Чтобы предложить действенные мероприятия по повышению эффективности использования тепловой энергии в здании требуется грамотно составить и рассчитать тепловой баланс здания и произвести оценку его энергоэффективности. Тепловой баланс включает в себя отопительную нагрузку здания, на которую влияют потери теплоты через ограждающие конструкции, потери теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, потери теплоты на нагрев вентиляционного воздуха, тепловыделения от солнечной радиации через световые проемы и внутренние бытовых тепловыделения.
Практика показывает, что 40...50 % всех тепловых потерь приходится на нагрев инфильтрующегося и вентиляционного воздуха, около 20...30 % теплоты теряется через световые проемы и лишь порядка 30 % составляют потери тепла через наружные стены, полы и покрытия.
В настоящее время расчеты между потребителем и поставщиком тепловой энергии производятся по старым отопительным нормам, которые не учитывают долю суммарных тепловыделений здания с учетом теплопоступлений от солнечной радиации, в то время как она доходит до 20 % от суммарных тепловых потерь в зданиях жилого и общественного назначения. Это приводит к излишнему отпуску теплоты, которая выбрасывается через форточки.
После постатейного определения доли тепловых потерь здания и его удельных тепловых характеристик можно произвести оценку энергоэффективности здания и предложить энергосберегающие мероприятия, которые приведут к существенной экономии тепловой энергии.
Таблица 9.2
|
Уменьшение теплопотерь зданий |
||
|
Снижение потерь тепла с инфильтрующим воздухом путем уплотнения дверей и оконных стыков | ||
|
Снижение трансмиссионных потерь через оконные проемы путем установки третьего стекла или пленки ПВХ в межрамном пространстве окон | ||
|
Улучшение тепловой изоляции стен, полов и чердаков | ||
|
Снятие декоративных ограждений с радиаторов отопления и установка теплоотражателей за радиаторами | ||
|
Устройство вентилируемых наружных стен | ||
|
Дополнительное утепление наружных стен при реконструкции зданий | ||
|
Применение периодического режима отопления | ||
|
Вращающиеся регенеративные воздуховоздушные утилизаторы тепла | ||
9.3.2. Регулирование теплопотребления в тепловых пунктах.
Таблица 9.3
|
Тепловые пункты |
||
|
Оснащение систем отопления счетчиками расходов |
10-100% от потребления тепловой энергии |
|
|
Снижение теплопотребления за счет автоматизации систем отопления путем установки индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) . |
20-30 % от потребления тепловой энергии |
|
|
Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем отопления и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением |
5-10 % от потребления тепловой энергии |
|
|
Оснащение систем ГВС счетчиками расхода горячей воды |
10-20 % от потребления горячей воды |
|
Энергосбережение в системах освещения
Во всем мире на наружное, бытовое и производственное освещение затрачивается значительная часть производимой электроэнергии. Для России актуальность решения задачи снижение затрат на искусственное освещение определяется большим расходом электроэнергии в расчете на миллион жителей (более чем в 1,5 раза, чем в Великобритании и Японии) и наличием дефицита электроэнергии в ряде регионов страны. Экономия электрической энергии при освещении может быть достигнута как за счет уменьшения установленной мощности, так и за счет уменьшения времени использования осветительного оборудования.
Приведем данные по эффективности источников излучения с точки зрения экономии электроэнергии и срока службы. Эффективность использования электроэнергии (Н) прежде всего определяется световой отдачей используемых источников излучения, равной отношению светового потока лампы (лм) к её мощности (Вт). В нижеследующей таблице приведены световая отдача и средний срок службы в часах различных наиболее распространенных в настоящее время типов источников света.
Таблица 9.1
Здесь: ЛН - лампы накаливания; ГЛН - галогенные лампы накаливания; ЛЛ - люминесцентные лампы; КЛЛ - компактные люминесцентные лампы; ДРЛ - дуговые ртутные лампы; МГЛ - металлогалогенные лампы; НЛВД - натриевые лампы высокого давления.
Из приведенной таблицы видно, что компактные люминесцентные лампы и лампы накаливания, применяемые в быту по светоотдаче отличаются примерно в 5 раз, т.е. на получение одного и того же светового потока для компактных люминесцентных ламп требуется в пять раз меньше электроэнергии. За время срока службы одна компактная люминесцентная лампа мощностью 20 Вт позволяет сэкономить, по сравнению с лампой накаливания, 800 кВт ч электроэнергии, для выработки которой потребовалось бы 250 кг каменного угля или 200 литров мазута. Тем не менее у нас в стране компактные люминесцентные лампы применяются ограниченно. Причины две: высокая стоимость и ограниченный выпуск этих ламп.
Достоинства современных источников света в полной мере могут быть реализованы с соответствующими пускорегулирующими аппаратами. В настоящее время для включения источников света используются: как электромагнитные пускорегулирующие аппараты (ЭМПРА, обычные, с пониженными потерями, с минимизированными потерями), так и электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА, неуправляемых и управляемых).
К достоинствам ЭМПРА следует отнести чрезвычайно высокую надежность и относительно низкую стоимость.
К достоинствам комплектов "лампа-ЭПРА" следует отнести:
практически полное отсутствие пульсаций светового потока ламп, что позволяет использовать данные комплекты для освещения помещений с тяжелой зрительной работой;
высокие световые отдачи комплекта "КЛЛ - пускорегулирующий аппарат", достигающие световой отдачи самих ламп при их работе на частоте 50 Гц, что позволяет обеспечить экономию электроэнергии в осветительной установке на 25 %;
больший на 30-40 % срок службы ламп при их работе с ЭПРА, по сравнению с ЭМПРА;
возможность регулирования световым потоком ламп при работе с ЭПРА.
Однако при реализации указанных возможностей потенциал снижения установленной мощности искусственного освещения в общественных зданиях весьма ограничен. Например, лучшие из применяемых в настоящее время для внутреннего освещения общественных зданий источники света по характеристикам световой отдачи практически достигли “потолка” в 96–104 лм/Вт, а для современных типов светильников реальные значения КПД составляют 70–80% и резерв его повышения практически исчерпан. Все шире применяются отделочные материалы с высокими (до 0,8) коэффициентами отражения.
Тем не менее, возможно значительное уменьшение потребления электроэнергии в осветительных установках. Анализ показывает, что, например, в структуре энергопотребления общественных зданий доля расхода энергии на цели освещения достигает 70%, четкая же персональная ответственность и материальная заинтересованность в экономии электроэнергии трудно реализуемы. В этом случае оптимизировать энергопотребление можно за счет применения автоматизированных систем управления. Системы управления освещением поддерживают требуемые (нормируемые) уровни освещенности в процессе эксплуатации осветительной установки в соответствии с заданной программой, исключая перерасход электроэнергии.
При использовании системы управления освещением экономия электроэнергии достигается за счет нескольких факторов.
Во-первых, в начальный период эксплуатации люминесцентных ламп, а также при избыточном (по строительно-конструктивным, архитектурным или другим соображениям) количестве светильников создаваемая в помещении освещенность завышена и может автоматически уменьшаться до требуемого значения, что по оценке снижает энергопотребление на 15–25%.
Во-вторых, наиболее значительную экономию электроэнергии позволяет обеспечить рациональное использование естественного освещения (переход от искусственного освещения к совмещенному), так как в течение достаточно большого времени суток освещение может быть вообще отключено либо включено на минимальную мощность (1–10% от номинальной). Экономия может достигать 25–40%.
В-третьих, часовая наработка осветительной установки при отсутствии автоматического управления также превышает рациональные значения, так как при стихийном управлении искусственное освещение остается включенным при достаточном естественном освещении и отсутствии в освещаемых помещениях людей, а также в нерабочее время из-за забывчивости персонала.
Специфика теплоснабжения
Важность решения проблем теплоснабжения определяется несколькими факторами.
Затраты топлива на теплоснабжение колоссальны. Только на перекачку сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения необходимо около 50 млрд кВт. ч электроэнергии в год; а с учетом расхода электроэнергии на тепловых пунктах и на прямой электрообогрев, расхода природного газа и жидких углеводородов на местный обогрев жилищ, затраты органического топлива на теплоснабжение составляют более 40% от всего используемого в стране, т.е. почти столько же, сколько тратится на все остальные отрасли промышленности, транспорт и т.д. вместе взятые. Потребление топлива теплоснабжением сопоставимо со всем топливным экспортом страны.
Наибольшие резервы экономии энергоресурсов также сосредоточены в процессе обеспечения теплом. Экономию электрической энергии можно достичь в основном за счет улучшения энергоустановок (источники электроэнергии, транспорт, энергоиспользующие установки у потребителя), а экономию тепловой энергии можно достичь не только за счет совершенствования источников тепла, тепловых сетей, теплопотребляющих установок, но и за счет улучшения характеристик отапливаемых объектов (ограждающие конструкции зданий и сооружений, вентиляция, конструкция окон и т.д.).
В электроэнергетике с принятием пакета законов о реформировании, появились условия для развития конкуренции (зависимость цены на рынке электроэнергии от времени, конкуренция источников и т.п.), что создает финансовые стимулы для участников рынка совершенствовать свои энергетические процессы для снижения издержек. А федеральный закон «О теплоснабжении» до сих пор не принят, и даже с его введением возможности по созданию системы конкуренции будут сильно ограничены. Соответственно, там, где нет рыночных отношений трудно создать систему стимулов к энергосбережению.
Существует тесная связь теплоснабжения с системами топливо- и газоснабжения, а также электроснабжения. Электрическая энергия является замещающим видом энергии для систем централизованного теплоснабжения (ЦТ). Нарушения в системах ЦТ критичны для систем электроснабжения, при сильных похолоданиях потребности в тепле гораздо больше, чем в электроэнергии, и при нарушении режимов обеспечения теплом электрическая энергия используется самым нерациональным способом - на обогрев помещений. Также тепловая нагрузка систем ЦТ является основой для теплофикации, т.е. использования тепловых отходов процесса производства электроэнергии для целей теплоснабжения.
Что касается систем централизованного теплоснабжения, то далеко не у всех есть понимание огромных преимуществ ЦТ в плане экономии энергоресурсов, их надо разъяснять. Агрессивная реклама индивидуальных источников тепла, предлагаемых к внедрению в зоне действия систем ЦТ со ссылкой на зарубежный опыт, вводит потребителей в заблуждение. На Западе как раз принимаются программы поддержки развития систем централизованного теплоснабжения как основы когенерации. В отличие от нашей страны, где исторически развивается преимущественно ЦТ, основной из проблем там является трудность прокладки тепловых сетей в стесненных городских условиях и переориентация потребителей с автономного на централизованное теплоснабжение.
Фактические нагрузки и потери
По результатам энергетических обследований, расчетные и договорные присоединенные тепловые нагрузки существенно отличаются от фактических обычно в сторону превышения. Завышение нагрузок, при недостаточной оснащенности потребителей приборами учета и расчетах по приборам учета на источниках, дает возможность теплоснабжающим организациям занижать сверхнормативные потери в сетях и, соответственно, завышать объемы реализованной тепловой энергии.
Расчетные нагрузки являются основными исходными данными для разработки нормативных энергетических характеристик. При их отличии от фактических получаются расчетные режимные характеристики, недостижимые в реальности. Отсутствие достоверных нормативов не позволяет проводить полноценный анализ энергоэффективности сетей.
Фактические нагрузки также важны для определения резервов системы теплоснабжения.
Отпуск теплоты с источников = Потребление + Фактические потери в сетях
Для сведения баланса надо знать хотя бы две составляющие. При отсутствии 100% оснащенности приборами учета в большинстве случаев проще определиться с отпуском теплоты с источников и фактическими потерями в сетях. Отпуск, при условии проверки достоверности, можно определить по приборам учета тепловой энергии на теплоисточниках либо топливному балансу источника при наличии учета топлива. Фактические потери в сетях определяются по методикам, разрешенным к применению при процедуре энергоаудита, т.е. используются архивы имеющихся у потребителей приборов учета (минимум 20% потребителей). При применении этих методик нет необходимости проводить дополнительные измерения и испытания.
Определение фактических нагрузок и потерь должно быть составной частью разработки общего топливно-энергетического баланса муниципального образования.
Фактические потери сетевой воды, по результатам энергетических обследований, как правило, соизмеримы с нормативной утечкой, равной 0,25% объема тепловых сетей в час. В ряде регионов они не превышают нормативные. Так, в Москве фактические потери сетевой воды и, соответственно, потери тепловой энергии с ними в 2-3 раза ниже нормативных. Данный факт характеризует, прежде всего, не только удовлетворительное состояние тепловых сетей, а завышенные нормы, которые не отражают возможности новых технологий. Необходимо на федеральном и региональном уровнях скорректировать нормативы потерь сетевой воды в сторону уменьшения.
Определение потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию в соответствии с «Методическими указаниями по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях (РД 34.09.255-97)» практически нигде не проводится. Тем самым нарушаются требования «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ». Причина заключается в трудоемкости и дороговизне испытаний, в необходимости отключения потребителей.
Результаты энергоаудита систем теплоснабжения показывают, что фактические потери в обследованных тепловых сетях превышают нормативные в 1,2-2 раза.
Приведение тепловых потерь к нормативным значениям, помимо экономии тепловой энергии и снижения затрат электроэнергии на ее транспорт, обеспечит высвобождение тепловой мощности. При этом может исчезнуть необходимость строительства новых источников тепла. Таким образом, при оценке экономической эффективности перекладки участков тепловых сетей должны учитываться не только сэкономленное тепло, но и капитальные затраты на строительство новых источников.
Необходимо признать факт наличия сверхнормативных тепловых потерь, который становится все более очевидным при тенденции увеличения доли потребителей, оснащенных приборами учета.
В практику теплоснабжающих организаций необходимо ввести анализ состояния тепловых сетей не только по показателю отношения потерь тепловой энергии к отпуску, но и по показателю отношения фактических потерь к нормативным. Применяемый в настоящее время для анализа первый показатель некорректен, т.к. он характеризует не только состояние тепловой сети, но и ее конфигурацию и нормы проектирования тепловой изоляции.
Методы снижения потерь в тепловых сетях
Основными методами являются уменьшения потерь энергии:
периодическая диагностика и мониторинг состояния тепловых сетей;
осушение каналов;
замена ветхих и наиболее часто повреждаемых участков тепловых сетей (прежде всего, подвергаемых затоплениям) на основании результатов инженерной диагностики, с использованием современных теплоизоляционных конструкций;
прочистка дренажей;
восстановление (нанесение) антикоррозионного, тепло- и гидроизоляционного покрытий в доступных местах;
обеспечение качественной водоподготовки подпиточной воды;
организация электрохимзащиты трубопроводов;
восстановление гидроизоляции стыков плит перекрытий;
вентиляция каналов и камер;
установка сильфонных компенсаторов;
применение улучшенных трубных сталей и неметаллических трубопроводов;
организация определения в режиме реального времени фактических потерь тепловой энергии в магистральных тепловых сетях по данным приборов учета тепловой энергии на тепловой станции и у потребителей с целью оперативного принятия решений по устранению причин возникновения повышенных потерь;
усиление надзора при проведении аварийно-восстановительных работ со стороны административно-технических инспекций;
перевод потребителей с теплоснабжения от центральных на индивидуальные тепловые пункты.
Должны быть созданы стимулы и критерии для персонала. Сегодняшняя задача аварийной службы: приехать, раскопать, залатать, засыпать, уехать. Введение только одного критерия оценки деятельности - отсутствие повторных разрытий, сразу кардинально изменяет ситуацию (разрывы происходят в местах наиболее опасного сочетания коррозионных факторов и к замененным локальным участкам теплосети должны предъявляться повышенные требования в части защиты от коррозии). Сразу появится диагностическая аппаратура, появится понимание, что если эта теплотрасса затоплена, надо ее осушить, а если труба гнилая, то аварийная служба первая будет доказывать, что участок сети надо менять.
Можно создать систему, при которой тепловая сеть, на которой произошел разрыв, будет считаться как бы «больной» и поступать на лечение в службу ремонта, как в больницу. После «лечения» она будет возвращаться в эксплуатационную службу с восстановленным ресурсом.
Очень важны экономические стимулы и для эксплуатационного персонала. 10-20% экономии от снижения потерь с утечками (при соблюдении нормы жесткости сетевой воды) выплачиваемые персоналу срабатывает лучше всяких внешних инвестиций. Одновременно из-за уменьшения числа подтопленных участков снижаются потери через изоляцию и увеличивается срок службы сетей.
Потери тепла в тепловых сетях не должны превышать 5–7 %, как это происходит в странах Европы. Однако наши тепловые сети значительно уступают зарубежным. В настоящее время в большинстве тепловых сетей в странах СНГ технологический расход тепловой энергии на ее транспортировку достигает 30 % от передаваемой тепловой энергии. Эта величина зависит от состояния теплосетей и, в первую очередь, от состояния тепловой изоляции.
Необходимо кардинально улучшить качество замены тепловых сетей за счет:
предварительного обследования перекладываемого участка с целью определения причин невыдерживания нормативного срока службы и подготовки качественного технического задания на проектирование;
обязательной разработки проектов капитального ремонта с обоснованием прогнозируемого срока службы;
независимой приборной проверки качества прокладки тепловых сетей;
введения персональной ответственности должностных лиц за качество прокладки.
Техническая проблема обеспечения нормативного срока службы тепловых сетей была решена еще в 50-е годы XX в. за счет применения толстостенных труб и высокого качества строительных работ, в первую очередь антикоррозийной защиты. Сейчас набор технических средств гораздо шире.
Ранее техническая политика определялась приоритетом уменьшения капитальных вложений. С меньшими затратами требовалось обеспечить максимальный прирост производства, чтобы этот прирост компенсировал в дальнейшем затраты на ремонт. В сегодняшней ситуации такой подход не приемлем. В нормальных экономических условиях собственник не может позволить себе прокладывать сети со сроком службы 10-12 лет, это для него разорительно. Тем более это недопустимо, когда основным плательщиком становится население города. В каждом муниципальном образовании должен осуществляться жесткий контроль за качеством прокладки тепловых сетей.
Должны быть изменены приоритеты в расходовании средств, большая часть которых тратится сегодня на замену участков тепловых сетей, по которым были разрывы труб в процессе эксплуатации или летней опрессовке, на предотвращение образования разрывов путем контроля скорости коррозии труб и принятия мер по ее снижению.
Очевидным способом снижения потерь тепловой энергии при ее передаче по тепловым сетям является замена традиционной для России прокладки трубопроводов в минеральной вате в качестве тепловой изоляции на прокладку в пенополиуретане или в другой тепловой изоляции, не менее эффективной.
Замена сальниковых компенсаторов на сильфонные, устаревшей запорной арматуры – на новые шаровые клапаны и т. д. обеспечивает резкое снижение потерь теплоносителя вследствие его утечки, а значит, и потерь тепловой энергии.
Однако существует менее очевидный, но более дешевый путь снижения энергетических затрат в системах теплоснабжения – оптимизация гидравлических режимов функционирования тепловых сетей. Ликвидация разрегулировки тепловых сетей приносит снижение потерь тепловой энергии и затрат электроэнергии на передачу теплоносителя в системе теплоснабжения в некоторых случаях до 40–50 %. Объясняется это тем, что для «обогрева» потребителей, расположенных дальше остальных от источника теплоснабжения, ближайших потребителей приходится перегревать, увеличивая расход теплоносителя. Кроме того, для осуществления хоть какой-то циркуляции в системах отопления этих отдаленных зданий зачастую прибегают к работе «на слив». Вот почему ликвидация разрегулировки тепловых сетей и нормализация теплоснабжения приносят значительный экономический эффект.
Все затраты на новые трубы, пенополиуретановую изоляцию, сильфонные компенсаторы и шаровые клапаны становятся напрасными без регулирования тепловых сетей, то есть без проведения специальных работ по оптимизации гидравлических режимов. Дело в том, что водонагревательные установки источников теплоснабжения, их тепловые сети и системы теплопотребления, особенно при присоединении их к тепловым сетям по зависимой схеме, представляют собой единую сложную гидравлическую систему, объединенную общим режимом функционирования.
Организация гидравлических режимов функционирования тепловой сети, при которых было бы обеспечено требуемое распределение расхода теплоносителя между всеми потребителями, является одной из важнейших, но сложных задач. Ее необходимо решить, чтобы наладить эффективную работу системы теплоснабжения в целом и каждой системы теплопотребления в отдельности. Для этого нужны совместные усилия всех организаций, эксплуатирующих систему теплоснабжения, поскольку приходится иметь дело, как было сказано, с единой гидравлической системой – водяной тепловой сетью с многочисленными системами теплопотребления, по которым циркулирует теплоноситель – сетевая вода.
Из-за высокой плотности теплоносителя водяные тепловые сети отличаются низкой гидравлической устойчивостью. Вследствие этого они подвержены разрегулировке при любых возмущениях – подключении или отключении потребителей, изменении коммутации тепловой сети, изменении расхода теплоносителя в отдельных системах теплопотребления, например, при работе регуляторов горячего водоснабжения и т. п.
Системы централизованного теплоснабжения с момента создания находятся в непрерывном изменении. Протяженность трубопроводов растет или, наоборот, сокращается из-за отключения части потребителей. Это периодически создает трудности в организации гидравлических режимов тепловых сетей и управлении ими.
Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.
Возрастают потери тепла и при избыточном отоплении. Выходом из ситуации является установка снаружи зданий щитов из теплоизоляционного материала (теплошубы), а также замена оконных рам стеклопакетами. Поскольку стеклопакеты имеют несколько воздушных промежутков, их установка позволяет уменьшить потери тепла через окна в два раза. Эти мероприятия называют тепловой реабилитацией. Они позволяют уменьшить потери тепла в старых зданиях до 10–15 %. При постройке новых зданий тепловая реабилитация уже предусмотрена.
Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.
Основным условием нормального функционирования систем теплоснабжения является обеспечение в тепловых сетях, перед тепловыми пунктами потребителей, располагаемого напора, достаточного для возникновения в системах теплопотребления расхода теплоносителя, соответствующего их тепловой потребности. Однако из-за низкой гидравлической устойчивости тепловых сетей при различных возмущениях в них происходит разрегулировка – тем большая, чем ниже их гидравлическая устойчивость.
Существует возможность значительно повысить гидравлическую устойчивость тепловых сетей и систем теплоснабжения.
Анализ функционирования многих тепловых сетей показал, что их гидравлическая устойчивость тем выше, чем меньше потери напора в трубопроводах тепловых сетей и чем больше располагаемый напор перед тепловым пунктом самого отдаленного потребителя.
Для повышения гидравлической устойчивости тепловых сетей необходимо избыточную часть располагаемого напора дросселировать с помощью гидравлических сопротивлений постоянного или переменного сечения – дроссельных диафрагм и сопел элеваторов или регулирующих клапанов средств автоматического регулирования. Эти сопротивления должны быть установлены перед каждой системой теплопотребления или перед отдельными теплообменными аппаратами.
Итак, наладка водяных тепловых сетей базируется на всемерном повышении их гидравлической устойчивости путем повсеместной установки специально рассчитанных дросселирующих устройств – перед каждой из систем теплопотребления независимо от ее тепловой нагрузки. В результате каждая из систем теплопотребления в единой системе централизованного теплоснабжения ставится в одинаковые условия по сравнению с остальными. Все системы теплопотребления становятся гидравлически равноудаленными от источника теплоснабжения.
Регулирование водяных тепловых сетей заключается в распределении расхода теплоносителя между всеми подключенными системами теплопотребления пропорционально их расчетной тепловой нагрузке.
Регулирование тепловой сети сводится к регулировке функционирования отдельных систем теплопотребления путем изменения при необходимости гидравлического сопротивления, установленных дросселирующих устройств.
Критериями правильности регулирования тепловых сетей являются следующие показатели:
- установление расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети и в каждой из систем теплопотребления;
- соблюдение необходимого температурного перепада в каждой из систем теплопотребления;
- поддержание в отапливаемых зданиях расчетной температуры воздуха.
Регулированию тепловой сети обязательно должны предшествовать тщательное обследование системы теплоснабжения и разработка оптимальных для конкретной тепловой сети эксплуатационных режимов. На основании этого должны быть разработаны и осуществлены в полном объеме наладочные (оптимизационные) мероприятия.
Попытки регулирования тепловой сети без разработки конкретно для нее оптимального гидравлического режима и оптимизационных мероприятий (и их выполнения в полном объеме) приводят к еще большей разрегулировке системы теплоснабжения и, следовательно, к чрезмерным затратам топлива, электроэнергии и воды на подпитку тепловой сети.
Учет отпуска и потребления тепловой энергии и теплоносителей производится в соответствии с правилами учета тепловой энергии и теплоносителя, утвержденными первым заместителем Министра топлива и энергетики Российской Федерации 12 сентября 1995 г.
Однако степень оснащенности систем теплового потребления и некоторых источников теплоснабжения (в основном отопительных котельных систем коммунального теплоснабжения) не позволяет производить расчеты за полученные теплоэнергию и теплоносители на основании правил . Правила пользования электрической и тепловой энергией, утвержденные Приказом Министерства энергетики и электрификации СССР № 310 от 6 декабря 1981 г., отменены в 2000 г.
Таким образом, ст. 11 Федерального закона № 28-ФЗ от 03.04.1996 (редакция от 05.04.2003) «Об энергосбережении» не выполняется. Учет тепловой энергии и теплоносителей, который сам по себе не может дать энергосберегающего эффекта, но должен стимулировать энергосбережение в процессе теплоснабжения, в настоящий период не имеет должной нормативной базы.
Функции разработки и утверждения правил учета тепловой энергии не упомянуты ни в положении о Минэнерго, ни в положении о Минрегионразвитии. Вследствие этого правила коммерческого учета тепловой энергии, отражающие реальное положение, до сих пор не рассмотрены и не утверждены.
Программа повышения надежности тепловых сетей
Для реализации потенциала энергосбережения необходимо внедрение целого комплекса мероприятий, среди которых приоритетное значение имеют мероприятия, направленные на повышение надежности функционирования тепловых сетей. Та работа, которая ведется в тепловых организациях по реконструкции тепловых сетей, способствует повышению эффективности систем транспорта и распределения тепловой энергии. Но очень часто ожидаемый эффект не реализуется из-за нарушений требований нормативно-технических документов НТД, которые предъявляются к эксплуатации, строительству и капитальному ремонту тепловых сетей.
К числу таких нарушений при эксплуатации относятся:
отсутствие контроля фактического состояния теплопроводов в период эксплуатации, не проводятся периодические технические освидетельствования тепловых сетей;
не проводятся мероприятия по продлению срока службы действующих теплопроводов;
эксплуатационный персонал не владеет методами защиты от коррозии, учеба не проводится и не планируется;
не ведется постоянный контроль за состоянием трубопроводов в ППУ - изоляции с системами ОДК из-за отсутствия или неисправности приборов контроля;
низкое качество проведения аварийно-ремонтных работ;
не ведется контроль фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию теплопроводов, характеризующих состояние тепловых сетей.
Нарушения при строительстве и капитальном ремонте тепловых сетей:
капитальный ремонт осуществляется без проектов и анализа причин преждевременного выхода из строя теплопроводов, что приводит к повторению ранее допущенных ошибок;
в проектах нового строительства тепловых сетей не учитываются реальные условия прокладки трассы;
оформление проектов не соответствует нормативным документам, также на согласование поступают проекты низкого технического качества, ошибки в расчетах на прочность и цикличность, применение марок стали, не предусмотренных ГОСТом, непродуманная транссировка и т.д.
в техническом задании на проектирование не указаны данные, на основании которых разрабатываются основные мероприятия, необходимые для защиты от наружной коррозии и обеспечения расчетного срока службы теплопроводов, реальные условия эксплуатации и причины, сократившие расчетный срок службы;
в проектах отсутствует расчетный срок службы тепловых сетей;
интенсифицируются процессы коррозии из-за применения при прокладке тепловых сетей материалов и изделий, не отвечающих требованиям действующих НТД;
работы по проектированию, монтажу и приемке в эксплуатацию систем оперативно-дистанционного контроля трубопроводов в ППУ-изоляции ведутся с нарушением требований действующего НТД, что ведет к снижению срока службы тепловых сетей ниже расчетного, качество прокладки самих труб в ППУ-изоляции не всегда соответствует нормативным документам, некачественные узлы перехода с ППУ на стандартную тепловую изоляцию, отсутствие стыковки участков ОДК в единую систему, строительство зданий повышенной этажности в непосредственной близости от тепловой сети;
низкая квалификация персонала подрядных организаций, производящих работы;
в эксплуатацию принимаются теплопроводы, прокладываемые с нарушением положений действующих НТД (качество антикоррозионных покрытий, толщина тепловой изоляции и т.п.).
С учетом вышесказанного к числу первоочередных мероприятий необходимо отнести разработку программы повышения надежности тепловых сетей. В программе необходимо сформулировать все мероприятия по повышению надежности тепловых сетей, апробированных на действующих тепловых сетях, но не получивших широкого распространения.
Программа должна включать в себя перечень организационных и технических мероприятий, проводимых при эксплуатации, текущем ремонте, замене и новом строительстве тепловых сетей с обоснование каждого мероприятия.
Среди организационных мероприятий необходимо отметить следующее:
организация в теплоснабжающих предприятиях службы по защите от коррозии, возложением на нее ответственности за координацию работы по контролю коррозионного состояния тепловых сетей, внедрению защитных мероприятий, определению ресурса, внедрению методов экономического стимулирования, разработке технических заданий в части защиты от коррозии, подготовке планов научно-технических работ, учебе персонала;
восстановить государственную приемку в эксплуатацию тепловых сетей с проведением независимого приборного контроля качества прокладки;
произвести постепенный переход от разрушающих методов контроля тепловых сетей к неразрушающим, массово внедрять систему локального профилактического ремонта с заменой конкретных мест максимального коррозионного разрушения, с переориентацией аварийных служб, с устранения аварий на их предупреждение;
проводить обязательное расследование причин преждевременного выхода из строя трубопроводов тепловых сетей с определением причин, конкретных виновных и мер, необходимых для предотвращения подобных ситуаций, расследование должно проводиться с участием представителей Ростехнадзора.;
организовать обязательную учебу эксплуатационного персонала методами защиты от коррозии требованиям нормативных документов.
Разумеется, приводимый перечень мероприятий не претендует на исключительность и не является исчерпывающим. Ибо возможностей на пути к обеспечению энергетической эффективности – великое множество, а действенная программа энергосбережения – продукт интеллектуального труда, результат совместного труда энергоаудитора и энергетической службы организации – потребителя ТЭР.
Наладка систем теплоснабжения
Для повышения эффективности существующих систем энергоснабжения поселений необходима действенная система контроля над показателями эффективности их работы.
Существующий контроль качества прохождения отопительного сезона фактически сводится к учету аварий и инцидентов. Но это не говорит о действительном качестве теплоснабжения (достаточности количества потребленного тепла и его качественных показателей, эффективности использования температурного потенциала теплоносителя, минимальности затрат на транспорт и распределение тепла).
Существующая система оплаты за полученное тепло учитывает только его количество. Назрела необходимость наряду с количеством учитывать и качество получаемого тепла, что предусматривает повышение ответственности, как со стороны теплоснабжающих организаций, так и потребителей.
Все более важное значение приобретает наладка систем теплоснабжения, предназначенная для обеспечения надежного и экономичного режима распределения теплоносителя по потребителям в соответствии с их тепловыми нагрузками. Во всех регионах РФ наблюдается гидравлическая разрегулировка систем теплоснабжения, независимо от тепловой мощности источников тепловой энергии. Отсутствие производства наладочных работ является причиной перетопов у одних потребителей и непрогревов у других, при этом наблюдается значительный перерасход топлива, до 30%. Учитывая, что структура тепловых сетей в малых городах РФ развивается зачастую хаотично, необходимость производства наладочных работ особенно остра. При росте цен на энергоресурсы необходимость производства наладочных работ только возрастает.
Режимная наладка системы централизованного теплоснабжения заключается в обеспечении расчетных температур внутри отапливаемых помещений и заданных режимов работы калориферных, водоподогревательных и различного рода технологических установок, потребляющих тепловую энергию от тепловой сети при оптимальном режиме работы системы в целом.
Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения:
водоподогревательную установку ТЭЦ или котельную;
центральный тепловой пункт (ЦТП);
водяную тепловую сеть с установленными на ней контрольно-распределительными пунктами (КРП), насосными, дроссельными подстанциями и прочими сооружениями;
индивидуальные тепловые пункты (ИТП);
местные системы теплопотребления.
Задачи регулирования систем централизованного теплоснабжения включают:
обеспечение источником тепла заданных гидравлического и теплового режимов;
обеспечение расчетного расхода теплоносителя по всем подключенным к тепловой сети системам теплопотребления, а также по теплопотребляющим приборам;
обеспечение расчетных внутренних температур воздуха в помеще
Прогрессивные технологии позволяют повысить долговечность тепловых сетей, увеличить их надежность и одновременно повысить экономичность транспорта тепла.
Ниже приводится краткая характеристика таких технологий.
1) Бесканальная прокладка теплопроводов типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке и системой контроля увлажнения изоляции.
Такие теплопроводы позволяют на 80 % устранить возможность повреждения трубопроводов от наружной коррозии, сократить потери тепла через изоляцию в 2-3 раза, снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию теплотрасс, снизить в 2-3 раза сроки строительства, снизить в 1,2 раза капитальные затраты при прокладке теплотрасс по сравнению с канальной прокладкой. Пенополиуретановая изоляция рассчитана на длительное воздействие температуры теплоносителя до 130оС и на кратковременное пиковое воздействие температуры до 150оС. Необходимое условие надежной и безаварийной работы трубопроводов тепловых сетей - наличие системы оперативно-дистанционного контроля (ОДК) изоляции. Данная система позволяет контролировать качество монтажа и сварки стального трубопровода, заводской изоляции, работ по изоляции стыковых соединений. Система включает в себя: сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети; терминалы по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельная); приборы для контроля: переносные для периодического и стационарные для непрерывного контроля. Система основана на измерении проводимости теплоизоляционного слоя, которая изменяется при изменении влажности. Контроль за состоянием ОДК в процессе эксплуатации трубопровода осуществляется с помощью детектора. Один детектор позволяет одновременно контролировать две трубы до 5 км каждая. Точное местоположение поврежденного участка определяется с помощью переносного локатора. Один локатор позволяет определить место повреждения на расстоянии до 2 км от точки его подключения. Срок службы тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией прогнозируется на уровне 30 лет.
- 2) Сильфонные компенсаторы, в отличие от сальниковых, обеспечивают полную герметичность компенсационных устройств, уменьшают эксплуатационные затраты. Надежные сильфонные компенсаторы выпускает АО «Металкомп» для всех диаметров трубопровода при бесканальной, канальной, наземной и надземной прокладках. Применение сильфонных компенсаторов в АО «Мосэнерго», установленных на магистральных трубопроводах диаметром от 300 до 1400 мм в количестве более 2000 штук, позволило сократить удельные утечки воды с 3,52 л/м 3 ч в 1994 г. до 2,43 л/м 3 ч в 1999 г.
- 3) Шаровая запорная арматура повышенной плотности, шаровая запорно-регулирующая арматура с гидроприводом, применяемая в качестве клапанов «рассечки», позволяет улучшить эксплуатационные характеристики арматуры и коренным образом изменить существующие схемы защит систем отопления от повышения давления.
- 4) Внедрение новых схем регулирования производительности насосно-перекачивающих станций с применением частотно-регулируемых приводов, использование схем защиты от повышения давления в обратной магистрали при остановке насосной позволяет значительно улучшить надежность работы оборудования и снизить расход электроэнергии при работе этих станций.
- 5) Вентиляция каналов и камер направлена на снижение тепловых потерь через изоляцию теплопроводов, что является одной из важнейших задач эксплуатации тепловых сетей. Одной из причин повышенных теплопотерь через изоляцию теплопровода подземной прокладки является ее увлажнение. Для уменьшения влажности и снижения тепловых потерь необходимо вентилировать каналы, камеры, что позволяет поддерживать влагосостояние тепловой изоляции на уровне, обеспечивающем минимальные тепловые потери.
- 6) Около трети повреждения тепловых сетей обусловлены процессами внутренней коррозии. Даже соблюдение нормативной величины утечек тепловых сетей, равной 0,25 % объема всех трубопроводов, что составляет 30000 т/ч, приводит к необходимости жесткого контроля качества подпиточной воды.
Основным параметром, на который можно воздействовать, является значение водородного показателя (рН).
Повышение значения рН сетевой воды является надежным способом борьбы с внутренней коррозией при условии поддержания в воде нормируемого содержания кислорода. Высокая степень защиты трубопроводов при рН 9,25 определяется изменением свойств железооксидных пленок.
Уровень повышения рН, обеспечивающий надежную защиту трубопроводов от внутренней коррозии, существенным образом зависит от содержания сульфатов и хлоридов в сетевой воде.
Чем больше концентрация в воде сульфатов и хлоридов, тем выше должно быть значение рН.
Одним из немногих способов продления рабочего ресурса тепловых сетей, прокладываемых стандартным способом, исключая трубопроводы в ППУ изоляции являются антикоррозионные покрытия.
Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех видах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственно непрерывное колебание температуры, влажности и давления. Ввиду этого теплоизоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований. Соображения экономичности и долговечности требуют, чтобы выбор теплоизоляционных материалов и конструкции производился с учетом способов прокладки и условий эксплуатации, определяемых внешней нагрузкой на теплоизоляцию, уровнем грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы тепловой сети.
Новые виды теплоизоляционных покрытий должны иметь не только низкую теплопроводность, но и малую воздухо- и водопроницаемость, а также низкую электропроводность, что уменьшает электрохимическую коррозию материала труб.
Наиболее экономичным видом прокладки теплопроводов тепловых сетей является надземная прокладка. Однако с учетом архитектурно-планировочных требований, требований экологии в населенных пунктах основным видом прокладки является подземная прокладка в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Бесканальные теплопроводы, являясь более экономичными в сравнении с канальной прокладкой по капитальным затратам на их сооружение, применяются в тех случаях, когда они по теплотехнической эффективности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах.
Тепловая изоляция предусматривается для линейных участков трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб для надземной, подземной канальной и бесканальной прокладки.
Тепловые потери с поверхности трубопроводов увеличивается при увлажнении теплоизоляции. Влага к поверхности трубопроводов поступает при затоплении их грунтовыми и поверхностными водами. Другими источниками увлажнения теплоизоляции является естественная влага, содержащаяся в грунте. Если трубопроводы проложены в каналах, то на поверхности перекрытий каналов возможна конденсации влаги из воздуха и попадание ее в виде капель на поверхность трубопроводов. Для снижения воздействия капель на тепловую изоляцию необходима вентиляция каналов тепловых сетей. Более того увлажнение теплоизоляции способствует разрушению труб из-за коррозии их внешней поверхности, что приводит к сокращению срока службы трубопроводов. Поэтому на металлическую поверхность трубы наносят антикоррозионные покрытия.
Таким образом, главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:
- § Изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;
- § восстановление целостности существующей гидроизоляции;
- § нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;
- § изоляция фланцев и запорной арматуры.
Изоляция неизолированных участков является первоочередным энергосберегающим мероприятием, поскольку тепловые потери с поверхности неизолированных трубопроводов очень велики по сравнению с потерями с поверхности изолированных трубопроводов, а стоимость работ по нанесению теплоизоляции относительно невелика.
Сравним потери тепла неизолированными теплопроводами с тепловой сетью с предварительно изолированными трубами на примере системы теплоснабжения города Шатуры.
Сегодня все более, жизненнее перед каждым человеком встает вопрос энергосбережения. Такая острая проблема решается как на государственном уровне, так и на международном, в виде внедрения в жизнь общества механизмов специально созданных, для достижения этой цели, программ. Одной из основных составляющих их него действия является сохранение тепла в жилых, государственных и других типах помещений.Вопрос тепло сбережения обоснован тремя главными причинами, к которым относят:
- значительный рост цен на энергоресурсы;
- уменьшение природных запасов энергетического сырья, из которого вырабатывается тепловая энергия;
- значительное негативное влияние выбросов от сжигания энергетического сырья на климат и природу.
Наружная теплоизоляция стен зданий
Главной задачей наружных теплоизоляционных материалов является уменьшение тепловых потерь и влажности в зданиях. Важнейшие приоритетные их особенности это надежная эффективная защита внешних конструктивных элементов строений и значительное сохранение внутренних площадей их помещений. Грамотный подход к выбору теплоизоляционных материалов позволяет добиться высоких показателей в сохранении тепла, даже при низких затратах.В современных строительных технологиях центральным техническим и технологическим средством, с помощью которого выполняется теплоизоляция наружных стен, является минеральная вата. Этот материл, изготавливается производителями в виде ватных плит из базальта и кремнезема, которые покрываются водостойким веществом. Основным способом укладки этого теплоизоляционного средства является его монтаж под облицовочную кирпичную кладку, что позволяет создать так называемую вентилируемую прослойку стен.
В строительной индустрии применяют следующие основные способы утепления стен:
- теплоизоляция при помощи пенополистирола способ наклейки специального пенопласта или нанесение жидкого пенополиуретана на наружную сторону стен, которые могут быть с вентилируемой прослойкой и без нее;
- теплоизоляция при помощи создания, так называемого «мокрого» вида стен этот способ предусматривает монтаж на стену ватных плит, на которые наклеивается специальная армирующая сетка, и дальнейшее покрытие их шпаклевочным материалом;
- наружная теплоизоляция стен дома с вентилирующей прослойкой, при которой используется, для предотвращения возможности появления разрушающего стены конденсата, пароизоляционный материал и ватные плиты, с последующей их обработкой фасадным материалом, через деревянную обрешетку.
Теплоизоляция тепловых магистралей
Не оспоримым является тот факт что, какие бы способы не использовались для утепления конструкций здания, но без теплоизоляции тепловых устройств, механизмов и трубопроводов вопрос сбережения тепла будет считаться пустым звуком. Особенно важным техническим решением такой проблемы, как снижение тепловых потерь является наружная теплоизоляция трубопроводов.На сегодняшний день, одной из самых передовых технологий при утеплении трубных магистралей является создание специальной теплоизоляционной скорлупы из пенополистирола. Диаметр и толщина такого изоляционного материала изготавливаются производителями исходя из существующих размеров труб и по индивидуальному заказу.
Эффективность в снижении тепловых потерь при использовании в качестве утеплителя для труб изоляционной скорлупы достигается особенными его характеристиками:
- высокая степень водонепроницаемости;
- устойчивость к разным видам процессов гниения (грибки, плесень).
Количество потребляемого энергосистемой топлива в значительной мере зависит от потерь тепловой и электрической энергии. Чем выше эти потери, тем больше топлива потребуется при прочих равных условиях. Снижение потерь электроэнергии на 1 % позволит сэкономить 2,5–4 % топливных ресурсов. Одним из путей, способствующих уменьшению потерь тепловой и электрической энергии, является внедрение АСУ ТП и АСКУЭ.
Главной причиной потерь тепловой энергии является низкий коэффициент полезного действия (КПД) тепловых электростанций. В настоящее время износ энергетических установок на белорусских электростанциях составляет порядка 60 %, а темпы обновления основных фондов в энергетике отстают от темпов старения ранее введенных мощностей. По этой причине значительная часть основного оборудования уже отработала положенный срок эксплуатации. Оборудование крупных ТЭЦ и ГРЭС в Беларуси сегодня соответствует среднему зарубежному уровню 1980-х гг. КПД на наших конденсационных электростанциях составляет не более 40 % при полной загрузке энергоблоков, а при неполной загрузке он еще ниже. На электростанциях типа ТЭЦ в отопительный сезон и при полной загрузке энергоблоков КПД составляет примерно 80 %, в неотопительный сезон и при неполной загрузке энергоблоков – примерно 50 %. Значительная часть тепла теряется и в котлоагрегатах. В старых котлоагрегатах КПД составляет около 75 %. При их замене на новые, более совершенные котлоагрегаты КПД котельной части увеличивается до 80–85 %. Однако это не решает проблему снижения потерь тепловой энергии кардинально.
Ведется также преобразование котельных в мини-ТЭЦ. В этих работах используются газотурбинные, газопоршневые двигатели и котлы-утилизаторы. Применение частотного электропривода позволяет существенно повысить КПД тепловых электростанций и котельных.
Для уменьшения потерь тепла в теплосетях стали применять предизолированные трубы (ПИ-трубы). Благодаря их использованию потери тепла уменьшаются примерно в 10 раз по сравнению с применением обычных стальных труб с теплоизоляцией 120 Вт/м.
Одним из способов уменьшения потерь тепловой энергии является также переход с централизованной системы теплоснабжения к децентрализованной, при которой отсутствует потребление тепла от ТЭЦ или от центральной котельной через тепловые сети.
Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.
Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.
Со временем ожидается внедрение в энергетику высокоэкономичных дизельных и газотурбинных установок средней и малой мощности, высокоинтенсивных теплогенераторов для электро- и теплоснабжения отдельных домов и малых предприятий. Планируется также применение топливных элементов и тепловых насосов для выработки тепла, холода и электроэнергии.
