания искусственно не форсировать, подав в систему, начиная с 7 часов 30 минут, увеличенный по сравнению с расчетным значением расход теплоносителя. К 9 часам утра, то есть к началу рабочего дня температура внутреннего воздуха достигнет 18 ОС, и расход теплоносителя должен быть вновь понижен до расчетного значения. Относительные величины часового теплопотребления будут близкими величинам расхода, однако они не будут в точности равны им из-за того, что температура воды в обратном трубопроводе будет изменяться вместе с изменением расхода. Так, если минимальный расход теплоносителя будет установлен на уровне 5% от расчетного значения, то минимальное теплопотребление составит около 8%. С учетом этой разницы уменьшение суточного теплопотребления при минимальной ночной температуре внутреннего воздуха 10 ОС оценивается величиной 18-20%. Практически полностью прекращать подачу теплоносителя в ночное время было бы неправильно, потому что в этом случае температура воды в обратном трубопроводе системы отопления никак не отражала бы фактическое ее состояние, а это не позволило бы использовать этот важный параметр в качестве сигнала управления работой автоматики. Поэтому минимальный расход теплоносителя должен быть на уровне от 5 до 10% от расчетного значения. Тогда кратковременный максимальный, в период активного натопа расход воды не превысит 140% расчетной величины. Основным и бесспорным критерием качества современной отопительной системы является ее способность адекватно реагировать средствами автоматического регулирования на изменяющиеся потребности в тепловой энергии отапливаемого здания независимо от того, меняется ли потребность в результате внешних воздействий на здание или в последствие внутренних факторов. В современных тепловых пунктах адекватное реагирование обеспечивается средствами пропорционального качественного регулирования, при котором плавно меняется температура теплоносителя, в то время как расход воды в системе отопления остается неизменным. Тепловой пункт На Украине бесшумные циркуляционные насосы, которые могли бы устанавливаться в тепловых пунктах зданий, не производятся, и потому практически все существующие здания, присоединенные к системам централизованного теплоснабжения, оборудованы элеваторным тепловым вводом. В отличие от электрического циркуляционного насоса насос водоструйный (элеватор) не способен обеспечить пропорциональное регулирование тепловой мощности, потому что при неизменяющемся сопле в нем происходит смешение при неизменной пропорции смешивающихся сред, в то время как процесс регулирования предполагает возможность изменения этой пропорции или, как принято называть, коэффициента смешения. По этой причине на Западе элеватор напрочь отвергнут как устройство для тепловых пунктов. Быть может это произошло еще и потому, что с бесшумными насосами там уже давно проблем никаких не возникает. Для реализации пропорционального регулирования в тепловом пункте устанавливают циркуляционные насосы, а смешение воды из подающего трубопровода тепловой сети с водой из обратного трубопровода системы отопления обеспечивается регулирующим клапаном, устанавливаемом на подающем трубопроводе, или трехходовым регулирующим клапаном, устанавливаемом в точке смешения. При применении микропроцессорной автоматики можно обеспечить таким способом достаточно эффективное центральное регулирование отопительных систем, хотя, следовало бы отметить, любое центральное регулирование многокомнатного здания не способно в полной мере решить задачу экономного расходования энергии столь же эффективно, как это можно было бы реализовать средствами регулирования местного. Говорят, что у элеватора низкий КПД, и это было бы справедливо, если бы для его работы необходимо было бы расходовать энергию. На самом деле для работы смешения используют имеющуюся разность давлений в трубопроводах теплоснабжения. Если бы не элеватор, то пришлось бы дросселировать поток теплоносителя, а дросселирование, как известно, - это чистая потеря энергии. Поэтому применительно к тепловым вводам элеватор - это не насос с низким КПД, а устройство для вторичного использования энергии, затраченной на привод циркуляционных насосов ТЭЦ или районной котельной. Несмотря на то, что современные бесшумные насосы сегодня свободно предлагаются иностранными фирмами на внутреннем рынке Украины, у нас проблем с этим оборудованием будет немало, если оценивать эти проблемы, глядя из темных подвалов и непролазных технических подполий миллионов построенных за последнее десятилетие жилых домов, детских садов, школ и других зданий. Поэтому стоит внимательнее присмотреться к знакомому всем элеватору, которому иногда приписывают недостатки, вовсе не свойственные. Неспособность обеспечить пропорциональное регулирование - это единственный недостаток элеватора, устройства, в целом, очень простого, надежного и непритязательного в эксплуатации. Говорят, что элеватор - это устройство, не способное обеспечить заданный коэффициент смешения, потому что сопло должно рассчитываться на имеющееся располагаемое давление в трубопроводах тепловой сети, а коэффициент смешения при этом будет такой, какой получится. К сожалению, на практике часто так и поступают, но это неправильная практика. Сопло не должно рассчитываться на имеющееся располагаемое давление. Избыточное давление должно устраняться регулятором перепада давления или дроссельной шайбой, а сопло элеватора должно подбираться таким образом, чтобы обеспечивался заданный расход воды в системе отопления. Хуже, когда на вводе нет достаточного для работы элеватора располагаемого давления. Так иногда бывает, но тогда и применять элеватор не следует. На тепловом вводе устанавливается теплосчетчик (поз. 1- . Сопло существующего элеватора 4 рассчитывается на обеспечение проектного смешения, а дроссельная шайба 5 -на погашение избыточного давления. В конце рабочего дня должен закрыться электромагнитный клапан 6, имеющий калиброванное отверстие для пропуска 5% теплоносителя при закрытом положении клапана. Одновременно закроется электромагнитный клапан 7, отключающий на часы нерабочего времени систему горячего водоснабжения от источника тепла. Электромагнитный клапан 8 откроется на короткое время перед началом рабочего дня для того, чтобы интенсивно нагреть помещения, остывшие за ночь. Проток теплоносителя через открытый клапан 8 лимитируется установленной рядом с ним дроссельной шайбой. Посмотрим теперь вновь на характер изменения расхода теплоносителя при программном регулировании тепловой мощности (рис. . Здесь не нужно никакого пропорционального изменения расхода сетевой воды, то есть не нужно ничего такого, с чем бы не справился элеватор. Это сразу открывает реальные возможности уменьшить теплопотребление в общественных зданиях, не прибегая к полной и дорогостоящей реконструкции имеющихся тепловых пунктов, которые могли бы быть оснащены так, как показано на рис. 7. Тепловой пункт включает в себя также обычные устройства (поз. 12-1 для горячего водоснабжения. К числу этих устройств отнесен также воздухосборник 15 с краном 16 для автоматического выпуска воздуха. Датчики температуры теплоносителя 9 и воздуха 10 дают информацию для электронного регулятора 11, имеющего встроенные часы (таймер). Регулятор командует открытием и закрытием электромагнитных клапанов 6, 7 и Команды могут формироваться на основе информации, полученной от датчиков температуры, установленных в двух контрольных помещениях, расположенных на различных фасадах здания, причем должна приниматься во внимание информация о температуре в самом холодном контрольном помещении, что весьма важно для тех случаев, когда один из фасадов обдувается сильным ветром. Можно воспользоваться также информацией о температуре воды в обратном трубопроводе, с тем, чтобы вычислять продолжительность возможного отключения системы отопления. Например, при температурах наружного воздуха выше +5 ОС регулятор может отключить систему отопления на всю ночь, а при температурах -15 ОС и ниже режим ночного программного регулирования можно отключить. Применение относительно емкого воздухосборника играет еще одну положительную роль. Если расположить датчик температуры системы горячего водоснабжения за воздухосборником так, как это показано на рис. 7, то система регулирования приобретает некоторую аккумулирующую способность, и это дает возможность применить электромагнитный клапан 8 не только для отключения водоподогревателя в нерабочее время, но и для поддержания температуры горячей воды на заданном уровне. Имеющийся опыт подтверждает такую возможность. Известно, что в системах горячего водоснабжения большую опасность представляет собой кислородная коррозия. Применяется много устройств, способных подавить эту коррозию (напр. катодная защита, силикатная обработка воды и др.), однако простейшим из таких устройств является воздухосборник с краном, установленные непосредственно после водоподогревателя. Кислород, выделившийся из подогретой воды, выходит в атмосферу до того, как он поступит в трубопроводы. Положительный опыт использования позиционного регулятора для пропорционального регулирования системы горячего водоснабжения дает основания для оптимизма при оценке возможности реализации погодного регулирования в системе отопления, обладающей еще большей инерционностью по сравнению с системой горячего водоснабжения. Если в нашей схеме (рис. регулятор 11 будет поддерживать требуемую температуру воды в обратном трубопроводе системы отопления при помощи электромагнитного клапана 6, то можно будет уменьшать теплопотребление не только ночью, но и в часы рабочего времени. Для того, чтобы в процессе погодного регулирования обеспечить 10-ти процентную экономию тепловой энергии, достаточно через каждую минуту прерывать поток теплоносителя на 6 секунд. В емкой водяной системе отопления такая пульсация теплового потока обусловит температурную пульсацию с амплитудами, которые останутся практически незамеченными. Электромагнитный клапан открывался по команде электронного регулятора при температуре горячей воды в тот момент, когда она опускалась ниже 52 ОС, и закрывался тогда, когда эта температура превышала 55ОС, такой разброс температур вполне допустим для большинства потребителей в жилых и общественных зданиях, и не всегда более сложные регуляторы способны поддерживать температуру горячей воды с большей степенью точности в системе, где водопотребление меняется непрерывно и непредсказуемо. Элеватор. Существующий элеватор, если он правильно подобран, не должен заменяться. Правильно подобранный элеватор должен обеспечивать проектный коэффициент смешения. Техника для модернизации теплопунктов Регулятор. В качестве регуляторов могут быть использованы контроллеры ФУТ (формирователь управляющего тока) производства КЦКБА (г. Киев), способные реализовать уменьшение теплопотребления по любой заданной программе. Регулирующий клапан. Электромагнитные клапаны диаметром условного прохода от 25 до 55 мм выпускаются предприятиями КИАРМ (г. Киев) и «Армапром» (г. Миргород). По информации КИАРМ клапаны могут быть изготовлены с калиброванным отверстием, рассчитанным на пропуск минимального (ночного) расхода теплоносителя, величина которого может составлять 5 - 10% от расчетного значения. Клапаны могут быть снабжены устройством, замедляющим процесс закрытия прохода теплоносителя, с тем, чтобы исключить возможность гидравлического удара. - присоединен к тепловой сети в соответствии с действующими нормами; Теплообменник. Существующий теплообменник горячего водоснабжения, выполненный из кожухотрубных 4-метровых (или 2-метровых) водоподогревателей с латунными трубками может не заменяться, если он: - выполняет свои функции должным образом; - находится в удовлетворительном техническом состоянии; Если хотя бы по одной из этих позиций выявлено несоответствие, теплообменник должен быть заменен на новый. - не занимает место, которое по мнению администрации могло бы использоваться более эффективно. При выборе типа теплообменника следует исходить из возможности применения: В случае, если в существующем пункте здания нет теплообменника, и горячее водоснабжение обеспечивается из центрального теплового пункта, расположенного за пределами здания, то целесообразно установить новый водоподогреватель в индивидуальном тепловом пункте здания. - пластинчатого теплообменника, например, типа ТОПР, выпускаемого Центром тепло- и водоснабжения(г. Киев); - кожухотрубного теплообменника старой конструкции с латунными трубками; Сопоставление этих типов теплообменников, выполненное по определяющим параметрам (рис. , не оставляет сомнений в том, что новая конструкция теплообменника с высокой плотностью теплового потока является несомненным лидером. - теплообменника ТТАИ с высокой плотностью теплового потока, выпускаемого предприятием «Теплообмен» (г. Севастополь). Возможности уменьшения теплопотребления общественными зданиями средствами программного регулирования определяется количеством зданий, в которых такое регулирование целесообразно реализовать, а также числом нерабочих дней в неделе, в течение которых возможно сократить теплопотребление. Оценка величины возможной экономии выполнена на примере одного из областных центров Украины. Анализ был выполнен раздельно по каждой из групп общественных зданий с учетом этажности (1-2 этажные здания, 3-4 этажные и дома высотой 5 этажей и более рассматривались отдельно) и времени их постройки (до 1958 года, в период от 1958 до 1980 и после 1980 года), полагая, что эти факторы влияют на величину удельного теплопотребления. Потенциал программного регулирования Потенциал энергосбережения, равный 34 тыс. Гкал в год, относится к областному центру, в котором имеется 869 жилых домов общей площадью 3,26 млн. кв.м. Если пересчитать потенциал областного центра на Украину в целом, где городской жилой фонд составляет 580 млн. кв.м, то средствами программного регулирования можно было бы сократить теп-лопотребление на 6 млн. Гкал в год. Результаты анализа представлены в таблице 1. Необходимые затраты На выработку 1 Гкал тепловой энергии в среднем по Украине расходуется 185,8 кг условного топлива , и экономия могла бы составить 1,7 млн. т, что эквивалентно 1,5 млрд. куб. м природного газа. Такое количество газа потребляют за целый год все ТЭЦ и районные котельные города Киева, чтобы обеспечить его теплом. Цена этому газу - 120 млн. долларов. Таким образом, для среднего областного центра с его 442 общественными зданиями хватило бы 0,5 млн. долларов для реализации программы модернизации элеваторных узлов тепловых пунктов общественных зданий, а для Украины, в целом, потребовалось бы примерно 90 млн. долларов со сроком окупаемости капитальных затрат около 2 лет. Чтобы модернизировать тепловой пункт среднего общественного здания, установив в нем необходимое для программного регулирования системы отопления оборудования, достаточно одной тысячи долларов (табл. . - установить во всех индивидуальных тепловых пунктах зданий водоподогреватели горячего водоснабжения с высокой плотностью теплового Через два года после завершения первого этапа модернизации тепловых пунктов, то есть после того, как начнется процесс накопления средств, сэкономленных на покупке газа, можно было бы приступить ко второму этапу, в результате которого необходимо: - установить эффективные регуляторы на системах горячего водоснабжения, способные экономить тепловую энергию, в том числе за счет средств программного регулирования; потока с тем, чтобы постепенно ликвидировать центральные тепловые пункты, занимающие площади дорогих земельных участков в городах, и вывести из эксплуатации ненадежные четырехтрубные тепловые сети; - установить на сетевых насосах - заменить в тепловых пунктах зданий физически и морально изношенную арматуру старого образца новыми современными; Стоимость этих мероприятий для Украины оценивается величиной 250 млн. долларов со сроком окупаемости около 2 лет. всех районных котельных преобразователи частоты электрического тока с тем, чтобы тепловые сети были способны адекватно и энергетически рационально реагировать на колебания расхода теплоносителя в системе теплоснабжения, вызванные местным регулированием на индивидуальных тепловых пунктах. Л.А. Семенов. Теплоустойчивость и печное отопление жилых и общественных зданий. Машстройиздат, Москва, 1950. Литература: В.Н. Богословский, А.Н.Сканави. Отопление. Стройиздат, Москва,1991. В.Н. Богословский. Тепловой режим здания. Стройиздат, Москва,1079. Энергетика и электрификация. № 6, Киев, 1999. Н.М. Зингер, В.Г. Бестолченко, А.А.Жидков. Повышение эффективности работы тепловых пунктов.

Гершкович В.Ф.- к.т.н., руководитель Центра

энергосбережения, «Киев ЗНИИЭП»

Несмотря на то, что во всех городах Украины системы централизованного теплоснабжения подают в последние годы недостаточное для нормального обогрева зданий количество тепловой энергии, все еще существует возможность существенного уменьшения теплопотребления без ухудшения и без того неудовлетворительного температурного режима зданий. Эта возможность может быть реализована при оборудовании тепловых пунктов общественных зданий средствами программного уменьшения тепловой мощности в нерабочее время.

Для решения этой задачи необязательно оснащать тепловые пункты сложной зарубежной техникой. Можно использовать имеющиеся в Украине технические средства и микропроцессорные приборы, способные реализовать прерывистое отопление зданий.

После реализации программного уменьшения тепловой мощности в общественных зданиях Украины потребление природного газа сократится на 1,5 млрд. куб. м в год, что равно годовому потреблению газа всеми теплоснабжающими организациями города Киева.

Реализация полномасштабной программы модернизации тепловых пунктов общественных зданий по Украине в целом потребует 250 млн. долларов со сроком окупаемости около 2 лет.

Немного теории

Теория прерывистого отопления восходит ко временам , когда непрерывное водяное отопление было редкостью, а печи топили обычно только поутру, хотя в стужу приходилось топить и под вечер. Проблемы нестационарного теплообмена применительно к отопительным системам современных зданий также не оставались без внимания исследователей, а метод прерывистого отопления, или регулирования пропусками всегда упоминался в учебниках как возможный для применения, однако реально этот метод практически не применялся.

Если прекратить на время подачу теплоносителя в систему водяного отопления, то помещения начнут остывать. Темп остывания зависит от теплоемкости строительных конструкций, термического сопротивления наружных ограждений, температуры наружного воздуха, скорости ветра. Остывание происходит по экспоненте. Температуру воздуха в помещении t через z часов остывания можно определить по уравнению

(- z / B )

t = tn + (tвн.р - tn) e

где tn - температура наружного воздуха во время отключения системы отопления,

tвн.р - температура внутреннего воздуха перед отключением,

В - коэффициент аккумуляции тепловой энергии отапливаемым помещением. Этот коэффициент имеет размерность (час), и потому его называют еще постоянной времени помещения.

Значение коэффициента аккумуляции для каждого здания или помещения может определяться опытным путем или расчетом. В этой работе не ставится задача определения величин В. Для нас важно знать лишь возможный диапазон, внутри которого находятся эти величины, с тем, чтобы, принимая во внимание характерные значения, оценить возможности реализации регулирования теплопотребления зданий методом периодического прерывания потока теплоносителя. Из литературы известно, что постоянная времени для жилых и общественных зданий массового строительства, построенных по нормативам теплозащиты 60 - 80-х годов, находится в интервале значений 50

На рис. 1 построены кривые охлаждения воздуха в помещениях из

легких конструкций, характеризующихся значением В 162 ч.

Рисунок показывает, что при нулевой температуре на улице воздух помещения охладится от начальной температуры + 18 ОС до + 10 ОС почти за десять часов, и примерно столько же времени потребуется для охлаждения внутреннего воздуха до отрицательной температуры при двадцатиградусном морозе.

Резерв энергосбережения, реально у нас пока не задействованный

В большинстве общественных зданий рабочий день начинается в 9, а заканчивается в 18 часов. Ночью и в выходные дни там никого нет, а отопление работает, как днем.

Контроллеры, обеспечивающие программное уменьшение тепловой мощности систем теплопотребления в нерабочее время, на западе применяются повсеместно. Некоторое количество систем с возможностью автоматического ночного понижения температуры смонтировано и у нас. Вместе с тем, можно предположить, что системы эти практически не задействованы, потому что куплены они за немалую цену богатыми заказчиками, которые не станут экономить деньги на тепло, если при этом предполагается возможность некоторого дискомфорта, пусть и во внеурочный час.

Стоимость современного теплового пункта со смесительными насосами системы отопления, современной регулирующей и запорной арматурой, пластинчатыми водоподогревателями горячего водоснабжения и автоматикой составляет от 10 до 15 тыс. долларов. Потребитель массовый (школы, детские сады, поликлиники, клубы, проектные организации, районные и городские администрации, различного рода конторы и пр.) не в состоянии приобрести столь дорогое оборудование, и по этой причине возможность реализации программного снижения теплопотребления общественных зданий массовой застройки в ближайшие годы становится маловероятной.

А между тем, другой возможности существенно уменьшить теплопотребление существующих зданий у нас практически не осталось. Еще недавно надежды на достижение заметной экономии топлива связывались у нас с погодным регулированием. Предполагалось, что тепловые сети не успевают следить за погодой и временами подают теплоноситель с более высокой, чем нужно для отопления температурой. Теперь, после административного понижения температурного графика тепловой сети, когда предельно высокая температура в подающем трубопроводе уствилась на уровне 80 ОС вместо положенных 150 ОС, а фактическая продолжительность отопительного сезона сократилась на 2-3 недели по сравнению с нормативом, возможности погодного регулирования сведены практически к нулю.

На рис. 2 показаны фактические и расчетные температуры теплоносителя в подающем трубопроводе Киевской ТЭЦ - 5 за 1999 год.

Синей линией обозначены среднесуточные температуры наружного воздуха, значения которых для города Киева приняты по данным Гидрометцентра Украины за 1999 год. Зима в том году не была суровой, однако большая часть отопительного сезона пришлась на область недостаточного отопления, при котором температура теплоносителя была ниже расчетного значения. И только в течение нескольких дней в марте и октябре шел перегрев, который можно было бы устранить средствами погодного регулирования. В то же время, в эти несколько теплых дней, несмотря на перетоп, тепло расходовалось в небольших количествах, и погодное регулирование могло бы сэкономить совсем немного тепловой энергии. Это хорошо видно на графике, в котором функцией является не температура, а величина теплопотребления одного из общественных зданий, присоединенных к Киевской ТЭЦ - 5 (рис. 3).

Из рисунка видно, что в области избыточного отопления расположена лишь незначительная часть общего теплопотребления. Применительно к исследуемому зданию, для отопления которого было израсходовано 2294 Гкал в год тепловой энергии, область избыточного отопления вмещает в себя лишь 32,5 Гкал, что составляет только 1,4 % от общего теплопотребления. Как видим, немного можно было бы сэкономить средствами погодного регулирования тепловой мощности.

Значительно больше можно было бы сэкономить энергии, если бы осуществить в рассматриваемом здании программное снижение тепловой мощности в нерабочее время. Если допустить ночное понижение температуры помещений до + 10 ОС, то относительно этой температуры область избыточного отопления существенно расширилась бы. Даже несмотря на недостаточную температуру теплоносителя. Расчеты показывают, для того же общественного здания можно было бы сэкономить 360 Гкал за отопительный сезон, что составляет 15,7 % от годового теплопотребления (рис. 4).

На рисунке зафиксированы величины суточного, то есть суммарного дневного и ночного теплопотребления. График показывает, что тепло можно экономить почти ежедневно, точнее еженочно. Это не исключает однако проблем, связанных с недостаточностью дневного отопления, вызванного низкой температурой теплоносителя. Если бы рисунок отражал величины дневного теплопотребления, то область недостаточного отопления была бы столь же обширна, как и на рис. 3. Эта область и на рис. 4 достаточно заметна, - она покрывает ту зону, в которой внутренние температуры реально не превышали + 10 ОС. Тут и ночью ничего сэкономить невозможно.

Тем не менее, в течение большей части отопительного периода суточное теплопотребление в общественных зданиях может существенно снижаться даже при нынешнем недостаточном теплоснабжении. Если к вычисленному по графикам рис. 4 потенциалу ночного снижения внутренних температур (15,5%) добавить потенциал возможного снижения темпера тур в выходные дни, то общий энергетический потенциал программного уменьшения тепловой мощности в общественных зданиях может быть оценен величиной 18 - 20 %.

Динамика ночного теплопотребления

Средняя наружная температура в течение отопительного периода для большинства районов Украины близка к 0 ОС. Это дает основание воспользоваться кривой охлаждения tn = 0 ОС. (рис. 1) в качестве исходной для построения температурного графика в помещении общественного здания, отапливаемого нестационарно с возможностью ночного понижения температуры до значения + 10 ОС (рис. 5).

| скачать бесплатно О возможности практической реализации регулирования теплопотребления зданий методом периодического прерывания потока теплоносителя , Гершкович В.Ф,

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ («ПРЕРЫВИСТОЕ») ОТОПЛЕНИЕ, КАК ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ МЕРОПРИЯТИЕ

Среди задач управления системами отопления значительное место занимают задачи так называемого прерывистого режима отопления. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т. д.) допускается понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, в выходные и праздничные дни с целью экономии энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение. К началу использования помещения в соответствии с его технологическим назначением температурный режим в нем должен соответствовать нормативным показателям. Такой режим отопления, когда температура внутреннего воздуха понижается на некоторый период времени ниже нормативного значения, называется «прерывистым». Подобная ситуация может иметь место также при авариях, когда прекращается подача тепла в помещение.

Прерывистая подача тепла рациональна только в случае автоматического регулирования по времени и температуре, которое позволяет экономить энергию, избегая ненужного завышения температуры в отапливаемых помещениях, и периодически снижать температуру помещения в соответствии с определенным графиком его использования, а также обеспечить необходимую оптимальную тепловую обстановку в помещении.

Колебания тепловыделений и связанные с ними колебания температуры внутреннего воздуха на общем расходе тепла не сказываются; он зависит от средней за период температуры внутреннего воздуха . Если при прерывистой теплоподаче значение среднесуточной температуры внутреннего воздуха равно нормативному ее значению, то общий расход тепла остается таким же, как при непрерывной теплоподаче, и экономия энергии не обеспечивается. Подобное положение имеет место при печном отоплении. Для обеспечения экономии энергии необходимо понизить среднесуточное значение температуры внутреннего воздуха, т.е. в течение части зимнего периода она должна быть равна нормативному значению и быть ниже в остальную часть периода. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т.д.) понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения допускается в течение части суток.

Одним из критериев возможной длительности перерыва в теплоподаче и связанным с ней понижением температуры внутреннего воздуха является требование о невыпадении конденсата на внутренних поверхностях стен и покрытия. При понижении температуры внутреннего воздуха, если не меняется его влагосодержание, точка росы остается постоянной.

Система прерывистой теплоподачи будет особенно эффективной, если она способна в короткое время без привлечения большой дополнительной мощности повысить температуру внутреннего воздуха до нормативного значения . Таким требованиям в значительной степени удовлетворяют так называемые двухкомпонентные системы отопления. Основная (фоновая) часть системы может поддерживать в помещении температуру воздуха порядка 12-16 °С, а дополнительная в течение короткого промежутка времени может довести ее до нормативной. Система фонового отопления может быть любой теплоемкости, а дополнительная система должна быть малотеплоемкой и легко регулируемой. Двухкомпонентные системы могут быть различной конструкции. Возможны варианты теплоемких фоновых систем панельного отопления и безынерционных электродоводчиков (электрорадиаторов или электроконвекторов, оснащенных термостатами) или конвекторы, рассчитанные на внутреннюю температуру 15 °С, с вентиляторами, быстро поднимающими температуру помещения до нормативной.

Прерывистая теплоподача, сокращая общий расход тепла за период, требует более высокой подачи тепла в период натопа. Таким образом, прерывистая подача тепла является экономически выгодной, как правило, при достаточно высокой температуре наружного воздуха, которая имеет место больше всего в переходные периоды года, когда можно использовать для натопа имеющуюся мощность системы отопления.

В практике эксплуатации жилых зданий прерывистая теплоподача имеет место при электротеплоснабжении зданий. Периодичность теплоснабжения здесь обусловлена использованием внепиковой электроэнергии. Метод этот сводится к подключению электроотопительных приборов и установок и к накапливанию в них тепла исключительно в часы ночных провалов графика нагрузки энергосистемы (аккумуляционное отопление) или во внепиковые периоды (полуаккумуляционное отопление) . Тепло, запасенное в отдельных приборах, центральных установках или непосредственно в конструкциях зданий, расходуется в помещении для нужд обогрева по мере надобности. Электроотопление рационально только с автоматическим регулированием по времени и температуре и позволяет наилучшим образом сочетать график потребления электроэнергии для нужд обогрева с суточным графиком нагрузки на энергосистему путем рационального использования аккумулирующих свойств комплекса «здание - система отопления».

Задача управления расходом энергии, затрачиваемой на нагрев или охлаждение помещения, всегда занимала одно из центральных мест в теории отопления и кондиционирования, но особую значимость приобрела в настоящее время. Современная техника отопления и кондиционирования нуждается не в управлении вообще, а требует оптимального управления процессом расходования энергии. Не является исключением использование компьютерной техники в интеллектуальных зданиях, поскольку она должна работать в соответствии с алгоритмом, позволяющим осуществить процесс нагрева или охлаждения оптимальным образом.

Для большинства помещений жилых и общественных зданий минимизация затрат энергии на разогрев помещений может быть достигнута при выполнении следующих двух положений:

1) первое положение: разогрев помещений необходимо начинать с разогрева наиболее теплоемких частей помещения;

2) второе положение: разогрев помещений должен производиться с использованием максимальной мощности отопительного оборудования.

В большинстве случаев это относится к внутренним поверхностям наружных ограждающих конструкций, которые, к тому же, как правило, и наиболее охлаждены (минимизация времени разогрева в данном случае может быть достигнута, например, за счет быстрого нагрева внутренних поверхностей ограждающих конструкций конвективными настилающимися струями).

Отопление зданий и помещений может быть постоянным или прерывистым (периодическим) . При прерывистом отоплении снижается или полностью отключается подача теплоты в здание или помещение. В холодный период года в жилых помещениях, когда они не используются, допускается обеспечивать температуру внутреннего воздуха ниже нормируемой, но не менее 15 о С . Использование прерывистого режима отопления позволяет уменьшить расход тепловой энергии.

Суточный цикл имеет три части :

Начало работы системы отопления (период «натопа» помещения) - температура в помещении повышается от минимальной допустимой t д до расчетной температуры внутреннего воздуха t в;

Время установившегося режима - в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха t в;

Прекращение подвода теплоты - температура в помещении понижается до минимальной допустимой t д.

Для повышения энергоэффективности систем отопления (снижения энергопотребления) возможно использование прерывистого режима подачи теплоносителя. Однако время натопа помещения в нормативных документах не регламентируется, т.е. предполагается только постоянное отопление. При прерывистом отоплении существенным фактором следует рассматривать скорость восстановления температурного поля помещений до расчетного значения.

Тепловой поток в режиме разогрева помещения больше, чем во время установившегося режима. Дополнительная мощность системы отопления при периодической эксплуатации в течение всего отопительного периода в нормальном и экономичном температурных режимах зависит от следующих показателей:

Величины снижения температуры внутреннего воздуха по отношению к расчетной;

Времени, необходимого для достижения расчетной температуры внутреннего воздуха;

Воздухообмена во время натопа;

Теплоаккумулирующей способности здания.

Реконструкция системы отопления, т. е. частичная или полная замена ее элементов, их конструктивная модернизация, осуществляется в связи с физическим износом системы, различного рода технологическими изменениями, вызванными назначением и объемом здания или условиями работы системы, ее моральным старением и другими причинами.

Износ системы водяного и парового отопления при длительной эксплуатации происходит под воздействием внутренней, а иногда и внешней коррозии. Вследствие отложения взвешенных частиц и образования накипи повышается гидравлическое сопротивление теплопроводов, отопительных приборов, ухудшаются их теплотехнические свойства. Этим же процессам подвержены оборудование систем (теплообменники, баки, воздухосборники, грязевики и пр.) и запорно-регулирующая арматура.

Исследованиями систем водяного отопления, проведенными в условиях эксплуатации их в Москве, установлено заметное различие в изменении потерь давления в системах в течение многолетней эксплуатации в зависимости от качества теплоносителя. Оценить это изменение можно по формуле

Дрг/Дрр = 0,6 + аг°"38,

где Дрг, Дрр - потери давления в системе отопления соответственно через г лет эксплуатации и расчетные; а - коэффициент, зависящий от качества теплоносителя (а- 0,17 для деаэрированной воды при содержании кислорода в ней до 0,1 мг/л и а=0,65 для недеаэрированной и смешанной воды при содержании кислорода 10 мг/л).

В начале эксплуатации потери давления в новой системе водяного отопления составляют около 60% расчетных. Расчетные потери давления достигаются в системах, питаемых недеаэрированной водой, практически в первый год эксплуатации, а в системах, работающих на деаэрированной воде, через 8-10 лет эксплуатации.

Повышение потерь давления в системе приводит к уменьшению расхода теплоносителя, к гидравлической и тепловой разрегулировке системы отопления и снижению теплоотдачи ее элементов.

Срок службы отдельных элементов системы отопления не одинаков. Долговечность систем зависит от вида и качества используемого теплоносителя, условий их работы. Срок службы систем водяного отопления возрастает при их теплоснабжении от ТЭЦ и тепловых станций, когда проводятся умягчение и деаэрация воды, по сравнению с теплоснабжением от местных котельных. Особенности работы системы парового отопления, более интенсивные процессы коррозии, происходящие в ней, ставят ее на последнее место по долговечности среди других систем. Наиболее долговечной считают систему воздушного отопления (за исключением воздухонагревателей).

Срок службы системы отопления зависит и от материала, из которого сделаны ее элементы, его качества. Например, коррозионные процессы, особенно в стальных отопительных приборах и деталях, быстро понижают их прочность. Важно и качество изготовления самих элементов, проведения сборочных и монтажных работ.

Решение о частичной или полной замене элементов системы отопления принимают после специального обследования, в ходе которого проводят гидравлическое и тепловое испытания системы, определяют расход теплоносителя в системе в целом и ее отдельных узлах, соответствие теплоотдачи элементов расчетной. Состояние металла в системе оценивают путем исследования образцов, извлеченных путем частичной разборки или вырезки.

Проектируя реконструкцию системы отопления, стремятся сохранить те ее элементы, которые мало изменили свои свойства в процессе эксплуатации. К ним относятся чугунные радиаторы и ребристые трубы, которые при качественной ежегодной промывке практически не подвержены коррозии. Относительно долго служат и те элементы системы, которые выполнены из неметаллических материалов (керамические отопительные приборы, стеклянные трубы в бетонных отопительных панелях и пр.).

При реконструкции систем отопления с использованием существующих стальных труб эквивалентную шероховатость их внутренней поверхности принимают: для воды и пара - 0,5, конденсата-1,0 мм.

Реконструкцию системы отопления часто проводят по причинам, не связанным непосредственно сее состоянием. Так, полную замену системы осуществляют при капитальном ремонте, связанном сперепланировкой здания. При этом иногда принимают принципиально новое схемное решение системы с заменой устаревших конструкций, использованием нового оборудования, обеспечением автоматизации. Перепроектирование проводят с учетом изменения тепло - затрат на отопление помещений.

В производственных и коммунальных зданиях конструкция системы отопления может изменяться вследствие изменения технологических процессов, теплового режима помещений, а также назначения здания в целом.

Полное перепроектирование системы отопления требуется при замене теплоносителя, например, при переходе от пара к воде.

Изменение условий теплоснабжения здания (изменение температуры, давления теплоносителя) вызывает реконструкцию теплового ввода и местного теплового пункта. Больших затрат требует, в частности, перевод системы водяного отопления с зависимой на независимую схему присоединенияк тепловой сети. При этом дополнительно устанавливают теплообменники, циркуляционные и подпиточные насосы, расширительный бак, новые контрольно - измерительные приборы, приборы автоматизации, запорно-регулирующую арматуру. Каких-либо дополнительных изменений непосредственно в системе отопления обычно не требуется.

Повышение требований к тепловому комфорту в зданиях, качеству работы инженерного оборудования со снижением эксплуатационных затрат, в том числе экономией тепловой энергии, также вызывает реконструкцию системы отопления.

Неспособность системы отопления удовлетворять возросшим требованиям называют ее моральным старением. Качество устаревшей системы повышают путем частичной модернизации отдельных узлов и деталей, оснащения ее средствами управления и диспетчерского контроля.

Одной из причин реконструкции может бытьизменение условий эксплуатации системы отопления. Например, переход от постоянного теплового режима помещений здания к переменному с прерывистым отоплением. При этом изменяют мощность системы отопления, ее конструкцию, схемное решение, вводят новое оборудование.

Новую систему отопления в настоящее время проектируют, предусматривая возможность ее реконструкции или модернизации в будущем. Например, разделяют систему водяного отопления на пофасадные части для оснащения в будущем приборами автоматического регулирования; предусматривают возможность замены обычного элеватора элеватором с регулируемым соплом или смесительным насосом, перехода к независимой схеме присоединения к тепловой сети.

В системах воздушного отопления автоматизируют действие отопительных агрегатов и воздушно-тепловых завес, центральных систем, в том числе регулирование распределения воздуха по каналам и воздуховодам.

В зданиях старой постройки реконструкция системы отопления, как правило, связана с конструктивными изменениями (например, с перекладкой магистральных труб). Учет этих затрат, а также стоимости нового автоматизированного оборудования часто приводит к выводу об экономической нецелесообразности реконструкции морально устаревшей системы. Окончательное решение и выбор варианта реконструкции в этом случае увязывают с экономической целесообразностью реконструкции всего здания в целом.

Частичную реконструкцию системы отопления может вызвать какой-либо внутренний дефект, который нельзя устранить путем ремонта. Например, при выходе из строя замоноличенных в строительные конструкции греющих элементов приходится устанавливать новые отопительные приборы непосредственно в обогреваемых помещениях, присоединяя их к существующей системе.

В редких случаях, в условиях особенно суровых зим (например, зимой 1978/79 гг.), реконструкция вызывается последствиями аварий, особенно при неправильной эксплуатации систем отопления.

Библиографический список:

1. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга 1, Щекин Р.В., Кореневский С.М., Бем Г.Е., Госстройиздат УССР, 1959

2. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2005.

3. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.

4. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях / Госстрой России. – М.: МНТКС, 1999.

5. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2005.

6.Сканави А. Н., Махов Л. М. Отопление: Учебник для вузов. – М.: Издательство АСВ, 2002.

7. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч.1. Отопление / В. Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А. Н. Сканави и др.; Под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. – М.: Стройиздат, 1990. (Справочник проектировщика).

8. Лымбина Л. Е., Магнитова Н. Т. Отопление и вентиляция гражданского здания. Учебное пособие к курсовому проекту. Часть 1. Теплотехнический расчет конструкций. Теплоэнергетический баланс здания. – Челябинск, ЮУрГУ, 1998.

9. Лымбина Л. Е., Магнитова Н. Т., Буяльская И. С. Отопление и вентиляция гражданского здания. Учебное пособие к курсовому проекту. Задание. – Челябинск, ЧГТУ, 1994.

Экономия тепловой энергии 25-40%. Простота установки и эксплуатации. Окупаемость - 1 сезон.

Введение

Общеизвестно, что в межсезонье, (особенно это ощущается весной) в системах отопления большинства жилых зданий происходит «перетоп», что не только создает дискомфорт, но и обходится в существенную «копеечку». Это, конечно, касается не только жилых зданий, а любых, имеющих «зависимую» схему подключения, например, через элеватор.

Технически причина этого «перетопа» может быть устранена только регулированием потребления в самом здании. Для этого сейчас активно предлагаются к внедрению индивидуальные тепловые пункты (ИТП) - решение, скажем прямо, не дешевое. Другой вариант - насосное смешение - тоже не лишен недостатков, поскольку требует не только затрат на насос и автоматику, но и постоянного расхода электроэнергии (а это постоянные затраты), кроме того схема зависима от электроэнергии, при ее отключении отопления в здании не будет. Самое главное - насосная схема требует капитальных затрат, которые при небольшом теплопотреблении будет окупаться очень долго.

Как раз для зданий с небольшим потреблением (до 0,3 Гкал/ч) есть недорогое и качественное решение проблемы - регулятор отопления, который регулирует потребление тепловой энергии здания позиционно (т.е. обеспечивая прерывистое отопление) - метод давно известный и описанный во всех учебниках, но несколько забытый, поскольку большинство известных регуляторов работало по параметру температуры теплоносителя из системы отопления, что приводило по ряду причин к разрегулировке системы отопления по стоякам. Предлагаемый регулятор имеет совершенно другой метод регулирования. Программное обеспечение вычисляет по температуре наружного воздуха необходимое количество тепловой энергии для здания и не дает ему потреблять лишнего.

При непродолжительных (до 30 мин) перерывах циркуляции теплоносителя в системе отопления температура в помещении практически не будет отличаться от начального значения. Даже при сильных морозах (-20 О С) шестиминутный перерыв в циркуляции теплоносителя приведет к понижению температуры помещения в панельном здании всего на 0,1 °С поскольку инерционность водяной системы отопления и самого здания весьма велики. Кратковременный перерыв циркуляции в особенности оправдан тогда, когда он обусловлен избыточной в данный момент времени тепловой мощностью, которая фиксируется приборами автоматического регулирования. В этом случае позиционное регулирование будет столь же эффективно, как и регулирование пропорциональное, которое обеспечивает, например, ИТП (независимое подключение).

Технические средства, реализующие позиционное регулирование, не требуют применения сложной и дорогой техники. Не нужны циркуляционные насосы, требующие постоянного электропитания, существующие элеваторы могут остаться на своих местах, а стоимость исполнительных механизмов позиционного типа, например, электромагнитных клапанов, существенно ниже стоимости клапанов пропорционального регулирования.

О регуляторе отопления здания

Регулятор предназначен для управления процессом потребления тепловой энергии в зданиях с зависимым подключением с нагрузкой не более 0,3 Гкал/ч.

По показаниям датчиков температуры наружного воздуха и температуры в обратном трубопроводе (см. рис.) контроллер оценивает количество избыточного тепла, поступающего в здание. Для поддержания комфортной температуры в помещениях поток теплоносителя периодически прерывается с помощью клапана, устраняя «перетопы». Во время кратковременного отключения протопленное здание экономит тепло, а температура в помещениях остается стабильной за счет теплоаккумуляторного свойства здания.

Экономия

В среднем типовое 5-этажное или 9-этажное здание потребляет на отопление 70-100 Гкал тепловой энергии (март). Даже при минимальной экономии в 25% и средней стоимости 1 Гкал в 2000 руб. экономия составит 35-50 тыс. руб. в месяц. Регулятор окупается сразу, за первый же отопительный сезон!

Настройка и управление

Для настройки и управления контроллером не требуется специальных программ. Его обслуживание осуществляется через встроенный WEB-сервер с помощью мобильных устройств (ноутбук, планшет, смартфон).

Более того, встроенный модем может осуществлять рассылку SMS сообщений при возникновении аварийных и нештатных ситуаций. При подключении пакета услуг «экономь» возможна организация удаленного доступа к контроллеру через сеть Интернет.

Кроме того, вычислитель регулятора сертифицирован как средство измерения (тепловычислитель узла учета). Таким образом, если к нему подключить расходомер, то получится полноценный узел учета тепловой энергии без дополнительных затрат.

Частые вопросы и ответы

Регулятор можно устанавливать только потребителям с зависимой схемой подключения?

Ответ: достаточно существенные перетопы в осенний и весенний периоды (а для теплых климатических зон - практически весь отопительный сезон) присущи как раз зависимой схеме присоединения. Если схема независимая, то тепловая энергия передается через теплообменник и соответствующая автоматика должна регулировать величину потребления (соблюдение температурного графика, исключающего перетопы).

Почему регулятор рекомендуется устанавливать при потреблении зданием до 0,3 Гкал/ч

Ответ: известно несколько схем, позволяющих регулировать потребление тепловой энергии зданием на нужды отопления. Наиболее часто применяется насосная схема, которая позволяет плавно регулировать потребление тепловой энергии зданием. Но внедрение такой схемы требует затрат на покупку насоса и соответствующего клапана, что при малом потреблении (соответственно и сравнительно небольших объемах экономии) будет окупаться достаточно продолжительное время. Специально для таких потребителей и был разработан наш Регулятор, который показал на практике окупаемость от 2 месяцев до 2 отопительных сезонов. Для зданий с потреблением больше 0,3 Гкал/ч традиционная насосная схема окупается в приемлемые сроки.

Не вызовет ли работа Регулятора шума или гидроударов в системе отопления здания?

Ответ: при потреблении зданием до 0,2 Гкал (и менее) расход теплоносителя составляет около 2 л/с (при скорости теплоносителя в трубе порядка 1 м/с), при таких расходах возникновение гидроудара не возможно. Если используется соленоидный клапан, регулирующий расход, то при его закрытии/открытии (где-то 2 раза в полчаса) слышен характерный щелчок. В офисных зданиях его, конечно, не слышно. Если рядом жилые помещения, то лучше использовать клапан шаровой с сервоприводом, он работает бесшумно, но его стоимость немного выше.

Не вызовет ли работа Регулятора завоздушивания системы отопления здания?

Ответ: нет. Клапан будет регулировать подачу тепловой энергии кратковременным перекрыванием подающего трубопровода. Обратный трубопровод ничем не перекрывается. Именно давлением в обратном трубопроводе теплосеть обеспечивает нормальную работу зависимых систем потребителей без завоздушивания.

Можно ли поставить один Регулятор на несколько зданий?

Ответ: На каждое здание нужно ставить свой Регулятор, поскольку он рассчитывает индивидуальное потребление зданием тепловой энергии. Если подключить несколько зданий, то из-за индивидуальных особенностей одни из них будут перегреваться, а другие недогреваться. При индивидуальной установке регулятора он будет учитывать особенности конкретного здания и обеспечивать ему необходимое количество тепловой энергии для поддержания комфортной температуры в помещении.

Сложно ли настраивать Регулятор?

Ответ: Регулятор настраивается очень просто: ему задается температурный график тепловой сети и температура, которую необходимо поддерживать в помещениях здания. Остальное он вычислит сам. Кроме того, если здание офисное или промышленное, можно указывать периоды, когда температура в помещениях может быть пониженной (выходные дни и ночные часы). В этом случае экономия будет еще больше. Если Регулятор подключен к сети Интернет, то настройка может быть осуществлена удаленно с любого компьютера (по логину и паролю).

Насколько сложен монтаж Регулятора?

Ответ: Монтаж сводится к установке монтажного модуля с уже установленной на нем необходимой арматурой (на резьбовом или фланцевом соединении - операция доступная любому слесарю). Операция требующая сварки - установка гильзы в трубопровод для датчика температуры. Крепление второго датчика температуры (воздуха) на северный (желательно) фасад здания - не представляет сложности. Шкаф управления монтируется на стену. Если подключение к интернету через мобильную связь, то возможно потребуется вывести антенну на фасад здания.

Есть ли практический опыт внедрения Регулятора?

Ответ: В качестве примера приведем данные работы регулятора в здании офиса теплоснабжающей компании в Москве. На рис. 1 виден исполнительный механизм (шаровой клапан с сервоприводом), установленный после теплосчетчика (по ходу теплоносителя). На рис. 2 представлен график температуры в подающем и обратном трубопроводе системы отопления, которые фиксировал теплосчетчик. На рис. 3. график потребления тепловой энергии зданием (данные теплосчетчика). На рис. 2 и 3 примеры работы системы диспетчеризации и учета данных.