Централизованное теплоснабжение. Центральное отопление и централизованное теплоснабжение

Дает следующее определение термина «теплоснабжение»:

Теплоснабжение - система обеспечения теплом зданий и сооружений, предназначенного для обеспечения теплового комфорта для находящихся в них людей или для возможности выполнения технологических норм.

Любая система теплоснабжения состоит из трех основных элементов:

1. Теплоисточник . Это может быть ТЭЦ или котельная (при централизованной системе теплоснабжения), либо просто котел, расположенный в отдельном здании (местная система).
2. Система транспортировки тепловой энергии (тепловые сети).
3. Потребители тепла (радиаторы отопления (батареи) и калориферы).

Классификация

Системы теплоснабжения подразделяются на:

• Централизованные
• Местные (их еще называют децентрализованными).

Они могут быть водяными и паровыми. Последние используются в наши дни не часто.

Местные системы теплоснабжения

Здесь все просто. В местных системах источник тепловой энергии и ее потребитель находятся в одном здании или очень близко друг к другу. Например, в отдельном доме установлен котел. Нагретая в этом котле вода в последствии используется для удовлетворения нужд дома в отоплении и горячей воде.

Централизованные системы теплоснабжения

В централизованной системе теплоснабжения источником тепла служит или котельная, которая вырабатывает тепло для группы потребителей: квартал, район города или даже весь город.

При такой системе тепло транспортируется к потребителям по магистральным тепловым сетям. От магистральных сетей теплоноситель подается в центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуальные тепловые пункты (ИТП). От ЦТП тепло уже по квартальным сетям поступает в здания и сооружения потребителей.

По способу подключения системы отопления системы теплоснабжения подразделяются на:

• Зависимые системы — теплоноситель от источника тепловой энергии (ТЭЦ, котельная) поступает непосредственно к потребителю. При такой системе в схеме не предусмотрено наличие центральных или индивидуальных тепловых пунктов. Выражаясь простым языком, вода из тепловых сетей поступает напрямую в батареи.

• Независимые системы — в этой системе присутствуют ЦТП и ИТП. Теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, нагревает воду в теплообменнике (1й контур — красные и зеленые линии). Нагретая в теплообменнике вода циркулирует уже в системе отопления потребителей (2 контур — оранжевые и синие линии).

С помощью подпиточных насосов восполняются потери воды через неплотности и повреждения в системе и поддерживается давление в обратном трубопроводе.

По способу присоединения системы горячего водоснабжения системы теплоснабжения подразделяются на:

• Закрытые. При такой системе вода из водопровода нагревается теплоносителем и поступает к потребителю. О ней я писал в статье .

• Открытые. В открытой системе теплоснабжения вода для нужд ГВС отбирается непосредственно из тепловой сети. К примеру, зимой вы пользуетесь отоплением и горячей водой «из одной трубы». Для такой системы справедлив рисунок зависимой системы теплоснабжения.

Энергосбережение в системах теплоснабжения

Выполнили: студенты гр.Т-23

Салаженков М.Ю

Краснов Д.

Введение

На сегодняшний день политика энергосбережения является приоритетным направлением развития систем энерго- и теплоснабжения. Фактически на каждом государственном предприятии составляются, утверждаются и воплощаются в жизнь планы энергосбережения и повышения энергоэффективности предприятий, цехов и пр..

Система теплоснабжения страны не исключение. Она довольно велика и громоздка, потребляет колоссальные объемы энергии и при этом происходят не менее колоссальные потери тепла и энергии.

Рассмотрим что из себя представляет система теплоснабжения, где происходят наибольшие потери и какие комплексы энергосберегающих мероприятий можно применить для увеличения «КПД» этой системы.

Системы теплоснабжения

Теплоснабжение – снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.

В большинстве случаев теплоснабжение – это создание комфортной среды в помещении – дома, на работе или в общественном месте. Теплоснабжение включает в себя также подогрев водопроводной воды и воды в плавательных бассейнах, обогрев теплиц и т.д.

Расстояние, на которое транспортируется тепло в современных системах централизованного теплоснабжения, достигает нескольких десятков км. Развитие систем теплоснабжения характеризуется повышением мощности источника тепла и единичных мощностей установленного оборудования. Тепловые мощности современных ТЭЦ достигают 2-4 Ткал/ч, районных котельных 300-500 Гкал/ч. В некоторых системах теплоснабжения осуществляется совместная работа нескольких источников тепла на общие тепловые сети, что повышает надёжность, манёвренность и экономичность теплоснабжения.

Нагретая в котельной вода может циркулировать непосредственно в системе отопления. Горячая вода нагревается в теплообменнике системы горячего водоснабжения (ГВС) до более низкой температуры, порядка 50–60 °С. Температура обратной воды может оказаться важным фактором защиты котла. Теплообменник не только передает тепло от одного контура другому, но и эффективно справляется с перепадом давлений, который существует между первым и вторым контурами.

Необходимая температура подогрева пола (30 °С) может быть получена путем регулирования темпера туры циркулирующей горячей воды. Перепад температур может быть также достигнут при использовании трехходового клапана, смешивающего в системе горячую воду с обратной.

Регулирование отпуска тепла в системах теплоснабжения (суточное, сезонное) осуществляется как в источнике тепла, так и в теплопотребляющих установках. В водяных системах теплоснабжения обычно производится так называемое центральное качественное регулирование подачи тепла по основному виду тепловой нагрузки - отоплению или по сочетанию двух видов нагрузки - отопления и горячего водоснабжения. Оно заключается в изменении температуры теплоносителя, подаваемого от источника теплоснабжения в тепловую сеть, в соответствии с принятым температурным графиком (то есть зависимостью требуемой температуры воды в сети от температуры наружного воздуха). Центральное качественное регулирование дополняется местным количественным в тепловых пунктах; последнее наиболее распространено при горячем водоснабжении и обычно осуществляется автоматически. В паровых системах теплоснабжения в основном производится местное количественное регулирование; давление пара в источнике теплоснабжения поддерживается постоянным, расход пара регулируется потребителями.

1.1 Состав системы теплоснабжения

Система теплоснабжения состоит из следующих функциональных частей:

1) источник производства тепловой энергии (котельная, ТЭЦ, гелиоколлектор, устройства для утилизации тепловых отходов промышленности, установки для использования тепла геотермальных источников);

2) транспортирующие устройства тепловой энергии к помещениям (тепловые сети);

3) теплопотребляющие приборы, которые передают тепловую энергию потребителю (радиаторы отопления, калориферы).

1.2 Классификация систем теплоснабжения

По месту выработки теплоты системы теплоснабжения делятся на:

1) централизованные (источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла);

2) местные (потребитель и источник теплоснабжения находятся в одном помещении или в непосредственной близости).

Основные преимущества централизованного теплоснабжения перед местным - значительное снижение расхода топлива и эксплуатационных затрат (например, за счёт автоматизации котельных установок и повышения их кпд); возможность использования низкосортного топлива; уменьшение степени загрязнения воздушного бассейна и улучшение санитарного состояния населённых мест. В системах местного теплоснабжения источниками тепла служат печи, водогрейные котлы, водонагреватели (в том числе солнечные) и т. п.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на:

1) водяные (с температурой до 150 °С);

2) паровые (под давлением 7-16 ат).

Вода служит в основном для покрытия коммунально-бытовых, а пар - технологических нагрузок. Выбор температуры и давления в системах теплоснабжения определяется требованиями потребителей и экономическими соображениями. С увеличением дальности транспортирования тепла возрастает экономически оправданное повышение параметров теплоносителя.

По способу подключения системы отопления к системе теплоснабжения последнии делятся на:

1) зависимые (теплоноситель, нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы);

2) независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления). (Рис.1)

В независимых системах установки потребителей гидравлически изолированы от тепловой сети. Такие системы применяются преимущественно в крупных городах - в целях повышения надёжности теплоснабжения, а также в тех случаях, когда режим давления в тепловой сети недопустим для тепло-потребляющих установок по условиям их прочности или же когда статическое давление, создаваемое последними, неприемлемо для тепловой сети (таковы, например, системы отопления высотных зданий).

Рисунок 1 – Принципиальные схемы систем теплоснабжения по способу подключения к ним систем отопления

По способу присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения:

1) закрытая;

2) открытая.

В закрытых системах на горячее водоснабжение поступает вода из водопровода, нагретая до требуемой температуры водой из тепловой сети в теплообменниках, установленных в тепловых пунктах. В открытых системах вода подаётся непосредственно из тепловой сети (непосредственный водоразбор). Утечка воды из-за неплотностей в системе, а также её расход на водоразбор компенсируются дополнительной подачей соответствующего количества воды в тепловую сеть. Для предотвращения коррозии и образования накипи на внутренней поверхности трубопровода вода, подаваемая в тепловую сеть, проходит водоподготовку и деаэрацию. В открытых системах вода должна также удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Выбор системы определяется в основном наличием достаточного кол-ва воды питьевого качества, её коррозионными и накипеобразующими свойствами. В Украине получили распространение системы обоих типов.

По числу трубопроводов, используемых для переноса теплоносителя, различают системы теплоснабжения:

однотрубные;

двухтрубные;

многотрубные.

Однотрубные системы применяют в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата и в открытых водяных системах, где вся поступающая от источника вода разбирается на горячее водоснабжение потребителей).

В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается к источнику тепла, где он подогревается и восполняется.

Многотрубные системы устраивают при необходимости выделения отдельных видов тепловой нагрузки (например, горячего водоснабжения), что упрощает регулирование отпуска тепла, режим эксплуатации и способы присоединения потребителей к тепловым сетям. В России преимущественное распространение получили двухтрубные системы теплоснабжения.

1.3 Виды потребителей тепла

Потребителями тепла системы теплоснабжения являются:

1) теплоиспользующие санитарно-технические системы зданий (системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения);

2) технологические установки.

Использование нагретой воды для отопления помещений – дело совершенно обычное. При этом применяются самые различные методы переноса энергии воды для создания комфортной среды в помещении. Один из самых распространенных – использование радиаторов отопления.

Альтернативой радиаторам отопления служит подогрев пола, когда отопительные контуры расположены под полом. Контур подогрева пола обычно подключен к контуру радиатора отопления.

Вентиляция – фанкойл, подающий горячий воздух в помещение, обычно используется в общественных зданиях. Часто применяют комбинацию отопительных устройств, например, радиаторов отопления и подогрева пола или радиаторов отопления и вентиляции.

Горячая водопроводная вода стала частью повседневной жизни и ежедневных потребностей. Поэтому установка для горячего водоснабжения должна быть надежной, гигиеничной и экономичной.

По режиму потребления тепла в течение года различают две группы потребителей:

1) сезонные, нуждающиеся в тепле только в холодный период года (например, системы отопления);

2) круглогодичные, нуждающиеся в тепле весь год (системы горячего водоснабжения).

В зависимости от соотношения и режимов отдельных видов теплопотребления различают три характерные группы потребителей:

1) жилые здания (характерны сезонные расходы тепла на отопление и вентиляцию и круглогодичный - на горячее водоснабжение);

2) общественные здания (сезонные расходы тепла на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха);

3) промышленные здания и сооружения, в том числе сельскохозяйственные комплексы (все виды теплопотребления, количественное отношение между которыми определяется видом производства).

2 Централизованное теплоснабжение

Централизованное теплоснабжение является экологически безопасным и надежным способом обеспечения теплом. Системы централизованного теплоснабжения распределяют горячую воду или, в некоторых случаях, пар из центральной котельной между многочисленными зданиями. Очень широк выбор источников, которые служат для получения тепла, включая сжигание нефти и природного газа или использование геотермальных вод. Использование тепла от низкотемпературных источников, например, геотермального тепла, возможно при применении теплообменников и тепловых насосов. Возможность использования неутилизированного тепла промышленных предприятий, излишков тепла от переработки отходов, промышленных процессов и канализации, целевых теплоцентралей или теплоэлектростанций в централизованном теплоснабжении, позволяет осуществить оптимальный выбор источника тепла с точки зрения и энергетической эффективности. Таким образом вы оптимизируете издержки и защищаете окружающую среду.

Горячая вода из котельной подается в теплообменник, который отделяет производственную площадку от распределительных трубопроводов сети центрального теплоснабжения. Затем тепло распределяется между конечными потребителями и через подстанции подается в соответствующие здания. В каждую из этих подстанций обычно входит по одному теплообменнику для отопления помещений и для горячего водоснабжения.

Существует несколько причин установки теплообменников для разделения теплоцентрали и сети центрального теплоснабжения. Там, где существуют значительные разности давлений и температур, которые могут нанести серьезный ущерб оборудованию и собственности, теплообменник может предохранить чувствительное отопительное и вентиляционное оборудование от попадания в них загрязненных или вызывающих коррозию сред. Еще одна важная причина разделения котельной, распределительной сети и конечных потребителей состоит в четком определении функций каждого компонента системы.

В теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) тепло и электричество производятся одновременно, причем побочным продуктом является тепло. Тепло обычно применяется в системах центрального теплоснабжения, что ведет к повышению энергоэффективности и экономичности. Степень использования энергии, получаемой от сгорания топлива, составит 85–90 %. Эффективность будет выше на 35–40 %, чем в случае раздельного производства тепла и электроэнергии.

В ТЭЦ сжигание топлива разогревает воду, которая превращается в пар высокого давления и высокой температуры. Пар приводит в действие турбину, соединенную с генератором, производящим электроэнергию. После турбины пар конденсируется в теплообменнике. Тепло, выделенное в ходе этого процесса, затем подается в трубы центрального теплоснабжения и распределяется между конечными потребителями.

Для конечного потребителя централизованное теплоснабжение означает бесперебойное получение энергии. Система централизованного теплоснабжения более удобна и эффективна, чем небольшие индивидуальные системы отопления домов. Современные технологии сжигания топлива и очистки выбросов снижают негативное воздействие на окружающую среду.

В многоквартирных домах или других зданиях, отапливаемых центральными тепловыми пунктами, главным требованием является отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и подогрев пола для большого количества потребителей при минимальных затратах энергии. Используя качественное оборудование в системе теплоснабжения, можно снизить общие расходы.

Другой очень важной задачей теплообменников в централизованном теплоснабжении является обеспечение безопасности внутренней системы путем отделения конечных потребителей от распределительной сети. Это необходимо из-за значительной разницы в величинах температур и давления. В случае аварии риск затопления может быть также сведен к минимуму.

В центральных тепловых пунктах часто встречается двухступенчатая схема подключения теплообменников (Рис.2, А). Такое подключение означает максимальное использование тепла и низкую температуру обратной воды при использовании системы горячего водоснабжения. Оно особенно выгодно при работе с теплоэлектроцентралью, где желательна низкая температура обратной воды. Данный тип подстанции может легко обеспечить теплоснабжение до 500 квартир, а иногда и более.

А) Двухступенчатое подключение Б) Параллельное подключение

Рисунок 2 – Схема подключения теплообменников

Параллельное подключение теплообменника ГВС (Рис.2, Б) менее сложно, чем двухступенчатое подключение, и может применяться при любом размере установки, которая не нуждается в низкой температуре обратной воды. Такое подключение обычно применяется для небольших и средних тепловых пунктов с нагрузкой приблизительно до 120 кВт. Схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения в соответствии с СП 41-101-95.

Большинство систем централизованного теплоснабжения выдвигают высокие требования к установленному оборудованию. Оборудование должно быть надежным и гибким, обеспечивая необходимую безопасность. В некоторых системах оно должно также соответствовать очень высоким санитарно-гигиеническим стандартам. Еще один важный фактор в большинстве систем – это низкие эксплуатационные расходы.

Однако в нашей стране система централизованного теплоснабжения находится в плачевном состоянии:

техническая оснащенность и уровень технологических решений при строительстве тепловых сетей соответствуют состоянию 1960-х годов, в то время как резко увеличились радиусы теплоснабжения, и произошел переход на новые типоразмеры диаметров труб;

качество металла теплопроводов, теплоизоляция, запорная и регулировочная арматура, конструкции и прокладка теплопроводов значительно уступает зарубежным аналогам, что приводит к большим потерям тепловой энергии в сетях;

плохие условия теплогидроизоляции теплопроводов и каналов тепловых сетей способствовали повышению повреждаемости подземных теплопроводов, что привело к серьезным проблемам замены оборудования тепловых сетей;

отечественное оборудование крупных ТЭЦ соответствует среднему зарубежному уров ню 1980-х годов, и в настоящее время паротурбинные ТЭЦ характеризуются высокой аварийностью, так как практически половина установленной мощности турбин выработала расчетный ресурс;

на действующих угольных ТЭЦ отсутствуют системы очистки дымовых газов от NOх и SOх, а эффективность улавливания твердых частиц часто не достигает требуемых значений;

конкурентоспособность СЦТ на современном этапе можно обеспечить только внедрением специально новых технических решений, как по структуре систем, так и по схемам, оборудованию энергоисточников и тепловых сетей.

2.2 Эффективность систем централизованного теплоснабжения

Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой. Нормальная работа систем теплопотребления суть обеспечение потребителей тепловой энергией соответствующего качества, и заключается для энергоснабжающей организации в выдерживании параметров режима теплоснабжения на уровне, регламентируемом Правилами Технической Эксплуатации (ПТЭ) электростанций и сетей РФ, ПТЭ тепловых энергоустановок. Гидравлический режим определяется характеристиками основных элементов системы теплоснабжения.

В процессе эксплуатации в действующей системе централизованного теплоснабжения из-за изменения характера тепловой нагрузки, подключения новых теплопотребителей, увеличения шероховатости трубопроводов, корректировки расчетной температуры на отопление, изменения температурного графика отпуска тепловой энергии (ТЭ) с источника ТЭ происходит, как правило, неравномерная подача тепла потребителям, завышение расходов сетевой воды и сокращение пропускной способности трубопроводов.

В дополнение к этому, как правило, существуют проблемы в системах теплопотребления. Такие как, разрегулированность режимов теплопотребления, разукомплектованность элеваторных узлов, самовольное нарушение потребителями схем присоединения (установленных проектами, техническими условиями и договорами). Указанные проблемы систем теплопотребления проявляются, в первую очередь, в разрегулированности всей системы, характеризующейся повышенными расходами теплоносителя. Как следствие – недостаточные (из-за повышенных потерь давления) располагаемые напоры теплоносителя на вводах, что в свою очередь приводит к желанию абонентов обеспечить необходимый перепад посредством слива сетевой воды из обратных трубопроводов для создания хотя бы минимальной циркуляции в отопительных приборах (нарушения схем присоединения и т.п.), что приводит к дополнительному увеличению расхода и, следовательно, к дополнительным потерям напора, и к появлению новых абонентов с пониженными перепадами давления и т.д. Происходит «цепная реакция» в направлении тотальной разрегулировки системы.

Все это оказывает негативное влияние на всю систему теплоснабжения и на деятельность энергоснабжающей организации: невозможность соблюдения температурного графика; повышенная подпитка системы теплоснабжения, а при исчерпании производительности водоподготовки – вынужденная подпитка сырой водой (следствие – внутренняя коррозия, преждевременный выход из строя трубопроводов и оборудования); вынужденное увеличение отпуска тепловой энергии для сокращения числа жалоб населения; увеличение эксплуатационных затрат в системе транспорта и распределения тепловой энергии.

Необходимо указать, что в системе теплоснабжения всегда имеет место взаимосвязь установившихся тепловых и гидравлических режимов. Изменение потокораспределения (его абсолютной величины включительно) всегда меняет условие теплообмена, как непосредственно на подогревательных установках, так и в системах теплопотребления. Результатом не нормальной работы системы теплоснабжения является, как правило, высокая температура обратной сетевой воды.

Следует отметить, что температура обратной сетевой воды на источнике тепловой энергии является одной из основных режимных характеристик, предназначенной для анализа состояния оборудования тепловых сетей и режимов работы системы теплоснабжения, а также для оценки эффективности мероприятий, проводимых организациями, эксплуатирующими тепловые сети, с целью повышения уровня эксплуатации системы теплоснабжения. Как правило, в случае разрегулировки системы теплоснабжения, фактическое значение данной температуры существенно отличается от своего нормативного, расчетного для данной системы теплоснабжения значения.

Таким образом, при разрегулировке системы теплоснабжения температура сетевой воды, как один из основных показателей режима отпуска и потребления тепловой энергии в системе теплоснабжения, оказывается: в подающем трубопроводе практически во всех интервалах отопительного сезона характеризуется пониженными значениями; температура обратной сетевой воды, несмотря на это, характеризуется повышенными значениями; перепад температур в подающих и обратных трубопроводах, а именно этот показатель (наряду с удельным расходом сетевой воды на присоединенную тепловую нагрузку) характеризует уровень качества потребления тепловой энергии, занижен по сравнению с требуемыми значениями.

Следует отметить еще один аспект, связанный с увеличением относительно расчетного значения расхода сетевой воды на тепловой режим систем теплопотребления (отопления, вентиляции). Для непосредственного анализа целесообразно воспользоваться зависимостью, которая определяет в случае отклонения действительных параметров и конструктивных элементов системы теплоснабжения от расчетных, отношение действительного расхода тепловой энергии в системах теплопотребления к его расчетному значению.

где Q- расход тепловой энергии в системах теплопотребления;

g- расход сетевой воды;

tп и tо - температура в подающем и обратном трубопроводах.

Данная зависимость (*), отображена на рис.3. По оси ординат отложены отношения действительного расхода тепловой энергии к его расчетному значению, по оси абсцисс отношение действительного расхода сетевой воды к его расчетному значению.

Рисунок 3 – График зависимости расхода тепловой энергии системами

теплопотребления от расхода сетевой воды.

В качестве общих тенденций, необходимо указать, что, во-первых, увеличение расхода сетевой воды в n раз не вызывает соответствующего этому числу увеличения расхода тепловой энергии, то есть коэффициент расхода теплоты отстает от коэффициента расхода сетевой воды. Во-вторых, при уменьшении расхода сетевой воды подача теплоты в местную систему теплопотребления уменьшается тем быстрее, чем меньше фактический расход сетевой воды по сравнению с расчетным.

Таким образом, системы отопления и вентиляции весьма слабо реагируют на перерасход сетевой воды. Так, увеличение расхода сетевой воды на эти системы относительно расчетного значения на 50% вызывает увеличение теплопотребления только на 10%.

Точка на рис.3 с координатами (1;1) отображает расчетный, фактически достижимый режим работы системы теплоснабжения после проведения наладочных мероприятий. Под фактически достижимым режимом работы подразумевается такой режим, который характеризуется существующим положением конструктивных элементов системы теплоснабжения, тепловыми потерями зданиями и сооружениями и определяющимся суммарным расходом сетевой воды на выводах источника тепловой энергии, необходимым для обеспечения заданной тепловой нагрузки при существующем графике отпуска тепловой энергии.

Также следует отметить, что увеличенный расход сетевой воды, ввиду ограниченного значения пропускной способности тепловых сетей, приводит к уменьшению необходимых для нормальной работы теплопотребляющего оборудования значений располагаемых напоров на вводах потребителей. Следует отметить, что потери напора по тепловой сети определяются квадратичной зависимостью от расхода сетевой воды:

То есть, при увеличении фактического расхода сетевой воды GФ в 2 раза относительно расчетного значения GР потери напора по тепловой сети увеличиваются в 4 раза, что может привести к недопустимо малым располагаемым напорам на тепловых узлах потребителей и, следовательно, к недостаточному теплоснабжению этих потребителей, что может вызывать несанкционированный слив сетевой воды для создания циркуляции (самовольному нарушению потребителями схем присоединения и т.п.)

Дальнейшее развитие такой системы теплоснабжения по пути увеличения расхода теплоносителя, во-первых, потребует замены головных участков теплопроводов, дополнительной установки сетевых насосных агрегатов, увеличения производительности водоподготовки и т.п., во-вторых, ведет к еще большему увеличению дополнительных издержек - расходов на компенсацию электроэнергии, подпиточной воды, потерь тепловой энергии.

Таким образом, технически и экономически более обоснованным представляется развитие такой системы за счет улучшения ее качественных показателей - повышения температуры теплоносителя, перепадов давления, увеличения перепада температур (теплосъема), что невозможно без кардинального сокращения расходов теплоносителя (циркуляционного и на подпитку) в системах теплопотребления и, соответственно, во всей системе теплоснабжения.

Таким образом, главным мероприятием, которое может быть предложено для оптимизации такой системы теплоснабжения, является наладка гидравлического и теплового режима системы теплоснабжения. Техническая сущность данного мероприятия заключается в установлении потокораспределения в системе теплоснабжения исходя из расчетных (т.е. соответствующих присоединенной тепловой нагрузке и выбранному температурному графику) расходов сетевой воды для каждой системы теплопотребления. Это достигается установкой на вводах в системы теплопотребления соответствующих дросселирующих устройств (авторегуляторов, дроссельных шайб, сопел элеваторов), расчет которых производится исходя из расчетного перепада давлений на каждом вводе, который рассчитывается исходя из гидравлического и теплового расчета всей системы теплоснабжения.

Следует отметить, что создание нормального режима функционирования такой системы теплоснабжения не ограничивается только проведением наладочных мероприятий, необходимо также проведение работ по оптимизации гидравлического режима системы теплоснабжения.

Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения: водоподогревательную установку источника теплоты, центральные тепловые пункты (при наличии таковых), тепловую сеть, контрольно-распределительные пункты (при наличии), индивидуальные тепловые пункты и местные системы теплопотребления.

Наладка начинается с обследования системы централизованного теплоснабжения. Проводится сбор и анализ исходных данных по фактическим эксплуатационным режимам работы системы транспорта и распределения тепловой энергии, сведений по техническому состоянию тепловых сетей, степени оснащённости источника теплоты, тепловых сетей и абонентов коммерческими и технологическими средствами измерения. Анализируются применяемые режимы отпуска тепловой энергии, выявляются возможные дефекты проекта и монтажа, подбирается информация для анализа характеристики системы. Проводится анализ эксплуатационной (статистической) информации (ведомостей учета параметров теплоносителя, режимов отпуска и потребления энергии, фактических гидравлических и тепловых режимов тепловых сетей) при различных значениях температуры наружного воздуха в базовые периоды, полученной по показаниям штатных СИ, а также проводится анализ отчетов специализированных организаций.

Параллельно разрабатывается расчетная схема тепловых сетей. Создается математическая модель системы теплоснабжения на базе расчетного комплекса ZuluThermo, разработки Политерм (г. С-Петербург), способного моделировать фактический тепловой и гидравлический режим работы системы теплоснабжения.

Необходимо указать, что существует достаточно распространенный подход, который заключается в максимальном снижении финансовых затрат, связанных с разработкой мероприятий по наладке и оптимизации системы теплоснабжения, а именно - затраты ограничиваются приобретением специализированного программного комплекса.

«Подводным камнем» при таком подходе является достоверность исходных данных. Математическая модель системы теплоснабжения, созданная на основе недостоверных исходных данных по характеристикам основных элементов системы теплоснабжения, оказывается, как правило, неадекватной действительности.

2.3 Энергосбережение в системах ЦТ

В последнее время имеют место критические замечания по поводу централизованного теплоснабжения на базе теплофикации - совместной выработки тепловой и электрической энергии. Как основные недостатки отмечаются большие теплопотери в трубопроводах при транспорте тепла, снижение качества теплоснабжения из-за несоблюдения температурного графика и требуемых напоров у потребителей. Предлагается переходить на децентрализованное, автономное теплоснабжение от автоматизированных котельных, в том числе и расположенных на крышах зданий, обосновывая это меньшей стоимостью и отсутствием необходимости прокладки теплопроводов. Но при этом, как правило, не учитывается, что подключение тепловой нагрузки к котельной лишает возможности выработки дешевой электроэнергии на тепловом потреблении. Поэтому эта часть невыработанной электроэнергии должна замещаться производством ее по конденсационному циклу, КПД которого в 2-2, 5 раза ниже, чем по теплофикационному. Следовательно, и стоимость электроэнергии, потребляемой зданием, теплоснабжение которого осуществляется от котельной, должна быть выше, чем у здания, подключенного к теплофикационной системе теплоснабжения, а это вызовет резкое увеличение эксплуатационных расходов.

С. А. Чистович на юбилейной конференции "75 лет теплофикации в России", проходившей в Москве в ноябре 1999 г., предложил, чтобы домовые котельные дополняли централизованное теплоснабжение, выполняя роль пиковых источников тепла, где недостающая пропускная способность сетей не позволяет осуществлять качественное снабжение теплом потребителей. При этом как бы сохраняется теплофикация и повышается качество теплоснабжения, но от этого решения веет стагнацией и безысходностью. Необходимо, чтобы централизованное теплоснабжение полностью выполняло свои функции. Ведь в теплофикации есть свои мощные пиковые котельные, и очевидно, что одна такая котельная будет экономичней сотен мелких, а если недостаточна пропускная способность сетей, то надо перекладывать сети или отсекать эту нагрузку от сетей, чтобы она не нарушала качество теплоснабжения других потребителей.

Большого успеха в теплофикации добилась Дания, которая, несмотря на низкую концентрацию тепловой нагрузки на 1 м2 площади поверхности, опережает нас по охвату теплофикацией на душу населения. В Дании проводится специальная государственная политика по предпочтению подключения к централизованному теплоснабжению новых потребителей тепла. В Западной Германии, например в г. Манхейме, быстрыми темпами развивается централизованное теплоснабжение на базе теплофикации. В Восточных землях, где, ориентируясь на нашу страну, также широко применялась теплофикация, несмотря на отказ от панельного домостроения, от ЦТП в жилых микрорайонах, оказавшимися неэффективными в условиях рыночной экономики и западного образа жизни, продолжает развиваться область централизованного теплоснабжения на базе теплофикации как наиболее экологически чистая и экономически выгодная.

Все сказанное свидетельствует о том, что на новом этапе мы должны не потерять свои передовые позиции в области теплофикации, а для этого необходимо выполнить модернизацию системы централизованного теплоснабжения, чтобы повысить ее привлекательность и эффективность.

Все плюсы совместной выработки тепла и электрической энергии относились на сторону электроэнергии, централизованное теплоснабжение финансировалось по остаточному принципу - порой ТЭЦ уже была построена, а тепловые сети еще не подведены. В результате создавались теплопроводы низкого качества с плохой изоляцией и неэффективным дренажом, подключение потребителей тепла к тепловым сетям осуществлялось без автоматического регулирования нагрузки, в лучшем случае с применением гидравлических регуляторов стабилизации расхода теплоносителя очень низкого качества.

Это вынуждало выполнять отпуск тепла от источника по методу центрального качественного регулирования (путем изменения температуры теплоносителя в зависимости от наружной температуры по единому графику для всех потребителей с постоянной циркуляцией в сетях), что приводило к значительному перерасходу тепла потребителями из-за различий их режима эксплуатации и невозможности совместной работы нескольких источников тепла на единую сеть для осуществления взаимного резервирования. Отсутствие или неэффективность действия регулировочных устройств в местах подключения потребителей к тепловым сетям вызвало также перерасход объема теплоносителя. Это приводило к росту температуры обратной воды до такой степени, что появлялась опасность выхода из строя станционных циркуляционных насосов и это вынуждало снижать отпуск тепла на источнике, нарушая температурный график даже в условиях достаточной мощности.

В отличие от нас, в Дании, например, все выгоды теплофикации в первые 12 лет отдаются на сторону тепловой энергии, а затем делятся пополам с электрической энергией. В результате Дания оказалась первой страной, где были изготовлены предварительно изолированные трубы для бесканальной прокладки с герметичным покровным слоем и автоматической системой обнаружения утечек, что резко снизило потери тепла при его транспортировке. В Дании впервые были изобретены бесшумные, безопорные циркуляционные насосы "мокрого хода", приборы учета тепла и эффективные системы авторегулирования тепловой нагрузки, что позволило сооружать непосредственно в зданиях у потребителей автоматизированные индивидуальные тепловые пункты (ИТП) с автоматическим регулированием подачи и учета тепла в местах его использования.

Поголовная автоматизация всех потребителей тепла позволила: отказаться от качественного метода центрального регулирования на источнике тепла, вызывающего нежелательные температурные колебания в трубопроводах теплосети; снизить максимальные параметры температуры воды до 110-1200С; обеспечить возможность работы нескольких источников тепла, включая мусоросжигательные заводы, на единую сеть с наиболее эффективным использованием каждого.

Температура воды в подающем трубопроводе тепловых сетей меняется в зависимости от уровня установившейся температуры наружного воздуха тремя ступенями: 120-100-80°С или 100-85-70°С (намечается тенденция к еще большему снижению этой температуры). А внутри каждой ступени, в зависимости от изменения нагрузки или отклонения наружной температуры, меняется расход циркулирующего в тепловых сетях теплоносителя по сигналу фиксируемой величины перепада давлений между подающим и обратным трубопроводами - если перепад давлений снижается ниже заданного значения, то на станциях включаются последующие теплогенерирующие и насосные установки. Теплоснабжающие компании гарантируют каждому потребителю заданный минимальный уровень перепада давлений в подводящих сетях.

Подключение потребителей проводится через теплообменники, причем, на наш взгляд, применяется избыточное количество ступеней подключения, что вызвано, видимо, границами владений собственностью. Так, была продемонстрирована следующая схема подключения: к магистральным сетям с расчетными параметрами в 125°С, находящимся в ведении производителя энергии, через теплообменник, после которого температура воды в подающем трубопроводе снижается до 120°С, подключаются разводящие сети, находящиеся в муниципальной собственности.

Уровень поддержания этой температуры задается электронным регулятором, воздействующем на клапан, устанавливаемый на обратном трубопроводе первичного контура. Во вторичном контуре циркуляция теплоносителя осуществляется насосами. Присоединение к этим разводящим сетям местных систем отопления и горячего водоснабжения отдельных зданий выполняется через самостоятельные теплообменники, устанавливаемые в подвалах этих зданий с полным набором приборов регулирования и учета тепла. Причем регулирование температуры воды, циркулирующей в местной системе отопления, выполняется по графику в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. В расчетных условиях максимальная температура воды достигает 95°С, в последнее время наблюдается тенденция ее снижения до 75-70°С, максимальное значение температуры обратной воды, соответственно, 70 и 50°С.

Подключение тепловых пунктов отдельных зданий выполняется по стандартным схемам с параллельным присоединением емкостного водонагревателя горячего водоснабжения либо по двухступенчатой схеме с использованием потенциала теплоносителя из обратного трубопровода после водонагревателя отопления с применением скоростных теплообменников горячего водоснабжения, при этом возможно использование напорного бака-аккумулятора горячей воды с насосом для зарядки бака. В контуре отопления для сбора воды при ее расширении от нагревания используются напорные мембранные баки, у нас большее применение имеют атмосферные расширительные баки, устанавливаемые в верхней точке системы.

Для стабилизации работы регулирующих клапанов на вводе в тепловой пункт обычно устанавливают гидравлический регулятор постоянства перепада давлений. А для выведения на оптимальный режим работы систем отопления с насосной циркуляцией и облегчения распределения теплоносителя по стоякам системы - "клапан-партнер" в виде балансового вентиля, позволяющего по замеренной на нем величине потерь давления выставить правильный расход циркулирующего теплоносителя.

В Дании не обращают особого внимания на увеличение расчетного расхода теплоносителя на тепловой пункт при включении нагрева воды на бытовые нужды. В Германии законодательно запрещено учитывать при подборе мощности тепла нагрузку на горячее водоснабжение, и при автоматизации тепловых пунктов принято, что при включении водонагревателя горячего водоснабжения и при заполнении бака-аккумулятора выключаются насосы, обеспечивающие циркуляцию в системе отопления, т. е. прекращается подача тепла на отопление.

В нашей стране также придается серьезное значение недопущению увеличения мощности источника тепла и расчетного расхода теплоносителя, циркулирующего в тепловой сети в часы прохождения максимума горячего водоснабжения. Но принятое в Германии для этой цели решение не может быть применено в наших условиях, поскольку у нас значительно выше соотношение нагрузок горячего водоснабжения и отопления, из-за большой величины абсолютного потребления бытовой воды и большей плотности заселения.

Поэтому при автоматизации тепловых пунктов потребителей применяют ограничение максимального расхода воды из тепловой сети при превышении заданного значения, определенного исходя из среднечасовой нагрузки ГВС. При теплоснабжении жилых микрорайонов это выполняется путем прикрытия клапана регулятора подачи тепла на отопление в часы прохождения максимума водопотребления. Задавая регулятору отопления некоторое завышение поддерживаемого графика температуры теплоносителя, возникающий при прохождении максимума водораздела недогрев в системе отопления компенсируется в периоды водоразбора ниже среднего (в пределах заданного расхода воды из тепловой сети - связанное регулирование).

Датчиком расхода воды, который является сигналом для ограничения, служит измеритель расхода воды, входящий в комплект теплосчетчика, установленного на вводе теплосети в ЦТП или ИТП. Регулятор перепада давлений на вводе не может служить ограничителем расхода, т. к. он обеспечвает заданный перепад давлений в условиях полного открытия клапанов регулятора отопления и горячего водоснабжения, установленных параллельно.

С целью повышения эффективности совместной выработки тепловой и электрической энергии и выравнивания максимума энергопотребления в Дании нашли широкое применение тепловые аккумуляторы, которые устанавливаются у источника. Нижняя часть аккумулятора соединена с обратным трубопроводом тепловой сети, верхняя через подвижный диффузор с подающим трубопроводом. При сокращении циркуляции в распределительных тепловых сетях происходит зарядка бака. При увеличении циркуляции излишний расход теплоносителя из обратного трубопровода поступает в бак, а горячая вода выдавливается из него. Необходимость теплоаккумуляторов возрастает в ТЭЦ с противодавленческими турбинами, в которых соотношение вырабатываемой электрической и тепловой энергии фиксировано.

Если расчетная температура воды, циркулирующей в тепловых сетях, ниже 100°С, то применяют баки-аккумуляторы атмосферного типа, при более высокой расчетной температуре в баках создается давление, обеспечивающее невскипание горячей воды.

Однако, установка термостатов вместе с измерителями теплового потока на каждый отопительный прибор ведет к почти двойному удорожанию системы отопления, а в однотрубной схеме, кроме того, увеличивается необходимая поверхность нагрева приборов до 15% и имеет место существенная остаточная теплоотдача приборов в закрытом положении термостата, что снижает эффективность авторегулирования. Поэтому альтернативой таким системам, особенно в недорогом муниципальном строительстве, являются системы пофасадного автоматического регулирования отопления - для протяженных зданий и центральные с коррекцией температурного графика по отклонению температуры воздуха в сборных каналах вытяжной вентиляции из кухонь квартир - для точечных зданий или зданий со сложной конфигурацией.

Однако надо иметь в виду, что при реконструкции существующих жилых зданий для установки термостатов необходимо со сваркой входить в каждую квартиру. В то же время при организации пофасадного авторегулирования достаточно врезать перемычки между пофасадными ветками секционных систем отопления в подвале и на чердаке, а для 9-этажных бесчердачных зданий массового строительства 60-70-х годов - только в подвале.

Следует отметить, что новое строительство в год не превышает по объему 1-2% сложившегося жилого фонда. Это свидетельствует о том, какое важное значение приобретает реконструкция существующих зданий с целью снижения затрат тепла на отопление. Однако все здания сразу автоматизировать невозможно, а в условиях, когда автоматизируются несколько зданий, реальная экономия не достигается, т. к. сэкономленный на автоматизированных объектах теплоноситель перераспределяется между неавтоматизированными. Отмеченное еще раз подтверждает, что необходимо опережающими темпами возводить КРП на существующих тепловых сетях, поскольку значительно легче автоматизировать одновременно все здания, питающиеся от одного КРП, чем от ТЭЦ, а другие уже созданные КРП не пропустят лишнее количество теплоносителя в свои распределительные сети.

Все вышеизложенное не исключает возможности подключения отдельных зданий к котельным при соответствующем технико-экономическом обосновании с увеличением тарифа на потребляемую электроэнергию (например, когда необходима прокладка или перекладка большого количества сетей). Но в условиях сложившейся системы централизованного теплоснабжения от ТЭЦ это должно иметь локальный характер. Не исключается возможность применения тепловых насосов, передачи части нагрузки на ПГУ и ГТУ, но при существующей конъюнктуре цен на топливо и энергоносители это не всегда рентабельно.

Теплоснабжение жилых зданий и микрорайонов в нашей стране, как правило, осуществляется через групповые тепловые пункты (ЦТП), после которых отдельные здания снабжаются по самостоятельным трубопроводам горячей водой на отопление и на бытовые нужды водопроводной водой, нагретой в теплообменниках, установленных в ЦТП. Порой из ЦТП выходит до 8 теплопроводов (при 2-зонной системе горячего водоснабжения и наличии значительной вентиляционной нагрузки), причем хотя и применяются оцинкованные трубопроводы горячего водоснабжения, но из-за отсутствия химводоподготовки они подвергаются интенсивной коррозии и после 3-5 лет эксплуатации на них появляются свищи.

В настоящее время в связи с приватизацией жилища и предприятий сферы обслуживания, а также с ростом стоимости энергоносителей, актуальным является переход от групповых тепловых пунктов к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это позволяет применить более эффективную систему пофасадного авторегулирования отопления для протяженных зданий или центральную с коррекцией по температуре внутреннего воздуха в точечных зданиях, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, снизив потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Причем это целесообразно делать не только в новом строительстве, но и при реконструкции существующих зданий. Такой опыт есть в Восточных землях Германии, где так же, как и у нас сооружались ЦТП, но сейчас их оставляют только как насосные водопроводные подкачивающие станции (при необходимости), а теплообменное оборудование вместе с циркуляционными насосами, узлами регулирования и учета переносят в ИТП зданий. Внутриквартальные сети не прокладывают, трубопроводы горячего водоснабжения оставляют в земле, а трубопроводы отопления, как более долговечные, используют для подачи перегретой воды в здания.

Для повышения управляемости тепловыми сетями, к которым будет подключено большое количество ИТП, и для обеспечения возможности резервирования в автоматическом режиме следует вернуться к устройству контрольно-распределительных пунктов (КРП) в местах подключения распределительных сетей к магистральным. Каждый КРП подключается к магистрали с обеих сторон секционных задвижек и обслуживает потребителей с тепловой нагрузкой 50-100 МВт. В КРП устанавливаются переключающие электрозадвижки на вводе, регуляторы давления, циркуляционно-подмешивающие насосы, регулятор температуры, предохранительный клапан, приборы учета расходов тепла и теплоносителя, приборы контроля и телемеханики.

Схема автоматизации КРП обеспечивает поддержание давления на постоянном минимальном уровне в обратной линии; поддержание постоянного заданного перепада давлений в распределительной сети; снижение и поддержание по заданному графику температуры воды в подающем трубопроводе распределительной сети. Вследствие этого в режиме резервирования возможна подача по магистралям от ТЭЦ уменьшенного количества циркуляционной воды с повышенной температурой без нарушения температурного и гидравлического режимов в распределительных сетях.

КРП должны располагаться в наземных павильонах, они могут блокироваться с водопроводными подкачивающими станциями (это позволит в большинстве случаев отказаться от установки высоконапорных, а потому более шумных насосов в зданиях), и могут служить границей балансовой принадлежности теплоотпускающей организации и теплораспределяющей (следующей границей между теплораспределяющей и теплоиспользующей организациями будет стена здания). Причем находиться КРП должны в ведении теплотпускающей организации, поскольку они служат для управления и резервирования магистральных сетей и обеспечивают возможность работы нескольких источников тепла на эти сети, с учетом поддержания заданных теплораспределяющей организацией параметров теплоносителя на выходе из КРП.

Правильное использование теплоносителя со стороны теплопотребителя обеспечивается применением эффективных систем автоматизации управления. Сейчас имеется большое количество компьютерных систем, которые могут выполнить любые по сложности задачи управления, но определяющими остаются технологические задания и схемные решения подключения систем теплопотребления.

В последнее время стали строить системы водяного отопления с термостатами, которые осуществляют индивидуальное автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов по температуре воздуха в помещении, где установлен прибор. Такие системы широко применяются за рубежом с дополнением обязательного измерения количества тепла, используемого прибором, в долях от общего теплопотребления системой отопления здания.

В нашей стране в массовом строительстве такие системы стали применять при элеваторном присоединении к тепловым сетям. Но элеватор устроен таким образом, что при неизменном диаметре сопла и одном и том же располагаемом напоре он пропускает постоянный расход теплоносителя через сопло, независимо от изменения расхода воды, циркулирующей в системе отопления. В результате в 2-трубных системах отопления, в которых термостаты, закрываясь, приводят к сокращению расхода теплоносителя, циркулирующего в системе, при элеваторном присоединении будет расти температура воды в подающем трубопроводе, а затем и в обратном, что приведет к увеличению теплоотдачи нерегулируемой части системы (стояков) и к недоиспользованию теплоносителя.

В однотрубной системе отопления с постоянно действующими замыкающими участками при закрывании термостатов горячая вода без остывания сбрасывается в стояк, что также приводит к росту температуры воды в обратном трубопроводе и за счет постоянства коэффициента смешения в элеваторе - к подъему температуры воды в подающем трубопроводе, а поэтому к тем же последствиям, как и в 2-трубной системе. Поэтому в таких системах обязательно осуществление автоматического регулирования температуры воды в подающем трубопроводе по графику в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Такое регулирование возможно за счет изменения схемного решения подключения системы отопления к тепловой сети: заменой обычного элеватора на регулируемый, путем применения насосного смешения с регулирующим клапаном или путем присоединения через теплообменник с насосной циркуляцией и регулирующим клапаном на сетевой воде перед теплообменником. [

3 ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

3.1 Перспективы развития децентрализованного теплоснабжения

Ранее принятые решения о закрытии малых котельных (под предлогом их низкой эффективности, технической и экологической опасности) сегодня обернулись сверх централизацией теплоснабжения, когда горячая вода проходит от ТЭЦ до потребителя путь в 25-30 км, когда отключение источника тепла из-за неплатежей или аварийной ситуации приводит к замерзанию городов с миллионным населением.

Большинство индустриально развитых стран шло другим путем: совершенствовали теплогенерирующее оборудование повышая уровень его безопасности и автоматизации, КПД газогорелочных устройств, санитарно гигиенические, экологические, эргономические и эстетические показатели; создали всеобъемлющую систему учёта энергоресурсов всеми потребителями; приводили нормативно-техническую базу в соответствие с требованиями целесообразности и удобства потребителя; оптимизировали уровень централизации теплоснабжения; перешли к широкому внедрению альтернативных источников тепловой энергии. Результатом такой работы стало реальное энергосбережение во всех сферах экономике, включая ЖКХ.

Постепенное увеличение доли децентрализованного теплоснабжения, максимальная приближения источника тепла к потребителю, учёт потребителем всех видов энергоресурсов позволят не только создать потребителю более комфортные условия, но и обеспечить реальную экономию газового топлива.

Современная система децентрализованного теплоснабжения представляет сложный комплекс функционально взаимосвязанного оборудования, включающего автономную теплогенерирующую установку и инженерные системы здания (горячее водоснабжение, системы отопления и вентиляции). Основными элементами системы поквартирного отопления, представляющего собой вид децентрализованного теплоснабжения, при котором каждая квартира в многоквартирном доме оборудуется автономной системой обеспечения теплотой и горячей водой, являются отопительный котел, отопительные приборы, системы подачи воздуха и отвода продуктов сгорания. Разводка выполняется с применением стальной трубы или современных теплопроводных систем - пластиковых или металлопластиковых.

Традиционное для нашей страны система централизованного снабжения теплом через ТЭЦ и магистральные теплопроводы, известна и обладает рядом достоинств. Но в условиях перехода к новым хозяйственным механизмам, известной экономической нестабильности и слабости межрегиональных, межведомственных связей, многие из достоинств системы централизованного теплоснабжения оборачиваются недостатками.

Главным из которых является протяженность теплотрасс. Cредний процент изношенности которых оценивается в 60-70% . Удельная повреждаемость теплопроводов в настоящее время выросла до 200 зарегистрированных повреждений в год на 100 км тепловых сетей. По экстренной оценке не менее 15% тепловых сетей требуют безотлагательной замены. В дополнению к этому, за последние 10 лет в результате недофинансирования практически не обновлялся основной фонд отрасли. Вследствие этого, потери теплоэнергии при производстве, транспортировке и потреблении достигли 70%, что привело к низкому качеству теплоснабжения при высоких затратах.

Организационная структура взаимодействия потребителей и теплоснабжающих предприятий не стимулирует последних к экономии энергетических ресурсов. Система тарифов и дотаций не отражает реальных затрат на теплоснабжение.

В целом, критическое положение, в котором оказалась отрасль, предполагает в ближайшем будущем возникновение крупномасштабной кризисной ситуации в сфере теплоснабжения для разрешения которой потребуются колоссальные финансовые вложения.

Насущный вопрос – разумная децентрализация теплоснабжения, поквартирное теплоснабжение. Децентрализация теплоснабжения (ДТ) – наиболее радикальный, эффективный и дешёвый способ устранения многих недостатков. Обоснованное применения ДТ в сочетании с энергосберегающими мероприятиями при строительстве и реконструкции зданий даст большую экономию энергоресурсов в Украине. В сложившихся сложных условиях единственным выходом является создание и развитие системы ДТ за счёт применения автономных тепло источников.

По квартирное теплоснабжение – это автономное обеспечение теплом и горячей водой индивидуального дома или отдельной квартиры в многоэтажном здании. Основными элементами таких автономных систем является: теплогенераторы – отопительные приборы, трубопроводы отопления и горячего водоснабжения, системы подачи топлива, воздуха и дымоудаления.

Объективными предпосылками внедрения автономных (децентрализованных) систем теплоснабжения является:

отсутствие в ряде случаев свободных мощностей на централизованных источниках;

уплотнение застройки городских районов объектами жилья;

кроме того, значительная часть застройки приходится на местности с неразвитой инженерной инфраструктурой;

более низкие капиталовложения и возможность поэтапного покрытия тепловых нагрузок;

возможность поддержания комфортных условий в квартире по своему собственному желанию, что в свою очередь является более привлекательным по сравнению с квартирами при централизованном теплоснабжении, температура в которых зависит от директивного решения о начале и окончании отопительного периода;

появление на рынке большого количества различных модификаций отечественных и импортных (зарубежных) теплогенераторов малой мощности.

Сегодня разработаны и серийно выпускаются модульные котельные установки, предназначенные для организации автономного ДТ. Блочно-модульный принцип построения обеспечивает возможность простого построения котельной необходимой мощности. Отсутствие необходимости прокладки теплотрасс и строительства здания котельной снижают стоимость коммуникаций и позволяют существенно повысить темпы нового строительства. Кроме того, это дает возможность использовать такие котельные для оперативного обеспечения теплоснабжения в условиях аварийных и чрезвычайных ситуаций в период отопительного сезона.

Блочные котельные представляют собой полностью функционально законченное изделие, оснащены всеми необходимыми приборами автоматики и безопасности. Уровень автоматизации обеспечивает бесперебойную работу всего оборудования без постоянного присутствия оператора.

Автоматика отслеживает потребность объекта в тепле в зависимости от погодных условий и самостоятельно регулирует работу всех систем для обеспечения заданных режимов. Этим достигается более качественное соблюдение теплового графика и дополнительная экономия топлива. В случае возникновения нештатных ситуаций, утечек газа, система безопасности автоматически прекращает подачу газа и предотвращает возможность аварий.

Многие предприятия, сориентировавшиеся к сегодняшним условиям и просчитав экономическую выгоду, уходят от централизованного теплоснабжения, от отдалённых и энергоёмких котельных.

Достоинствами децентрализованного теплоснабжения являются:

отсутствие необходимости отводов земли под тепловые сети и котельные;

снижение потерь теплоты из-за отсутствия внешних тепловых сетей, снижение потерь сетевой воды, уменьшение затрат на водоподготовку;

значительное снижение затрат на ремонт и обслуживание оборудование;

полная автоматизация режимов потребления.

Если брать во внимание недостаток автономного отопления от небольших котельных и относительно невысоких дымоотводящих труб и в связи с этим нарушение экологии, то значительное уменьшение потребления газа, связанное с демонтажем старой котельной, снижает и выбросы в 7 раз!

При всех достоинствах, у децентрализованного теплоснабжения имеются и негативные стороны. У мелких котельных, в том числе и "крышных", высота дымовых труб, как правило, значительно ниже, чем у крупных, из-за резко ухудшаются условия рассеивания. Кроме того, небольшие котельные располагаются, как правило, вблизи жилой зоны.

Внедрение программ децентрализации источников тепла позволяет в два раза сократить потребность в природном газе и в несколько раз снизить затраты на теплоснабжение конечных потребителей. Принципы энергосбережения, заложенные в действующей системе теплоснабжения украинских городов, стимулируют появление новых технологий и подходов, способных решить эту проблему в полной мере, а экономическая эффективность ДТ делает эту сферу весьма привлекательной в инвестиции.

Применение поквартирной системы теплоснабжения многоэтажных жилых домов позволяет полностью исключить потери тепла в тепловых сетях и при распределении между потребителями, и значительно снизить потери на источнике. Позволит организовать индивидуальный учет и регулирование потребления теплоты в зависимости от экономических возможностей и физиологических потребностей. Поквартирное теплоснабжение приведет к снижению единовременных капитальных вложений и эксплуатационных затрат, а также позволяет экономить энергетические и сырьевые ресурсы на выработку тепловой энергии и как следствие этого, приводит к уменьшению нагрузки на экологическую обстановку.

Поквартирная система теплоснабжения является экономически, энергетически, экологически эффективным решением вопроса теплоснабжения для многоэтажных домов. И все-таки, необходимо проводить всесторонний анализ эффективности применения той или иной системы теплоснабжения, принимая во внимание множество факторов.

Таким образом, анализ составляющих потерь при автономном теплоснабжении позволяет:

1) для существующего жилого фонда повысить коэффициент энергетической эффективности теплоснабжения до 0, 67 против 0, 3 при централизованном теплоснабжении;

2) для нового строительства только за счет увеличения термического сопротивления ограждающих конструкций повысить коэффициент энергетической эффективности теплоснабжения до 0, 77 против 0, 45 при централизованном теплоснабжении;

3) при использовании всего комплекса энергосберегающих технологий повысить коэффициент до 0, 85 против 0, 66 при централизованном теплоснабжении.

3.2 Энергоэффективные решения для ДТ

При автономном теплоснабжении можно использовать новые технические и технологические решения, позволяющие полностью устранить или значительно сократить все непроизводительные потери в цепи выработки, транспортировки, распределения и потребления тепла, и не просто путем строительства мини-котельной, а возможностью использования новых энергосберегающих и эффективных технологий, таких как:

1) переход на принципиально новую систему количественного регулирования выработки и отпуска тепла на источнике;

2)эффективное использование частотно-регулируемого электропривода на всех насосных агрегатах;

3) сокращение протяженности циркуляционных тепловых сетей и уменьшение их диаметра;

4) отказ от строительства центральных тепловых пунктов;

5) переход на принципиально новую схему индивидуальных тепловых пунктов с количественно-качественным регулированием в зависимости от текущей температуры наружного воздуха с помощью многоскоростных смесительных насосов и трехходовых кранов регуляторов;

6) установка "плавающего" гидравлического режима тепловой сети и полный отказ от гидравлической увязки подсоединенных к сети потребителей;

7) установка регулирующих термостатов на отопительных приборах квартир;

8) поквартирная разводка систем отопления с установкой индивидуальных счетчиков потребления тепла;

9) автоматическое поддержание постоянного давления на водоразборных устройствах горячего водоснабжения у потребителей.

Реализация указанных технологий позволяет в первую очередь минимизировать все потери и создает условия совпадения по времени режимов количества выработанного и потребленного тепла.

3.3 Выгоды децентрализованного теплоснабжения

Если проследить всю цепь: источник-транспорт-распределение-потребитель, то можно отметить следующее:

1 Источник тепла - значительно сокращается отвод земельного участка, удешевляется строительная часть (под оборудование не требуется фундаментов). Установленную мощность источника можно выбрать почти равной потребляемой, при этом предоставляется возможность не учитывать нагрузку горячего водоснабжения, так как в часы максимум она компенсируется аккумулирующей способностью здания потребителя. Сегодня это резерв. Упрощается и удешевляется схема регулирования. Исключаются потери тепла за счет несовпадения режимов выработки и потребления, соответствие которых устанавливается автоматически. Практически, остаются только потери, связанные с КПД котлоагрегата. Таким образом, на источнике имеется возможность сократить потери более чем в 3 раза.

2 Тепловые сети - сокращается протяженность, уменьшаются диаметры, сеть становится более ремонтопригодной. Постоянный температурный режим повышает коррозионную устойчивость материала труб. Уменьшается количество циркуляционной воды, ее потери с утечками. Отпадает необходимость сооружения сложной схемы водоподготовки. Отпадает необходимость поддержания гарантированного перепада давления перед вводом потребителя, и в связи с этим не нужно принимать меры по гидравлической увязке тепловой сети, так как эти параметры устанавливаются автоматически. Специалисты представляют, какая это сложная проблема - ежегодно производить гидравлический расчет и выполнять работы по гидравлической увязке разветвленной тепловой сети. Таким образом, потери в тепловых сетях снижаются почти на порядок, а в случае устройства крышной котельной для одного потребителя этих потерь вообще нет.

3 Распределительные системы ЦТП и ИТП. Необ

Системы теплоснабжения больших жилых массивов, городов, поселков и пром. предприятий. Источниками теплоты у них служат теплоэнергоцентрали или крупные котельные, имеющие высокие кпд, транспортирующие и распределяющие теплоноситель по тепловым сетям протяженностью 10-15 км, с макс, диаметром труб 1000-1400 мм, обеспечивающим подачу потребителям теплоносителя в требуемых кол-вах и с требуемыми параметрами. Мощность ТЭЦ составляет 1000- 3000 МВт, котельных 100-500 МВт. Крупные централизованные системы теплоснабжения имеют неск. источников теплоты, связ. резервными тепломагистралями, обеспечивающими маневренность и надежность их функционирования. В централизованную систему теплоснабжения входят и системы теплоснабжения зданий, связанные с ней единым гидравлич. и тепловым режимами и общей системой управления. Однако ввиду многообразия технич. решений теплоснабжения зданий их выделяют в самостоят. технич. систему, наз. системой отопления. Поэтому Ц.ст. начинается источником теплоты и заканчивается абонентским вводом в здание.

Централизованные системы теплоснабжения бывают водяные и паровые. Осн. преимущество воды как теплоносителя в значительно меньшем расходе энергии на транспортирование единицы теплоты в виде горячей воды, чем в виде пара, что обусловливается большей плотностью воды. Снижение расхода энергии дает возможность транспортировать воду на большие расстояния без существ, потери энергетич. потенциала. В крупных системах темп-pa воды понижается примерно на 1° на пути в 1 км, тогда как давление пара (его энергетич. потенциал) на том же расстоянии примерно на 0,1-0,15 МПа, что соответствует 5-10°С. Поэтому давление пара в отборах турбины у водяных систем ниже, чем у паровых, что приводит к сокращению расхода топлива на ТЭЦ. К др. достоинствам водяных систем относятся возможность центрального регулирования подачи теплоты потребителям путем изменения темп-ры теплоносителя и более простая эксплуатация системы (отсутствие конденсатоотводчиков, конденсатоп-роводов, конденсатных насосов).

К достоинствам пара следует отнести возможность удовлетворения и отопит, и техноло-гич. нагрузок, а также малое гидростатич. давление. Учитывая достоинства и недостатки теплоносителей, водяные системы используют для теплоснабжения жилых массивов, обществ, и коммун, зданий, предприятий, использующих горячую воду, а паровые - для пром. потребителей, к-рым необходим водяной пар. Водяные Ц.ст. - осн. системы, обеспечивающие теплоснабжение городов. Централизация теплоснабжения городов составляет 70- 80%. В крупных городах с преимущественно соврем, застройкой уровень использования ТЭЦ в качестве источников теплоты для жилищно-коммун. сектора достигает 50-60%.

В теплофикац. системах пар высоких параметров (давление 13, 24 МПа, темп-ра 565°С), вырабатываемый в энергетич. котлах, подается в турбины, где, проходя через лопатки, отдает часть своей энергии для получения электроэнергии. Осн. часть пара проходит через отборы и поступает в теплофикац. теплообменники, в к-рых он нагревает теплоноситель системы теплоснабжения. Т.о. на ТЭЦ теплота высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а теплота низкого потенциала - для теплоснабжения. Комбини-ров. выработка теплоты и электроэнергии обеспечивает высокую эффективность использования топлива, позволяет сократить его расход.

В большинстве централизованных систем теплоснабжения макс, темп-ра горячей воды принимается 150°С. Темп-ра пара в теплофикац. отборах турбины не превышает 127°С. Следовательно, при низких темп-pax наружного воздуха в теплофикац. теплообменных аппаратах подогреть воду до требуемого уровня нельзя. Для этого используют пиковые котлы, к-рые работают только при низких наружных темп-pax, т.е. снимают пиковую нагрузку. Т.к. отопит, нагрузка меняется с изменением наружной темп-ры, меняется и кол-во пара, отбираемого из турбины для теплоснабжения. Неотработанный пар проходит через цилиндры низкого давления турбины, отдает свою энергию и поступает в конденсатор, где поддерживается вакуум (давление 0,004-0,006 МПа), к-рому соответствуют низкие темп-ры конденсации 30-35°С, а охлаждающая вода имеет еще более низкую темп-ру, поэтому не используется для теплоснабжения. Т.о., для теплоснабжения используется только часть пара, проходящая через отборы турбины, что снижает экономии. эффект теплофикации. Однако расход топлива на выработку электроэнергии и теплоты для теплоснабжения в среднем за год сокращается примерно на 1/4-1/3. Экономич. эффект дает и использование в качестве источников теплоты крупных р-ных котельных установок (тепловых станций), имеющих высокий кпд,

Теплоноситель от источников теплоты транспортируется и распределяется между потребителями по развитым тепловым сетям. В результате тепловые сети охватывают все гор, территории, а их сооружение вызывает наибольшие градостроит. и эксплуатац. трудности. В процессе эксплуатации они подвергаются коррозии и разрушениям. Аварийные повреждения приводят к отказам теплоснабжения, социальному и экономии, ущербам. В результате тепловые сети, являясь основным элементом крупных систем теплоснабжения, становятся и наиболее слабой составляющей их частью, что снижает экономии. эффект от централизации теплоснабжения, ограничивает макс, мощность систем. В зависимости от способа приготовления горячей воды Ц.с.т. разделяют на закрытые и открытые. В закрытой системе циркулирующая в ней вода используется только как теплоноситель. Вода нагревается на источнике теплоты, несет свою энтальпию к потребителям и отдает ее на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Вода для горячего водоснабжения берегся из гор. водопровода и подогревается в поверхностных теп-лообменных аппаратах циркулирующим теплоносителем до требуемой темп-ры. Система закрыта по отношению к атм. воздуху. В открытых системах горячая вода, к-рую использует потребитель, отбирается из тепловой сети. Следовательно, горячая вода в системе используется не только как теплоноситель, но и непосредственно как в-во. Поэтому система теплоснабжения является частично циркуляц., а частично прямоточной. Вода горячего водоснабжения приготовляется на источнике теплоты, прямоточно движется к потребителям и изливается через водоразборные краны в атмосферу,

Для крупных городов централизация теплоснабжения - перспективное, направление. Централизов. системы, особенно теилофикац., расходуют меньше топлива. Сокращение и укрупнение источников теплоты улучшают условия для градостр-ва и экологию крупных городов. Меньшее кол-во источников теплоты позволяет резко сократить число дымовых труб, через к-рые в окружающую среду выбрасываются продукты сгорания. Исключается необходимость создания множества мелких топливных складов для хранения твердого топлива, откуда при децентрализованных системах теплоснабжения приходится развозить топливо, а из разброс, по всему городу небольших котельных увозить золу и шлаки. Кроме того, при централизации источников теплоты легче очищать дымовые газы от токсичных компонентов.

Ц.с.т. рационально строить по иерархии. принципу (см. Системы теплоснабжения). На схеме показана принцип, схема централизов. закрытой системы теплоснабжения, источником теплоты укрой является ТЭЦ (первый иерархии. уровень). Для повышения надежности теплоснабжения ТЭЦ состоит из неск. энергетич. котлов и паровых турбин: Осн. элементы ТЭЦ имеют резервы. Водяной пар из котлов через пароперегреватель поступает в турбины, где отдает часть своей тепловой энергии, к-рая превращается в механич. и далее, в электрогенераторе, в электрич. Пар из отборов турбины поступает в теплофикац. подогреватели, в к-рых нагревает циркулирующий в системе теплоноситель до 120°С. Неотработанный пар поступает в конденсатор, где поддерживаются параметры: ,0,005 МПа и 32°С, при к-рых он конденсируется и отдает свою теплоту охлаждающей воде. Конденсат из конденсатора с помощью конденсат-ного насоса поступает в деаэратор. На пути к нему он проходит регенеративные подогреватели (на схеме не показаны). В деаэратор поступают подпиточная вода из химводоочистки и пар из отбора турбины для поддержания требуемой темп-ры. В деаэраторе из воды выделяются кислород и углекислый газ, к-рые вызывают коррозию металла. Питательная вода из деаэратора питательными насосами подается в паровые энергетич. котлы (парогенераторы). На пути вода подогревается в регенеративных подогревателях высокого давления (на схеме не показаны). Этот подогрев повышает термин, кпд цикла. Теплофикац. вода, циркулирующая в системе, нагревается в теплофикац. подогревателях в теплоприготовит. установке ТЭЦ. Нагрев осуществляется паром, к-рый отбирается из турбины и конденсируется в подогревателях. В нижний подогреватель пар поступает более низкого давления (до 0,2 МПа), чем в верхний (до 0,25 МПа). Конденсат из верхнего подогревателя через кондеисатоотводчик поступает в нижний подогреватель и далее коиденсатным насосом направляется в питат. линию. В теплофикац, подогревателях вода может нагреться примерно до 120°С (при 0,25 МПа темп-pa насыщения 127°С). При низких темп-pax наружного воздуха догрев воды до 150 С осуществляется в пиковых котлах. Циркуляцию воды обеспечивают циркуляц. насосы, перед к-рыми в трубопровод поступает подпиточная вода.

Тепловые сети проектируют в виде двух уровней: магистр, теплопроводы - второй иерархии, уровень и разводящие сети микрорайонов и кварталов - третий иерархии, уровень. Магистр, тепловые сети резервируют.

При больших диаметрах тепломаги-стралей ответвления от них присоединяют дублированным способом с двух сторон секционной задвижки. При отказе участка справа от задвижки теплоноситель движется по ответвлению слева и наоборот. Такое присоединение исключает влияние отказов магистр, теплопроводов на надежность теплоснабжения. Вблизи узла при- соединения ответвления к магистр, теплопроводу целесообразно устанавливай» р-нный тепловой пункт - осн. сооружение системы теплоснабжения микрорайона, к-рое обеспечивает автоматич. управление эксплуатац. и аварийными гидравлич. и тепловыми режимами. Управление, осуществляется из диспетчерского пункта с помощью телесистемы (см. Телеконтроль и телеуправление теплоснабжением). К тепловым сетям микрорайонов и кварталов здания присоединяют через индивидуальные тепловые пункты, группы зданий - через центральные тепловые пункты. Эти сети не резервируют и выполняют тупиковыми, поэтому их диаметры ограничивают величиной в 300-350 мм. В индивид, тепловых пунктах устанавливают теплообменники горячего водоснабжения и узел присоединения системы отопления и вентиляции, в центр, также устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, но узлы присоединения систем отопления и вентиляции располагают в зданиях. Поэтому от ЦТП к зданиям идет четырехтрубная система: две трубы с расчетными темп-рами 150-70°С на отопление и вентиляцию, одна с темп-рой 60"С и циркуляц, для горячего водоснабжения.

Надежность функционирования системы тепловых сетей проверяют расчетом. Нормативы надежности в конечном счете определяют долю нерезервироп. сетей, степень секционирования и дублирования отд. элементов системы.

Произ-во тепловой энергии из ядерного горючего для централизованных систем теплоснабжения ... www..htm

С началом нового отопительного сезона в прессе как обычно разгорается дискуссия: что предпочтительнее для нашей обширной и холодной страны - традиционные сети центрального отопления или новомодные индивидуальные котельные? Казалось бы, в пользу последних свидетельствуют солидные экономические выкладки, обширный опыт, накопленный западными странами, несколько успешных российских проб и общая тенденция развития многострадального отечественного ЖКХ. Но, разрабатывая концепции и давая безапелляционные рекомендации, не слишком ли мы увлекаемся? Так ли уж устарела и отстала от сегодняшних реалий централизованная система отопления, и нет ли возможности и способов сделать ее более эффективной? Попробуем разобраться в этом непростом вопросе.
Обращаясь к истории, можно увидеть, что успешные попытки организации центрального отопления городских кварталов предпринимались еще в XIX в. Вызваны они были как насущной необходимостью, так и техническим прогрессом. Все разумно: проще обслуживать один большой нагревательный котел, делать один дымоход, подвозить топливо и т.п. Как только появились электрические сети и достаточно мощные надежные насосы, чтобы перекачивать значительные объемы горячей воды, возникли и крупные сети централизованного теплоснабжения.
По многим причинам, как объективного, так и субъективного характера, широкое развитие централизованных систем отопления в Советском Союзе началось в 20-х годах XX в. Объективными причинами стали экономические и технические доводы, а субъективными - стремление к коллективизму даже в такой сугубо бытовой области. Развитие теплосетей было связано с осуществлением плана ГОЭЛРО, который и по сегодняшний день считают выдающимся инженерно-экономическим проектом современности. Работа по прокладке коммуникаций не прерывалась даже во время Великой Отечественной войны.
В результате этих титанических усилий к концу XX в. (а заодно к закату существования СССР) в стране насчитывалось около 200 тыс. км тепловых сетей, худо-бедно обогревавших большинство крупных, средних и даже мелких городов и поселков. Вся эта инфраструктура довольно успешно управлялась, чинилась и поддерживалась на работоспособном уровне. Обратной же стороной по-своему уникальной и достаточно эффективной системы стали чрезвычайно высокие тепло- и энергопотери (в основном, за счет недостаточной теплоизоляции труб и энергоемких насосных подстанций). Этому не придавалось большого значения - богатейшая энергоресурсами страна не считала затрат на теплоносители, и исходящие паром траншеи с зеленеющей травой были привычным зимним пейзажем по всему Советскому Союзу.
Все изменилось в начале 90-х годов. Гигант рухнул и помимо прочего погреб под руинами и жилищно-коммунальный комплекс, включающий в себя коммуникации центрального теплоснабжения. За 10 лет, прошедших с начала распада державы, сети, которые ремонтировались от случая к случаю, практически пришли в негодность. В результате, с начала нового тысячелетия на Россию обрушился целый ряд техногенных катастроф. Дальний Восток, Сибирь, Карелия, Ростов-на-Дону - география размороженных отопительных систем обширна. В отопительный сезон 2003-2004 гг. по самым скромным подсчетам без отопления в разгар зимы оказались более 300 тыс. человек. Фатальность ситуации в том, что количество аварий на теплоцентралях из-за прорыва труб, отказа изношенного до крайности и малоэффективного оборудования растет экспоненциально. Теплопотери на еще функционирующих теплопроводах составляют до 60%. Стоит учесть, что стоимость прокладки 1 км теплотрассы составляет около $300 тыс., при этом для того, чтобы ликвидировать существующий критический износ теплосетей, нужно заменить более 120 тыс. км трубопроводов!
В сложившейся ситуации стало ясно, что для выхода из этой чрезвычайно сложной ситуации потребуются системные решения, связанные не только с прямым вложением денег в «точечный» ремонт теплотрасс, но и с кардинальным пересмотром всей политики в отношении ЖКК в общем и централизованного отопления - в частности. Именно поэтому и возникли проекты по переходу коммунальной отрасли на системы индивидуальных котельных. Действительно, западный опыт (Италия, Германия) свидетельствовал, что организация таких мини-котельных снижает теплопотери и уменьшает энергозатраты. При этом, впрочем, игнорировался тот факт, что страны, где наиболее развиты такие системы отопления, обладают довольно мягким климатом, да и применяются такие системы в домах, прошедших дополнительное (и весьма недешевое!) переоборудование. Пока в России отсутствует конкретная целевая программа санации жилья, массовый переход на автономные источники теплоснабжения выглядит, по меньшей мере, утопично. Однако, надо признать, что в ряде случаев они могут стать весьма удачным решением: например при строительстве новых районов, удаленных от общих городских коммуникаций, при невозможности крупных земляных работ или на Крайнем Севере, в условиях вечной мерзлоты, где прокладка теплоцентралей нежелательна по целому ряду причин. Но для крупных городов автономные котельные не являются реальной альтернативой центральному отоплению и, по мнению специалистов, их доля при самых радужных перспективах не превысит 10-15% от общего теплопотребления.
В то время как в Центральной Европе активно лоббируют идею автономного теплоснабжения, в странах Северной Европы (где климат близок к нашему) централизованное теплоснабжение, наоборот, весьма развито. Причем, что интересно, во многом благодаря советскому опыту.
В крупных городах, таких как Хельсинки и Копенгаген, доля центрального отопления приближается к 90%. Может возникнуть вполне резонный вопрос: почему в России теплоцентрали - это головная боль коммунальщиков и населения и черная дыра, поглощающая деньги, а в развитых европейских странах - способ дешево и эффективно доставить тепло туда, где это необходимо?
Ответ на этот вопрос сложен и включает в себя много аспектов. Обобщая, можно сказать, следуя известной поговорке: дьявол сидит в деталях. А детали эти довольно просты: используя современное оборудование, можно добиться того, что теплопотери в центральных сетях сведутся к минимуму, а поскольку накладных расходов у большой ТЭЦ в пересчете на отапливаемую площадь меньше, то и стоимость тепловой единицы тоже ниже, чем у автономного пункта. Кроме того, крупная, хорошо оснащенная ТЭЦ создает меньше экологических проблем, чем несколько мелких, дающих суммарно то же количество тепла. Есть и еще один аспект: теплотехники знают, что только в крупных установках возможна реализация наиболее результативных термодинамических циклов для когенерации (совместного производства тепловой и электрической энергии), что является на сегодня наиболее передовой технологией. Все это и привело скандинавов к выбору в пользу централизованного теплоснабжения. Особенно интересен в этом контексте опыт самой энергоэффективной страны Европы - Дании.
К началу 90-х годов произошло смещение интересов государства и общества с вопросов энергонезависимости к социальным и экологическим аспектам. При этом приоритетом государственной политики стало правило «3Е», т.е. соблюдение баланса между экономическим развитием, энергетической безопасностью и экологической корректностью (Economic Development, Energy security, Environmental protection). Надо сказать, что Дания, наверное, единственная страна в мире, в которой за энергетику и экологическую обстановку отвечает одно ведомство - Министерство охраны окружающей среды и энергетики. В 1990 г. датский парламент принял план «Энергия 2000», предлагающий к 2005 г. снижение эмиссии СО2 в атмосферу на 20% (по сравнению с уровнем 1998 г.). Стоит сказать, что этот показатель был достигнут уже к 2000 г. во много благодаря последовательной политике, направленной на модернизацию и укрупнение существующих теплосетей. Уже к середине 90-х годов доля систем централизованного теплоснабжения составляла около 60% от общего потребления тепла (в крупных городах до 90%). К системе централизованного теплоснабжения подключено более 500 тыс. установок, обеспечивающих теплом более 1 млн зданий и промышленных сооружений. При этом потребление энергоресурсов на 1 м2 только за десятилетие с начала реформы 1973 г. (см. справку на полях «Опыт Дании») сократилось в 2 раза.
Экономичность датских сетей центрального теплоснабжения обуславливается низкими потерями в трубопроводах благодаря введению новых материалов и технологий: труб из полимеров (к примеру, разработки UPONOR), эффективной теплоизоляции и современного насосного оборудования. Дело в том, что в отличие от большинства стран в Дании работа систем централизованного теплоснабжения регулируется не изменением температуры теплоносителя, а изменением скорости циркуляции, автоматически подстраивающейся под спрос потребителей. При этом широко распространено применение насосов с частотным регулированием, позволяющих значительно снизить энергопотребление. В этой нише лидирующее положение занимает насосное оборудование концерна GRUNDFOS: его использование позволяет сэкономить до 50% потребляемого насосами электричества.
Благодаря перечисленному комплексу инноваций, теплопотери магистральных и распределительных трубопроводов Дании составляют всего около 4%, при этом КПД ТЭЦ достигает 90%. На сегодня в стране осталось 170 тыс. зданий (из общего количества в 2,5 млн), не подключенных к централизованному теплоснабжению. Большая их часть должна в ближайшее время перейти на централизованное теплоснабжение.
В Дании законодательно закреплено, что местные власти несут ответственность за выполнение программ тепло- и энергосбережения и гарантируют экологическую и экономическую их корректность. Это в целом по стране привело к тому, что почти все новые здания проектируются с учетом подключения к централизованному теплоснабжению. Системы централизованного теплоснабжения используются повсеместно в районах плотной застройки, причем ТЭЦ, использующие когенерацию энергии, составляют большинство среди энергопроизводящих предприятий.
В результате этих реформ за 30 лет Дания стала самой энергоэффективной страной Европы, где тарифы на тепло и электроэнергию не только не растут, но часто снижаются. При этом экологическая обстановка в целом по стране явно улучшилась.
На этом убедительном примере отчетливо видно, что централизованное теплоснабжение отнюдь не является фактором, сдерживающим развитие ЖКК. Более того, централизованное теплоснабжение стало причиной значительной экономии энергии и тепла и улучшения как качества жизни, так и экологической обстановки.
Можно возразить, что опыт Дании неприменим в нашей обремененной множеством проблем стране. Однако начавшаяся реформа коммунального комплекса должна способствовать привлечению инвестиций в эту сферу хозяйственной деятельности и этими вливаниями надо распорядиться по возможности разумно. Тем более, что и в России уже существует положительный опыт реконструкции центрального теплоснабжения, использующий в т.ч. и опыт Дании в этой области. К примеру, в Ижевске на средства кредита Международного Банка Реконструкции и Развития в рамках оздоровления коммунального хозяйства была проведена санация изношенных теплосетей. Проект включал в себя в том числе и модернизацию нескольких десятков квартальных ИТП и внутриквартальных сетей тепло- и водоснабжения. При этом была произведена полная замена теплообменников на современные пластинчатые модели, КПД которых около 98%, высокоэффективное регулирующее и насосное оборудование. В обновляемых системах были установлены новые сетевые насосы GRUNDFOS серии ТР, циркуляционные насосы систем отопления и насосы CRE с частотно-регулируемым электроприводом для системы горячего водоснабжения. Надо сказать, что благодаря экономии электроэнергии это оборудование окупило себя уже через 2 года эксплуатации, при этом система была полностью автоматизирована. Одновременно проводилась модернизация теплосетей с применением современных пластиковых предизолированных труб и эффективной теплоизоляции, что позволило снизить теплопотери в трубопроводах в 2-3 раза и увеличить срок службы труб за счет многократного замедления коррозии.
В результате была получена обновленная эффективная система централизованного отопления и ГВС, при этом выплаты по кредиту не легли тяжким бременем на бюджет, поскольку экономия тепла и энергии оказалась столь значительной, что с лихвой окупала эти издержки.
Таким образом, дискуссии о целесообразности модернизации и развития существующих систем центрального теплоснабжения или тотальной замены их на автономные тепловые пункты, крышные котельные и поквартирное отопление стоит отвлечься от политических аспектов и обратить внимание на опыт развитых и успешных стран. А он показывает, что в сложном комплексе жилищно-коммунального хозяйства не существует единых решений на все случаи жизни, и не стоит отказываться от давно проверенных временем и практикой схем, подчиняясь только веяниям моды. Зарубежный опыт показал, что при использовании современного оборудования и материалов реконструированное централизованное отопление в комплексе с другими техническими решениями (в т.ч. и индивидуальными системами теплоснабжения) может стать ключом к развитию новых энергосберегающих технологий и обновлению всего ЖКК.

по материалам журнала Еврострой.

Теплоснабжение является важнейшей коммунальной услугой в современных городах и служит для удовлетворения потребностей населения в услугах отопления жилых и общественных зданий, горячего водоснабжения и вентиляции.Оно является самым энергоемким сегментом энергоснабжения. Потребление тепловой энергии в жилищно- коммунальном секторе России составляет около половины суммарного теплопотребления в стране, на что используется более 25% ежегодно используемого топлива. Организация систем теплоснабжения является сложной задачей, так как требует значительных капиталовложений, тесно связана с экологическим и санитарным состоянием окружающей среды и является социально значимым сектором энергетического комплекса. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим признакам:

Источнику производства тепловой энергии;

Степени централизации;

Роду теплоносителя;

Способу подачи воды на горячее водоснабжение и отопление;

Количеству трубопроводов тепловых сетей;

Способу обеспечения потребителей тепловой энергией и т.д.

Не затрагивая технических аспектов всего комплекса этих признаков, которые являются предметом изучения отдельных дисциплин, рассмотрим организационные и экономические вопросы классификации по источнику производства тепловой энергии и степени централизации. Эти два элемента системы теплоснабжения являются определяющими, как для его функционирования, так и выбора формы управления.

По источнику производства тепла и степени централизации различают два основных вида теплоснабжения:

Централизован­ное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ (теплофикация) и от районных отопительных котельных;

Децентрализованное теплоснабжение от мелких котельных, индивидуальных отопительных приборов и т.д. При этом отсутствуют тепловые сети и связанные с этим потери тепловой энергии.

Централизованное теплоснабжение (ЦТ) в первую очередь получило развитие в городах и районах с преимущественно многоэтажной застройкой. Современная централизованная система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей и местных систем потребления - систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Для организации централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК) различной мощности.

Районные котельные большой мощности (150 - 200 Гкал/ч) сооружают для обеспечения теплом крупного комплекса зданий, нескольких микрорайонов или района го­рода. Такая концентрация тепловых нагрузок позволяет использовать крупные агрегаты, современное техническое оснащение котельных. Это обеспечивает высокие показатели использования топлива и КПД теплотехнического оборудования и дает ряд преимуществ перед тепло­снабжением от котельных малой и средней мощности. ТЭЦ экономически целесообразно сооружать при больших тепловых нагрузках (более 400 Гкал/ч).

На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива при получении электроэнергии (до 40%). При этом сначала тепло рабочего тепло-водяного пара используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала - для теплоснабжения. В этом состоят экономическое и энергетическое преимущества комбинированной выработки тепла и электроэнергии. В целом, эффективность совместного производства тепловой и электрической энергии при использовании одного и того же топлива обычно на 40% выше, чем при раздельном производстве электроэнергии на конденсационной электростанции и тепловой энергии в котельных.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельной к потребителям по специальным трубопрово­дам, называемым тепловыми сетями , которые представляют собой сложные инженерные сооружения. Их протяженность составляет десятки километров, а диаметр магистралей достигает 1400 мм. Тепловые сети разделяются на магистральные, прокладываемые на главных направле­ниях населенного пункта, распределительные - внутри квартала, мик­рорайона и ответвления к отдельным зданиям и абонентам.Для повышения надежности и во избежание перерывов в снабжении теплом потребителя предусмат­ривают соединение отдельных магистральных сетей между собой, а так­же сооружают более сложные тепловые сети по кольцевой схеме.

Обеспечение эффективного функционирования систем теплоснабжения требует их четкой структурной организации. Наиболее удачной формой в данном случае является их иерархическое построение, при котором всю систему расчленяют на ряд уровней, каждый из которых имеет свою задачу, уменьшающуюся по значению от верхнего уровня к нижнему. Верхний иерархический уровень составляют источники тепла, следующий уровень - магистральные тепловые сети с районными тепловыми пунктами (РТП), нижний - распределительные сети с абонентскими вводами потребителей.Такая система теплоснабжения позволяет обеспечить ее управляемость в процессе эксплуатации.

Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная нагрузка изменяется с изменением наружной температуры. Для поддержания соответствия подачи тепла потребителям в нем применяют центральное регулирование на источниках тепла и дополнительное автоматическое регулирование на тепловых пунктах у потребителей. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно меняется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируют. При этом температура горячей воды должна поддерживаться постоянной и равной 65ºС.

Несмотря на преимущества централизованных систем теплоснабжения, им присущ ряд недостатков, например, значительная протяженность тепловых сетей, необходимость крупных капиталовложений при модернизации и реконструкции ее элементов.

Одной из основных проблем энергозатратности и неэкономичности систем централизованного теплоснабжения является массовое отсутствие приборов учета и регуляторов расхода тепловой энергии у потребителей. До начала текучего столетия в жилых зданиях и квартирах практически полностью отсутствовали какие-либо регуляторы систем отопления, и потребитель был лишен возможности регулировать затраты тепла для отопления и горячего водоснабжения. Только в конце прошлого века был принят курс на установку общедомовых приборов учета тепловой энергии и горячей воды. Это мероприятие позволило жильцам таких домов заменить действующую до сих пор систему оплаты тепла по нормативам на систему оплаты в соответствии с реально потребляемой тепловой энергией. Таким образом, исключается возможность включать стоимость тепловых потерь в сетях в выставляемые жителям счета. Дальнейшее более жесткое усиление таких требований предусматривает федеральный закон « Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» №261-ФЗ от 23.11.2009 г .,который более подробно будет рассмотрен в дальнейшем в специальной главе, посвященной энергоэффективности и энергосбережению.

Необходимо отметить, что в ряде случаев может возникнуть серьезная конкуренция между централизованными и автономными системами . Такой ситуации способствуют:

Существующие перекосы в тарифообразовании (низкие цены на газ);

Значительные потери при транспортировке теплоносителя, которые фактически оплачиваются потребителем;

Частые отключения из-за аварий и длительное отключение ГВС в летний период.

Вся совокупность этих факторов заставляет потребителя искать выход в создании автономной системы, которая на данном этапе обеспечивает к тому же более дешевым теплом. Однако централизованная система в случае своевременной модернизации и нормального функционирования имеет существенные преимущества перед автономной системой.

В целом для больших городов автономные котельные не являются конкурентами крупных ТЭЦ и районных котельных, а служат их разумным дополнением. По мнению специалистов, целесообразная доля автономных котельных в городах должна составить 10 - 15% от потенциального рынка тепловой энергии. Область применения автономных котельных включает:

Отдельные вновь строящиеся или модернизируемые здания в районах плотной застройки, охваченные централизованным теплоснабжением, где из-за ограниченной пропускной способности тепловой сети невозможно подключение к ней дополнительных потребителей, а перекладка либо прокладка новых тепловых сетей затруднена;

Здания, удаленные от районов ЦТ;

Дома малоэтажной усадебной застройки;

Здания с временным подключением к передвижному автономному источнику;

Объекты с повышенными требованиями к режиму теплопотребления, которые не могут быть гарантированно обеспечены подачей тепла из тепловой сети;

Вновь строящиеся объекты в районах, где наблюдается дефицит тепла основного источника.

В заключение следует отметить, что стихийное развитие автономных систем может существенно ухудшить сложившуюся в течение десятилетий инфраструктуру города и даже привести к ее разрушению. Поэтому необходимо обеспечить достаточно жесткое градостроительное регулирование этого процесса с одновременной интенсивной реконструкцией систем ЦТ, позволяющих сократить тепловые потери, снизить тарифы на отпускаемую тепловую энергию, сделав тем самым стихийное строительство автономных источников во многих случаях неконкурентоспособным.