На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Опыт реконструкции теплового пт публичного строения
Журнальчик "Анонсы теплоснабжения", № 8 (12) август 2001, С. 27 – 33,
В.Ф. Гершкович, управляющий Центра энергосбережений КиевЗНИИЭП
Старенькый теплопункт еще не демонтирован Невзирая на неудовлетворительное, в целом, теплоснабжение городов из централизованных источников, все таки еще есть настоящая возможность значительно уменьшить теплопотребление без какого-нибудь вреда для потребителя. Обыкновенные расчеты давали подсказку, что, ежели повсеместно уменьшить подачу тепла в публичные строения ночкой, то выгоду можно получить большую.
Отлично понимая, что расчеты, даже самые обыкновенные, уверят немногих, в КиевЗНИИЭПе была предпринята попытка в маленький срок воплотить проект реконструкции теплового пт нашего главенствующего строения и показать на практике способности действенного использования энергии, получаемой из тепловой сети.
Проект, непременно, удался.
До октября 2000 года тепловой пункт главенствующего корпуса КиевЗНИИЭП был оборудован по правилам тридцатилетней давности (рис. 1а) не удовлетворял современным требованиям по оптимальному использованию энергии.
Основной корпус института, присоединенный к тепловой сети 1, состоит из 2-ух спостроек разной этажности, обогреваемых до реконструкции системами отопления 2 и 3. Вода, циркулировавшая под действием консольных насосов 5 в независящем от тепловой сети контуре 11-этажного кирпичного строения, подогревалась сетевой водой в водоподогревателе 4, а в 9-этажном крупнопанельном здании – с помощью элеватора 7. Для подпитки независящего контура использовались насосы 6.
В итоге реконструкции системы отопления 2 и 3 были соединены поочередно друг дружке через регенератор теплоты 8 (рис. 1б) по схеме со ступенчатой регенерацией теплоты (СРТ). На подающем трубопроводе был установлен гидравлический регулирующий клапан 9, управляемый электронным регулятором 10.
Старенькый теплопункт уже не работает, но он еще не демонтирован. Ржавеющие глыбы старенькых кожухотрубных теплообменников, консольных и вихревых насосов, замысловатые петли трубопроводов, одетых в лохмотья обветшалой термоизоляции, облезлые щиты с пустыми глазницами устройств никогда не работавшей автоматики, – все это еще хранит в для себя ностальгический шарм обычной техники. Вообщем, техника эта никогда на нашей памяти не была предметом особенной гордости.
Сейчас в здании совершенно иной тепловой пункт, и все характеристики систем теплопотребления стали приметно лучше:
• трудозатратность эксплуатации уменьшилась.
Новейший теплопункт показывает способности российского оборудования, способного не только лишь отлично применять энергию, но обеспечить стремительный возврат средств, затраченных на реконструкцию.
Почему в помещениях стало теплее Сходу следует оговорить, что расход сетевой воды из системы централизованного теплоснабжения в итоге реконструкции теплового пт не возрос. Расчетная тепловая мощность систем отопления была и осталась 1,6 Гкал/ч, и расход сетевой воды тоже не поменялся, он равен 20 т/ч. Для того, чтоб осознать, отчего в помещениях при всем этом стало теплее, разглядим (рис. 2) диаграммы, иллюстрирующие температуры теплоносителя в тепловой сети и в системе отопления.
Традиционно принято проводить анализ, делая упор на «расчетные» температуры теплоносителя, которые для тепловой сети равны 150 – 70 °С, а для системы отопления 105 – 70 °С. Умопомрачительная иллюзорность настолько больших температур для сегодняшних систем теплоснабжения не оставляет сомнений
в бессмысленности проведения основанного на этих температурах хоть какого анализа, который мог бы иметь практическое значение. Предпосылки длительной живучести, так именуемых, «расчетных» температур могли бы Рис.
стать предметом специального обсуждения, если б это обсуждение могло иметь какие-либо настоящие последствия.
Основой для нашего анализа стали температуры воды в теоретической «точке излома» отопительного графика. В данной точке, соответственной (для погодных критерий г. Киева) внешной температуре +4,5 °С, температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети равна 70 °С, а в обратном 42,5 °С. Ниже 70 °С температура сетевой воды снижаться не обязана, но это – на теоретическом уровне. Фактически, точка излома опустилась сейчас до 60 °С, что, вообщем, для нашего анализа значения не имеет. Принципиально то, что 70° – это настоящая температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети, которая поддерживается в нем в течение большей части отопительного периода. Не считая того, эта температура нередко отвечает и теоретическому температурному графику тепловой сети, который полностью точно выдерживается тепловыми сетями при положительных температурах внешнего воздуха.
Таковым образом, настоящие температуры теплоносителя на входе в тепловой пункт и на выходе из него в городскую сеть до реконструкции теплового пт поддерживались, как и положено, на уровне 70 – 42 °С (область ТС на рис. 2а).
При независящем присоединении системы отопления к тепловой сети через теплообменник, как это было до реконструкции, низшая температура воды в системе отопления обязана быть на несколько градусов ниже, чем температура уходящей из теплообменника греющей воды. В древнем теплопункте рабочая разность температур на прохладном конце противоточного теплообменника составляла 4°, а температура воды в обратном трубопроводе системы отопления была 38 °С.
Суровым недочетом старенькой системы было применение консольных насосов для циркуляции воды в системе отопления. Отсутствие российских низконапорных циркуляционных насосов и недоступность изделий европейских государств вынуждали в свое время проектировщиков использовать для систем отопления промышленные консольные насосы, невзирая на то, что развиваемое ими давление на порядок превышало величину гидравлического сопротивления системы. В итоге, в системе отопления циркулировало очень много воды, насос работал с низким КПД при безмерных издержек электрической энергии, разность температур в системе отопления была чрезвычайно малеханькой (область СО на рис. 2а), и поэтому в помещениях было холодно.
В новеньком теплопункте использована система со ступенчатой регенерацией теплоты (СРТ). Это – система с зависимым присоединением к тепловой сети, и поэтому температура воды, возвращающейся в городскую сеть, равна самой низкой в системе отопления температуре и составляет сейчас 38 °С (рис. 2б).
В итоге исключения насосов, расход воды в системе приблизился к проектному значению, а температура теплоносителя в подающем трубопроводе возросла от 46 до 55 °С, что и обусловило заметное улучшение температурного режима в большинстве помещений.
Как удалось уменьшить теплопотребление Внимательный читатель уже направил внимание на то, что улучшение температурного режима, о котором шла речь в прошлом разделе, было достигнуто за счет роста теплосъема с сетевой воды, как и положено тому быть, согласно закону сохранения энергии. Невзирая на то, что расход сетевой воды в новеньком теплопункте не стал больше прежнего, разность температур на входе в тепловой пункт и на выходе из него стала больше, а, следовательно, теплопотребление возросло.
Но это лишь деньком, в рабочее время.
Сейчас, с окончанием рабочего дня регулирующий клапан 9 (рис. 1б) автоматом закрывает проход теплоносителю, пропуская менее 20% расчетного расхода сетевой воды. До утра регулирующий клапан раскрывается только временами, поддерживая температуру воды в обратном трубопроводе на данном уровне, и лишь за несколько часов до начала работы клапан вновь начинает пропускать расчетный расход теплоносителя, чтоб комнаты прогрелись к приходу служащих.
Регуляторы такового рода обширно употребляются в европейских странах, а разные компании дают широкий выбор устройств и клапанов, способных решить задачку ночного снижения теплопотребления. Спецам киевской компании КИАРМ, работавшим над оборудованием новейшего теплопункта очень сплотченно с центром энергосбережения КиевЗНИИЭП и с техническим персоналом института, удалось решить эту задачку довольно простыми средствами и нетрадиционно.
Сначало предполагалось применять в проекте серийно выпускавшуюся КИАРМом арматуру – регулятор перепада давлений, нужный для стабилизации работы системы отопления и устройств автоматики в критериях нестабильного располагаемого давления на абонентском вводе, и электромагнитный клапан условным проходом 65 мм, способный закрыть проход теплоносителя по команде импортного контроллера. В процессе работы КИАРМом был предложен, сделан, установлен и отлажен принципиально новейший устройство, выполняющий функции регулятора перепада давлений прямого деяния при отсутствии управляющего сигнала и автоматом закрывающийся при поступлении сигнала от регулятора на электромагнитный клапан, установленный на импульсной трубке поперечником 6 мм. Параллельно КИАРМом был разработан, сделан и в первый раз использован в теплопункте электронный регулятор (контроллер), способный управлять клапаном по специально разработанной вместе с центром энергосбережения програмке.
Вышло устройство, потенциальные способности которого представляются настолько значительными, что выявить их до конца нам еще предстоит в дальнейшем. Пока можно перечислить только неоспоримые его плюсы:
• мощнейший клапан, установленный на трубопроводе, где давление превосходит 10 бар, управляется слабеньким электромагнитом;
• клапан, управляемый таковым образом, закрывается умопомрачительно мягко, в течение 30 – 40 секунд, что не только лишь исключает возникновение гидравлических ударов, да и открывает способности его внедрения в схемах с позиционным регулированием;
• чрезвычайно обычный электронный регулятор дает возможность гибкого управления клапаном в разных режимах, которые могут задаваться в довольно широких пределах.
Исчезновение монстра Старенькый теплопункт занимал помещения площадью наиболее 100 квадратных метров и высотою 4,5 метра (рис. 3а). Новейший теплопункт уместился в низкой (2,5 м) комнате площадью всего 18 м
(рис. 3б). На рисунках сероватым цветом выделены площади, занятые оборудованием.
Сокращение производственных площадей вышло вследствие исключения массивных насосов и внедрения новейших российских теплообменников со сверхвысокой плотностью теплового потока.
Теплообменники производства севастопольского компании «Теплообмен» с плотным пучком тонкостенных трубок из нержавеющей стали по своим техническим и экономическим показателям превосходят фаворитные эталоны забугорной техники в данной области.
В новеньком теплопункте теплообменники ТТАИ употребляются в качестве регенератора теплоты и водоподогревателя системы горячего водоснабжения. Изящные односекционные кожухотрубные аппараты установлены на стенке и совершенно не занимают места в тепловом пт.
Компактности размещения оборудования содействует также современная арматура, в том числе компактные и комфортные в эксплуатации дисковые затворы Львовского компании «Техарм».
Безболезненное и скорое исчезновение технического монстра, еще не так давно занимавшего наилучшее помещение в нижнем этаже строения, дает подсказку возможность кардинального решения издавна назревшей трудности переоборудования великого множества непонятных строений, беспорядочно разбросанных по территориям наших городов. Идет речь о центральных тепловых пт (ЦТП), которые можно перевоплотить в торговые заведения, учреждения отдыха либо кафе, где на площадях, занятых сейчас бесполезно пожирающими энергию гулкими насосами и бойлерами, могли бы для себя в наслаждение не без полезности для общества отдыхать люди.
Кандидатура погодному регулированию Основной задачей контроллеров, управляющих работой систем отопления западного эталона, является реализация погодного регулирования. Суть погодного регулирования состоит в том, чтоб поддерживать температуру в подающем (либо в обратном) трубопроводе системы отопления на уровне, соответственном текущей температуре внешнего воздуха.
При разработке проекта реконструкции теплового пт было решено отрешиться от погодного регулирования в том виде, как оно традиционно реализуется контроллерами западного эталона. При всем этом были приняты во внимание такие два фактора.
Во-1-х, погодное регулирование обязано обеспечиваться тепловыми сетями, которые должны выдерживать при высококачественном регулировании собственный температурный график. Строго говоря, высококачественное регулирование – это и есть регулирование погодное. На Западе в системах районного отопления изредка употребляют высококачественное регулирование. Потому там просто нельзя обходиться без погодных регуляторов в каждом абонентском вводе. У нас, если б температурный график тепловыми сетями выдерживался, не было бы нужды устанавливать погодные регуляторы в тепловых пт.
Во-2-х, никакое погодное регулирование на абонентских вводах не способно обеспечить удобный тепловой режим в зданиях, ежели термо сети не в состоянии по тем либо другим причинам выдерживать температурный график, ими установленный. Было бы некорректно растрачивать средства на драгоценную автоматику, заставляя ее делать невыполнимые задачки, тем паче, что, как уже было установлено, потенциал погодного регулирования в настоящих критериях недостающего теплоснабжения не превосходит 1,5% величины годового теплопотребления, и никакие устройства, способные этот потенциал воплотить, не будут рентабельными.
Начальной посылкой при разработке метода регулирования теплового пт строения, присоединенного к системе централизованного теплоснабжения, было поддержание температуры воды в обратном трубопроводе системы отопления на уровне, соответственном текущей температуре воды в подающем трубопроводе.
Температура воды, возвращающейся из системы отопления в тепловую сеть, – это обычный и единственный параметр, интегрированно отображающий настоящую информацию о потребительских качествах работающей системы отопления.
,°C, рассчитывается по обычный формуле:
= 0,35t
+ 18, (1)
– текущая температура воды, °С, в подающем трубопроводе системы теплоснабжения.
, вычисленная по формуле (1), полностью точно отвечает отопительному температурному графику тепловой сети с расчетными температурами 150 – 70 °С.
, то это точно свидетельствует о лишнем отоплении, и автоматика в данном случае должна отдать команду на уменьшение расхода сетевой воды. Ежели величина t
практически не достигнута, автоматика будет стараться прирастить расход, но лимитная шайба тепловой сети не допустит превышения расчетного расхода.
Таковым образом, в рабочее время регулятор выполняет простую задачку, – поддерживает, по способности, температуру t
в обратном трубопроводе. Вот такое, комфортное для тепловой сети, погодное регулирование.
Ночное снижение температуры Всеобъятную аналитическую зависимость для ночного снижения температуры обратной воды в зданиях отдать очень тяжело, так как зависимость эта обязана была бы включать в себя очень много переменных. Массивность строения, тип отопительных устройств, степень гидравлической стойкости отопительной системы, направление и скорость ветра, допустимое падение температуры помещений, наличие либо отсутствие способности форсированного натопа перед началом рабочего времени, температура внешнего воздуха – вот только часть важных причин, способных влиять на верный выбор температуры обратной воды.
Лучший способ выбора метода ночного снижения температуры должен основываться лишь на опыте. Тот настоящий опыт, который накоплен в течение первых месяцев эксплуатации новейшего теплопункта, показал, что температура внешнего воздуха является одним из самых значимых причин, влияющих на выбор. При мощных морозах, в индивидуальности, при недостающем теплоснабжении, целенаправлено вообщем отрешиться от уменьшения теплопотребления в ночное время, так как даже при заблаговременном включении режима рабочего времени комнаты не успевают прогреваться.
В новеньком теплопункте, работавшем в критериях относительно теплой зимы, в нерабочее время реализовывалась установленная опытом чрезвычайно обычная зависимость хотимой температуры обратной воды t
,°C, от текущей температуры t
= 0,46t
= 70 °C с уменьшением данной разности по мере увеличения температуры в подающем трубопроводе, что, в целом, отвечает логике программного понижения тепловой мощности. Коэффициент в формуле (2) чрезвычайно просто может изменяться настройкой регулятора, и в критериях наиболее грозной зимы на основании опыта обязано быть установлено другое значение коэффициента, предположительно, в пределах от 0,5 до 0,55. С иной стороны, в самом начале и в самом конце отопительного периода, во время устойчивого стояния положительных температур внешнего воздуха значение коэффициента можно понижать до 0,4... 0,45.
1-ые результаты исследования Исследование характеристик реконструированной системы отопления было предпринято с целью оценки результатов реконструкции. Объективная и подтвержденная плодами инструментальных измерений оценка обязана была бы подтвердить либо опровергнуть достижение заблаговременно объявленной цели, которая была сформулирована довольно феноминально: средствами отечественной техники повысить температуру в рабочих помещениях при сокращении теплопотребления зданием.
Температура в рабочих помещениях фиксировалась с помощью самопишущих датчиков температуры SMART READER канадского производства. Датчики были установлены в 9 рабочих помещениях, расположенных на различных этажах обоих корпусов строения. Часть датчиков была установлена с возможностью одновременного измерения температур снутри помещения и снаружи. Датчики были настроены на измерение температур с интервалом 10 минут, при этом электронные часы датчика фиксировали четкое время и итог каждого замера с точностью 0,35 °С.
Температуры считывались переносным компом с помощью специальной канадской программы TREND, способной воспроизводить температурный график в графической либо в цифровой форме в любом временном спектре измерений.
Маленькая часть цифровой инфы, приобретенной благодаря програмке TREND, транспонированная в графическую форму с помощью обычной программы EXCEL, приведена на рис. 4 и 5. Эти данные, относящиеся к периоду стояния тех внешних температур, которые характерны для большей части отопительного периода в Киеве, отражают, а именно, возможность наиболее глубочайшего регулирования для мощных спостроек. Температура воздуха в помещениях кирпичного корпуса с металлическими радиаторами подверглась дневным колебаниям в еще наименьшей степени, чем в той части строения, которая построена из легких панелей, а обогревается нетеплоемкими конвекторами.
На рис. 6 отображены зафиксированные ультразвуковым расходомером теплосчетчика СЕМПАЛ расходы сетевой воды, повсевременно изменяющиеся в часы нерабочего времени в процессе позиционного регулирования.
Анализ приобретенных результатов дозволяет утверждать, что потенциал позиционного регулирования до этого времени не оценивался подабающим образом. Относительно маленькие (в индивидуальности, в кирпичном корпусе) колебания температур внутреннего воздуха в нерабочее время обоснованы очень значимым понижением расхода теплоносителя.
Полные результаты всестороннего исследования отыщут отражение в научном отчете, который будет составлен опосля окончания отопительного периода.
До реконструкции теплового пт система отопления строения за день отопительного периода потребляла, в среднем, 16,5 Гкал тепловой и 350 кВт-часов электрической энергии, на оплату которых расходовалось около 1450 грн. раз в день.
На реконструкцию теплового пт в летнюю пору 2000 года было затрачено 28 тыс. грн.
На данный момент для отопления раз в день расходуется, в среднем, около 11,5 Гкал, а электрическая энергия не потребляется совсем. Расходы на энергию сократились до 970 грн. за день.
Таковым образом, каждодневная экономия издержек на энергоносители составляет около 480 грн.
Несложно посчитать, что срок окупаемости издержек на реконструкцию теплового пт не превысил 2-ух месяцев.
Мы тут намеренно оценивали выгоду дневную, а не годовой экономический эффект, как это традиционно принято. И делали это по двум причинам. Во-1-х, так как теплопункт еще не работает в течение года, и, хотя нет никаких колебаний в его длительной работоспособности, фактически годовой эффект пока не измерен. И, во-2-х, так как перемноженные до циклопических значений числа отрывают читателя от просто воспринимаемого им масштаба величин. Навряд ли кто-либо может представить для себя, к примеру, тыщу гигакалорий либо 100 тыщ кубометров природного газа. 480 гривен просто вообразит для себя каждый. За день.
И все таки, чтоб не заслужить упрек в игнорировании общепринятых методик, заполним таблицу технико-экономических характеристик, проделав легкие арифметические вычисления (табл. 1).
Опыт, который можно распространять
Публичных спостроек, в каких можно и необходимо снижать ночную температуру, в городках Украины чрезвычайно много, приблизительно 45 тыщ. По подготовительной оценке их общественная тепловая мощность равна около 10,3 тыс. Гкал/ч, а потребляемая этими зданиями в течение года тепловая энергия оценивается величиной 20 млн Гкал.
Общественная стоимость переоборудования имеющихся тепловых пт этих спостроек не обязана превысить 500 млн грн. Опосля завершения реконструкции лишь за один отопительный сезон можно будет сберечь 1,1 миллиардов м природного газа на общую стоимость около 90 млн у.е.
Чрезвычайно стремительный срок окупаемости издержек на реконструкцию, проведенную в тепловом пт КиевЗНИИЭП, отчасти разъясняется относительно большой тепловой мощностью системы отопления. Почти всегда тепловая мощность будет меньше, и величина экономического эффекта будет не настолько внушительна. Можно ждать, тем нe наименее, что затраченные на реконструкцию теплового пт средства в любом случае возвратятся инвестору в течение 1-го отопительного сезона.
Не упустить бы шанс...
Невзирая на очевидную выгоду широкого распространения нашего опыта, есть опаски, что термо сети станут этому активно противиться. Сопротивление со стороны администрации компаний тепловых сетей будет конкретно соединено со понижением платежей этому ведомству, хотя, вероятнее всего, эта позиция будет прикрываться ссылками на технические трудности.
Вправду, опосля того как позиционное регулирование тепловой мощности систем отопления в нерабочее время станет применяться довольно обширно, давление в тепловой сети начнет расти, в итоге чего же теплота, сэкономленная в одном доме, будет расходоваться в остальных зданиях. Чтоб этого не вышло, необходимо заранее оборудовать насосные станции теплоснабжения управляемыми движками с преобразователями частоты. Лишь после чего уменьшение доходов теплоснабжающих организаций будет сопровождаться еще больше решительным уменьшением их расходов, так как сократятся издержки на покупку не только лишь газа, да и электроэнергии, расходуемой на привод сетевых насосов.
Ежели этого не произойдет, будет упущен очередной шанс вывести нашу неповторимую по своим масштабам систему централизованного теплоснабжения на тот уровень развития, который дозволит ей удачно конкурировать с иными источниками теплоснабжения.
Принято считать, что при выключении строения от тепловой сети и переходе на теплоснабжение от местной газовой котельной можно уменьшить платежи за энергоносители приблизительно на третья часть. Наши платежи тоже уменьшились на третья часть. Но мы не брали котлов, не строили котельную не прокладывали новейший газопровод от магистрали, начинающейся из тундры. Мы лишь усовершенствовали тепловой пункт. Это было изготовлено в недлинные сроки чрезвычайно простыми средствами, но отлично.
Централизованное теплоснабжение в Европе выжило в твердой конкурентноспособной борьбе, так как повсевременно совершенствовалось.
Централизованное теплоснабжение в Украине тоже может работать отлично. Наш опыт наглядно показывает такую возможность. Необходимо лишь, чтоб модернизация оборудования тепловых сетей, общий технический уровень которого не достаточно поменялся за крайние полста лет, шла в ногу с жизнью.
Рекомендуем еще поглядеть по теме .
      
Наши филиалы: Казань / Челябинск / Ростов-на-Дону / Уфа / Волгоград / Пермь / Москва /