Энергоаудит и повышение эффективности систем теплоснабжения.

Энергосбережение является ключевым звеном реформирования жилищно-коммунального хозяйства России. Резервы экономии по теплу в стране составляют от 25% до 60%.

Основой для разработки и реализации программ энергоресурсосбережения является энергоаудит объектов жилищно-коммунального хозяйства, включающий энергетические обследования, оценку имеющихся резервов экономии и определение технико-экономической эффективности предложенных мероприятий по энергосбережению.

Основными целями энергоаудита систем теплоснабжения являются:

• выявление источников и причин нерациональных энергозатрат и неоправданных потерь тепловой энергии;
• разработка на основе технико-экономического анализа рекомендаций по их ликвидации;
• предложение технико-обоснованной программы по экономии тепловой энергии, очередность реализации предлагаемых мероприятий с учетом объемов затрат и сроков окупаемости при обеспечении требуемого уровня коммунальных услуг.

При проведении энергоаудита систем теплоснабжения города, района выясняются:

• структура построения системы, организационная структура, тип системы (открытая, закрытая);
• источники тепла (марки и количество котлов, их состояние, балансовая принадлежность источников, температурный график и график расхода теплоносителя, режимы эксплуатации, способ регулирования системы о топления в зависимости от температуры окружающей среды, способ и характеристики водоподготовки);
• общая тепловая нагрузка на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию, климатические характеристики и расчетная температура);
• тепловые сети (схемы теплотрасс, обеспеченность требуемых напоров у потребителя, состояние трубопроводов и их теплоизоляционных и антикоррозионных покрытий, наличие гидроизоляции, потери теплоносителя, аварийность на 1 км тепловых сетей, сравнение нормативных и фактических потерь);
• схема теплоснабжения с указанием распределения потоков энергоресурсов, районов с дефицитом обеспеченности энергоресурсами;
• размещение, состояние и характеристики тепловых пунктов и насосных станций (типы водоподогревателей, наличие и характеристики отложений в них, оснащенность тепловых пунктов средствами борьбы с отложениями, оснащенность контрольно-измерительными приборами, средствами учета расхода энергоресурсов, наличие автоматических систем регулирования);
• распределение тепла по группам потребителей (население, бюджетная сфера, промышленность, сфера обслуживания);
• состояние диспетчеризации и автоматизации систем сбора информации;
• общие характеристики теплопотребления жилищного фонда и общественных зданий, расчетные и фактические нагрузки, обеспеченность энергоресурсами;
• характеристики и состояние внутридомовых инженерных сетей, оснащенности их средствами автоматического регулирования и учета потребления энергоресурсов, тип и состояние отопительных приборов, наличие отложений, качество обслуживания потребителей, качество работы систем, состояние диспетчеризации, организационная структура управления, соотношение нормативного и фактического потребления энергоресурсов.

Тепловая энергия, получаемая коммунальными службами используется для обеспечения потребностей на:

• отопление;
• горячее водоснабжение;
• собственные нужды

Регулирование отопления в основном осуществляется по температуре при постоянном расходе теплоносителя, обычно температура воды в прямой линии колеблется от 70 до 150 градусов С, в обратной линии в основном находится в пределах 42 - 70 градусов С.

Системы отопления, работающие при постоянном расходе и регулировании температурой теплоносителя (качественное регулирование), имеют недостатки по сравнению с системой регулирования подачей воды (количественное регулирование). Система инерционна, изменение температуры в системе затягивается на несколько часов, плохо отслеживает потребности в тепле на отопление при резких колебаниях наружной температуры воздуха, которое иногда бывает более десяти градусов за сутки. Температура иногда регулируется только несколько раз в сутки. Особенно большая проблема в обеспечении экономичных режимов для больших городов, тепловые сети которых характеризуются большой протяженностью и инерционностью.

При регулировании системы теплоснабжения подачей количества сетевой воды, нагретой до заданной постоянной температуры, мощность насосного агрегата пропорциональна расходу горячей воды в системе в третьей степени ( для турбулентного режима) и график зависимости мощности насоса во времени отопительного сезона напоминает отопительный график.

При создании и реконструкции систем отопления нужно шире внедрять количественные методы регулирования систем.

Переход к системе отопления с регулированием по расходу воды в системе позволяет достичь 60% экономии электроэнергии на привод циркуляционных сетевых насосов. Кроме того, замена элеваторных узлов экономичными малошумящими циркуляционными насосами с системой автоматического регулирования дополнительно экономит энергию циркуляционных насосов.

В настоящее время находят применение автоматизированные блочные и крышные котельные, которые работают без постоянного обслуживающего персонала. Эти котельные при определенных условиях могут быть экономически выгоднее других решений реализации системы теплоснабжения объекта. Применение таких технических решений позволяет избежать затрат на создание внешних магистральных сетей, уменьшить тепловые нагрузки в системе, рассредоточить выбросы вредных веществ в атмосферу. Экономические затраты при теплоснабжении от собственной котельной могут быть в 3-5 раз ниже по сравнению с централизованным теплоснабжением, особенно в условиях рыночной экономики. В каждом конкретном случае необходимо проводить технико-экономический анализ.

При проведении энергоаудита необходимо сравнить фактическое теплопотребление с расчетным, которое необходимо поставить потребителю.

Для составления теплового баланса и оценки состояния системы отопления необходимо оценить значения тепловой мощности, потребляемой на отопление зданий различного назначения.

Сравнительный анализ позволяет определить наличие "перетопа" здания и необходимость настройки его системы на проектные показатели. Это особенно важно при настройке на номинальные показатели системы централизованного теплоснабжения. Превышение теплопотерь в зданиях и элементах системы централизованного теплоснабжения больше проектных значений приводит к необходимости выявления причин и проведения работ по их устранению.

Современные системы централизованного теплоснабжения не позволяют удовлетворить индивидуальные потребности потребителей и не стимулируют последних к экономии тепловой энергии. Существующие системы отопления жилых зданий, рассчитанные на весь комплекс здания, исключают возможность поквартирного регулирования и учета отпуска теплоты.

Наиболее распространенными в жилых и общественных зданиях являются системы водяного отопления. Схемы этих систем могут быть различными и во многом определяются конкретными условиями. Стояки могут быть как однотрубными, так и двухтрубными. Надо отметить, что в нашей стране однотрубные системы отопления получили очень широкое распространение и стали основным типом отопительных систем в многоэтажных зданиях (особенно жилых). Причин здесь несколько:

• более высокая, по сравнению с двухтрубными системами, гидравлическая и тепловая устойчивость;
• экономия металла при сравнительно невысокой цене на электрическую энергию( в недавнем прошлом), необходимую для циркуляции воды;
• отсутствие индивидуального (поквартирного ) учета расходования теплоты.

Первоначально однотрубные системы выполнялись только с верхней разводкой, причем разводящие трубопроводы прокладывались, как правило, по чердакам зданий. Когда в массовом строительстве стали сооружаться бесчердачные кровли, были предложены и внедрены однотрубные системы с нижней разводкой. В таких системах стояки состоят из двух частей - восходящей и нисходящей, к каждой из которых присоединяются нагревательные приборы. Воздух из системы выпускается через воздуховыпускные краны, установленные в пробках радиаторов или на подводках к приборам верхних этажей. Ныне большинство жилых и общественных зданий в России оснащены водяными системами отопления, подавляющая часть которых - однотрубные.

Экономии тепла в системе отопления объектов ЖКХ можно достичь техническими и организационными мероприятиями:

• переход системы отопления на режим дежурного отопления при сниженной (12-14 градусов С) температуре в нерабочие смены и выходные дни для магазинов, кинотеатров и других нежилых помещений позволяет достичь 8-10% экономии тепловой энергии на отопление (в климатических условиях средней полосы России).
• применение систем лучистого отопления с обогреваемыми полами и стеновыми панелями, которые создают комфортные условия при температурах 15-16 градусов С. Таким образом, снижается расход топлива примерно на 20-30 %.
• оборудование квартир индивидуальными (по желанию жильца) средствами регулирования температуры и учета расхода тепла на отопление.

Индивидуальный (поквартирный) учет расхода теплоты ведет к преимущественному распространению двухтрубных с поквартирным присоединением систем с установкой счетчиков на вводе в каждую квартиру. В самой квартире система отопления может выполняться по любой схеме вертикальной или горизонтальной, тупиковой или попутной, одно- или двухтрубной. Все зависит от конкретных условий: габаритов квартиры, ее этажности, размещения в объемно-планировочной структуре здания.

Исследование теплового состояния всего здания в целом под влиянием теплового режима отдельной квартиры, находящейся в режиме дежурного отопления , является одной из основных задач. Снижение с целью экономии тепла температуры в отдельной квартире отсутствующего жильца до порядка 6 градусов С создает дополнительные теплопотери смежным квартирам, и экономия одного жильца на отопление частично перекладывается в виде возможных дополнительных расходов на владельца соседней квартиры. При этом вследствие теплоаккумулирующих свойств перегородки, эффект может быть незначительным, либо возрастать с увеличением длительности периодов таких воздействий.

Возникает необходимость оценки рассмотренного способа экономии на тепловой режим смежных квартир. Поставленная задача относится к нестационарному теплообмену, в которой необходимо учитывать тепловую инерцию наружных и внутренних ограждений, предметов, находящихся внутри квартир, колебания наружных температур и воздействие общей и внутренней систем регулирования отопления на подачу теплоты в квартиры.

На основании исследований, проведенных профессором В.Н. Богословским, можно рассмотреть процессы происходящие в квартирах с дежурным отоплением. При прекращении или частичном изменении подачи теплоты в помещении вначале резко снижается температура воздуха, достигая уровня осредненной температуры поверхностей. Затем температура воздуха и всех ограждений начинает понижаться одновременно. Основные потери теплоты при охлаждении помещения происходят через окна. Массивные наружные ограждения в этот период могут частично даже отдавать тепло помещению. В это время непрерывно происходит отток тепловой энергии из соседних квартир через внутренние перегородки между соседними квартирами.

С помощью дифференциальных уравнений можно установить тепловой режим наружных стен с учетом их тепловой инерции, тепловой режим для стен между смежными квартирами, теплоаккумулирующую способность мебели и других предметов внутри квартиры.

Применение теплоснабжения с поквартирным учетом и регулированием отпуска теплоты представляется целесообразным как для жилищно-коммунального хозяйства, перед которым глобально поставлен вопрос энергосбережения, так и для каждого потребителя в отдельности.

Характерными положительными чертами при применении систем теплоснабжения с поквартирным учетом и регулирование отпуска теплоты являются:

1. создание требуемых условий комфорта в квартире по желанию владельца;
2. рациональное использование тепловой энергии потребителями;
3. изменение теплового режима в квартире владельца позволяет экономить тепловую энергию, тем самым снижая затраты на ее оплату.

Реализация поставленной задачи осуществляется путем решения следующих научно-технических вопросов:

1. исследование влияния нестационарного теплового режима отдельных квартир на тепловой режим всего здания в целом, при применении дежурного отопления в квартире в период отсутствия жильцов;
2. разработка и исследование эффективных систем поквартирного теплоснабжения,
3. разработка методики теплового расчета для отдельных квартир и всего здания в целом в условиях переменного (нестационарного) теплового режима;
4. разработка конструктивных решений эффективных квартирных вводов, позволяющих осуществить регулирование и учет расхода тепловой энергии;
5. рассмотрение вопроса регулирования температуры теплоносителя в обратном трубопроводе, с целью обеспечения требуемого температурного графика, заданного на источнике теплоснабжения;
6. комплексный анализ экономической эффективности данного научно- технического решения.