Раздел: фантазии, теории и факты теплоэнергетики. Часть1
Оценка эффективности работы систем теплопотребления зданий и сооружений
А.А. Зубанов, Директор ООО «Ивтеплоналадка», г. Иваново
Часть 1. Фантазии
Широкая и продолжительная реклама в СМИ различного рода «приспособлений» или целых «систем» автоматики (автоматизации) для тепловых пунктов отапливаемых зданий, которые, по словам реализаторов, способны снизить потребление тепла на нужды отопления, вентиляции или горячего водоснабжения (ГВС) в разы и чуть ли вообще не до нуля при сохранении в помещениях приемлемой температуры при любой температуре наружного воздуха заставляет гореть глаза у собственников отапливаемых зданий и сооружений – физических лиц или представителей малого (среднего) предпринимательства в предвкушении рукотворного «золотого денежного дождя из сэкономленных средств», поднимает из кресел и бросает в пучину переговоров и выбивания бюджетных денег в Администрациях населенных пунктов руководителей сферы образования, спорта, соцсферы, ЖКХ, но откровенно удивляет теплоэнергетиков, работающих в наладочных организациях, основное направление работы которых – анализ существующих режимов работы системы теплопотребления (теплоснабжения) и её наладка до уровня требований действующих нормативных документов. При этом удивление вызывает не сам факт рекламы такого оборудования, а реклама самой возможности применения этого оборудования в эксплуатируемых в настоящее время тепловых сетях и, самое удивительное, достигаемых результатов.
К сожалению, данный факт, как правило, не вызывает никаких эмоций у теплоэнергетиков эксплуатирующих организаций, практически полностью игнорирующих данный вопрос, сосредоточившись только на вопросах повреждаемости трубопроводов сетевой воды и их массовой замене, что приводит к снижению показателей аварийности, но никак не влияет на гидравлические режимы работы тепловых сетей.
Согласитесь, достаточно голословно заявлять о «фантастической» эффективности установленного «энергосберегающего» оборудования на тепловом пункте потребителя и заоблачном экономическом эффекте, если величина потребленной за ноябрь месяц тепловой энергии по показаниям приборов учета меньше показаний в прошлогоднем ноябре на 10 Гкал/ч, при этом, правда, средняя температура наружного воздуха в прошлогоднем ноябре была -5 оС, а в этом +3 оС…
Так как же можно выполнить анализ реальных возможных финансовых последствий внедрения различного рода «приспособлений» или целых «систем» автоматики (автоматизации) для тепловых пунктов отапливаемых зданий, сроков окупаемости, возможности применения для различных систем и т.д.?
Для этого нужно сначала познакомиться с теорией.
Часть 2. Теория
СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети»:
7.4 При расчете графиков температур сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения начало и конец отопительного периода при среднесуточной температуре наружного воздуха принимаются:
8 °С в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления до минус 30 °С и усредненной расчетной температурой внутреннего воздуха отапливаемых зданий 18 °С;
10 °С в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления ниже минус 30 °С и усредненной расчетной температурой внутреннего воздуха отапливаемых зданий 20 °С.
Усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых производственных зданий 16 °С.
Вывод – для анализа необходимы:
1. График температур сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения,
2. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,
3. Расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий.
Необходимо обратить внимание на то, что:
- тепловая нагрузка отапливаемого здания (сооружения) определяется по расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления,
- график температур сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения напрямую зависит от расчетной температуры внутреннего воздуха отапливаемых зданий.
Для оценки фактических режимов работы системы теплопотребления в части её показателей воспользуемся рекомендация незаслуженно забытого раздела 5 Методических указаний по составлению энергетических характеристик для систем транспорта тепловой энергии РД 153-34.0-20.523-98 Часть 1 «Определение фактических значений показателей режима системы теплоснабжения и сопоставление его с нормируемыми значениями»:
Режимные и энергетические характеристики позволяют определить нормируемые показатели работы системы теплопотребления за прошедший отчетный период.
Нормируемое значение каждого из показателей определяется на основании режимов работы системы теплопотребления, соответствующих принятому графику центрального регулирования отпуска тепловой энергии в ней (графику температур сетевой воды в подающей линии) и расчетным значениям давлений сетевой воды в трубопроводах на входе в тепловой пункт.
Нормируемые значения показателей режима системы теплопотребления определяются при фактических значениях температуры наружного воздуха с учетом фактических значений температуры сетевой воды в подающей линии, имевших место на протяжении прошедшего отчетного периода.
Фактические значения показателей режима системы теплоснабжения определяются на основании показаний контрольно-измерительных приборов потребителя за прошедший отчетный период.
Уровень эксплуатации систем теплопотребления и оборудования тепловой сети определяется сопоставлением соответствующих фактических показателей их работы с нормируемыми за отчетный период.
Вывод – для анализа необходимы:
4. Отчётный период регулирования.
Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок, М, 20003 г.6.2.59.
Температура воды в подающей линии водяной тепловой сети в соответствии с утвержденным для системы теплоснабжения графиком задается по усредненной температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 12-24 ч, определяемый диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов.
5. По СО 153-34.20.523-2003
Режимными и энергетическими характеристиками позволяющими определить нормируемые показатели работы системы теплопотребления за прошедший отчетный период (во всем возможном диапазоне работы системы теплоснабжения с шагом регулирования при изменении температуры наружного воздуха на 1 оС) являются:
- соблюдение температуры сетевой воды в подающем трубопроводе требованиям температурного графика,
- соблюдение температуры сетевой воды в обратном трубопроводе требованиям температурного графика,
- соблюдение отпуска тепловой энергии договорным требованиям,
По СО 153-34.20.523-2003
3.1.3. Определение относительного расхода тепловой энергии на отопление при характерных значениях температуры наружного воздуха
При качественном режиме регулирования отопительно-вентиляционной нагрузки значение относительного расхода тепловой энергии на отопление определяется для каждого из характерных значений температуры наружного воздуха qx по формуле1
______________________
1 Подстрочные индексы величины qx принимаются идентичными индексам того характерного значения температуры наружного воздуха, при котором данный относительный расход тепловой энергии определяется.
где tвн.р — расчетная (нормативная) температура воздуха внутри помещения, принимаемая для систем теплоснабжения с расчетной для отопления температурой наружного воздуха
tн.р³ -30°С равной 18°С, а при tн.р < -30°С равной 20°С.
tн.р³ -30°С равной 18°С, а при tн.р < -30°С равной 20°С.
- соблюдение расхода сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах требованиям гидравлического режима для данного потребителя,
- соблюдение величины утечки из системы теплопотребления потребителя требованиям п. 9.2.2 ПТЭ ТЭ, М, 2003 г.,
9.2.2. При эксплуатации систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения часовая утечка теплоносителя не должна превышать норму, которая составляет 0,25% объема воды в системах с учетом объема воды в разводящих теплопроводах систем.
Необходимо обратить внимание на то, что:
- величина необходимого потребителю количества тепловой энергии при каждой температуре наружного воздуха должна быть определена по тепловой нагрузке отапливаемого здания (сооружения), которая определяется по расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления с учетом формулы 5,
- нормативная расчетная величина утечки из системы теплопотребления потребителя определяется по его тепловой нагрузке,
- соответствие расхода сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах требованиям гидравлического режима для данного потребителя должен определяться именно по результатам расчета гидравлического режима, внесенного в договора на теплоснабжение, при отсутствии – требованиям температурного графика в каждой конкретной системе теплоснабжения, см. п. 3.2.1. Определение эксплуатационного удельного расхода сетевой воды на отопление и вентиляцию при их непосредственном присоединении СО 153-34.20.523-2003:
…при эксплуатационном температурном графике качественного регулирования 150/70°С составляет 12,5 м3/Гкал; при графике 130/70°С — 16,7 м3/Гкал и т.д.
- средняя температура наружного воздуха в период регулирования (сутки) определяется по любому ежесуточному архиву погоды, например, на сайте gismeteo.ru.
Данные приборов учета принимаются из архивов приборов учета с расчетом среднесуточных параметров.
После соответствующей обработки зависимости параметров работы системы теплопотребления от температуры наружного воздуха на данным фактического учета принимают следующий вид:
- Зависимость потребления тепла зданием на отопление и вентиляцию от температуры наружного воздуха, Рис. 1.1,
- Зависимость расхода сетевой воды по подающему трубопроводу из системы теплоснабжения на отопление и вентиляцию здания от температуры наружного воздуха, Рис. 1.2,
- Зависимость температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах от температуры наружного воздуха, Рис. 1.3.
Рис. 1.1. Зависимость потребления тепла зданием на отопление и вентиляцию от температуры наружного воздуха
Рис. 1.2. Зависимость расхода сетевой воды по подающему трубопроводу из системы теплоснабжения на отопление и вентиляцию здания от температуры наружного воздуха
Рис. 1.3. Зависимость температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах от температуры наружного воздуха
После того, как имеется вся указанная информация, можно переходить к анализу.
Результаты анализа параметров работы системы теплопотребления в зависимости от температуры наружного воздуха на данным фактического учета:
- Зависимость нормативного и фактического потребления тепла зданием на отопление и вентиляцию от температуры наружного воздуха, Рис. 2.1,
- Зависимость нормативного и фактического расхода сетевой воды по подающему трубопроводу из системы теплоснабжения на отопление и вентиляцию здания от температуры наружного воздуха, Рис. 2.2,
- Зависимость нормативной и фактической температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах от температуры наружного воздуха, Рис. 2.3.
Рис. 2.1 Зависимость нормативного и фактического потребления тепла зданием на отопление и вентиляцию от температуры наружного воздуха
Анализ графика отпуска тепла на Рис. 2.1 позволяет сделать следующие выводы:
а) фактическая тепловая нагрузка данного здания на отопление и вентиляцию – 0,325 Гкал/ч,
б) фактический наклон графика потребления тепла к оси «Температура наружного воздуха» (на графике выделено красным) соответствует расчетному (на графике выделено зелёным) и соответствует 20 оС внутри отапливаемых помещений,
в) теплосетевая организация выполняет свои обязанности в диапазоне температур наружного воздуха от +10 оС до -4 оС. При снижении температуры наружного воздуха ниже -4 оС обязательства теплосетевой организацией по выполнению своих договорных обязанностей и подаче потребителю договорного количества тепла в сетевой воде не выполняются.
Рис. 2.2 Зависимость нормативного и фактического расхода сетевой воды по подающему трубопроводу из системы теплоснабжения на отопление и вентиляцию здания от температуры наружного воздуха
Анализ Рис. 2.2 позволяет сделать следующие выводы:
а) средний фактический расход сетевой воды по подающему трубопроводу системы теплоснабжения превышает нормативный на 4 – 5 т/ч, со значительной амплитудой изменений, периодически достигающих практически двухкратных превышений расчетных показателей, что указывает на недостаточный уровень регулировки в системе теплоснабжения, к которой подключено данное здание,
Рис. 2.3. Зависимость нормативной и фактической температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах от температуры наружного воздуха
Анализ Рис. 2.3 позволяет сделать следующие выводы:
а) теплосетевая организация выполняет свои обязанности по поддержанию требований температурного графика в части соблюдения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе в диапазоне температур наружного воздуха от +10 оС до -4 оС. При снижении температуры наружного воздуха ниже -4 оС обязательства теплосетевой организацией по выполнению своих договорных обязанностей в части соблюдения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе и подаче потребителю договорного количества тепла в сетевой воде не выполняются,
б) фактический наклон температурного графика к оси «Температура наружного воздуха» (на графике выделено красным) соответствует расчетному с учетом выстывания за счет тепловых потерь при движении от источника теплоты и соответствует 20 оС внутри отапливаемых помещений.
Часть 3.1 Факты
Один из поставщиков, повторюсь, различного рода «приспособлений» или даже целых «систем» автоматики (автоматизации) для тепловых пунктов отапливаемых зданий, которые, по словам реализаторов, способных снизить потребление тепла на нужды отопления, вентиляции или горячего водоснабжения (ГВС) в разы и чуть ли вообще не до нуля при сохранении в помещениях приемлемой температуры при любой температуре наружного воздуха обратился к руководителям сферы образования довольно крупного населенного пункта с предложением «оптимизации» расходов на тепловую энергию зданий и сооружений образовательной сферы (школы, детские сады и т.д.).
Воодушевленное руководство сферы образования города, радеющее за экономию бюджетных средств, поднялось из насиженных кресел и поставило вопрос ребром. Администрация, вспомнив о тех, кто совсем недавно актуализировал схему теплоснабжения, перед принятием, без преувеличения, судьбоносного решения, обратилось за разъяснением к нам, обязав Управление образования передать всю необходимую информацию…
Выполнив анализ по 43 представленным на рассмотрение объектам и получив представленные выше результаты по конкретному зданию, Администрации населенного пункта и ответственным руководителям Управления образования было объяснено, что система теплопотребления именно этого рассмотренного объекта работает полностью в нормативном расчетном режиме и разбираться нужно не с данным зданием, а с теплосетевой организацией, упорно не желающей выполнять свои договорные обязательства при температурах наружного воздуха ниже – 4 оС.
На контраргументы уважаемых поставщиков «эффективного оборудования» о возможности снижения потребления тепла в вечернее время и выходные дни им было объяснено, что так как возможность снижения потребления тепла в вечернее время и выходные дни предусматривает просто снижение расхода сетевой воды из системы теплоснабжения, то данная величина снижения расхода сетевой воды ограничена скоростью движения сетевой воды в системе теплопотребления здания не ниже 0,25 м/с во избежание образования воздушных пробок в системе теплопотребления и соответствующих последствий. Так как все без исключения рассмотренные здания имели проекты своих систем теплопотребления, разработанные ещё в предыдущую эпоху, то собственно системы отопления несли функцию дежурных, то есть, работающих в вечернее и ночное время, а также в выходные дни. Основная же функция по отоплению объектов была возложена на системы приточной вентиляции (к слову, сохранившихся ещё в рабочем состоянии на двух объектах, но полностью ликвидированные на других).
Поверхностей нагрева установленных радиаторов отопления после ликвидации систем приточной вентиляции явно не хватало для поддержания необходимой температуры воздуха в отапливаемых помещениях, вследствие чего было принято решение об увеличении поверхностей нагрева радиаторов отопления путем установки дополнительных секций. Установка дополнительных радиаторов существенно увеличило сопротивление системы теплопотребления здания, снизив скорости движения теплоносителя. То есть, снизить расход сетевой воды (читай, снизить располагаемый напор) у поставщиков «эффективного оборудования» вряд ли получится вообще или далеко не в полной мере из-за опасности остановки циркуляции по вышеназванным причинам.
На вопрос уже Администрации города, какие могут быть здесь рекомендации, ответ был один – вернуться к проектным решениям, убрать излишние секции радиаторов отопления, восстановить системы приточной вентиляции (от сетевой воды или электрические – не принципиально. В рассматриваемом варианте при графике 95/70 оС возможно использование только систем с электронагревом) и – работать, работать и работать – контролируя теплосетевую организацию в вопросах соблюдения договорных обязательств за бюджетные средства во всем диапазоне температур наружного воздуха.
Пояснение
Имея график зависимости потребления тепла зданием на отопление и вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха можно достаточно быстро определить, какое количество тепла должно быть потреблено зданием за определенный период времени при любой средней температуре наружного воздуха. Сразу становятся ясными величины резерва тепловой экономичности, если он вообще есть, и экономический эффект от внедрения любых мероприятий.
