архив» все записи»

Автор: по материалам редакции
Дата: 24.03.2013
«СтройПРОФИ» № 12
Рубрика: Энергосбережение


Энергоэффективные системы отопления

Оснащение дополнительным оборудованием традиционных систем отопления позволяет существенно повысить их эффективность без радикальной реконструкции в ходе модернизации жилого фонда.

Потенциал систем отопления

Для системы водяного отопления энергоэффективный уровень теплопотребления может быть обеспечен при следующем наборе функций и возможностей:
- автоматическое поддержание температурного графика на вводе в здание;
- регулирование теплоотдачи системы, включая термо-регулирование на отопительных приборах и стояках;
- автоматическое поддержание требуемого/расчетного распределения потока теплоносителя по всем участкам системы;
- индивидуальный учет тепла, мотивированный оплатой по фактическому потреблению.

По конструктивному исполнению можно представить следующие основные варианты энергоэффективных систем отопления:
- система с горизонтальной поквартирной разводкой трубопроводов с различными конструктивными вариантами поквартирных тепловых пунктов или распределительных щитов, включающими комбинации автоматики регулирования, теплообменники для контуров отопления и/или ГВС и др.;
- традиционная система отопления с вертикальными внутриквартирными стояками — однотрубная и двухтрубная, комплексно оснащенная приборами автоматического регулирования и учета тепла.

Возможны и другие конструктивные варианты систем и их комбинации.
Для систем с горизонтальной разводкой потенциал энерго-эффективности и набор оборудования, обеспечивающий нормативный уровень теплопотребления, очевидны и описаны в работах многих специалистов. В то же время потенциал повышения энергоэффективности традиционных вертикальных систем отопления для многих специалистов пока не очевиден. Однако он весьма значительный, и возможность модернизации таких систем следует рассмотреть более подробно, поскольку:
- данные системы являются наиболее массовыми в применении, особенно в существующем жилом фонде;
- радикальная конструктивная трансформация таких систем в горизонтальные в ходе модернизации здания слишком затратная.

Набор рекомендуемых ниже мероприятий позволяет довести уровень теплопотребления традиционной вертикальной системы отопления практически до нормативного в соответствии с самым высоким классом энергоэффективности.

Модернизация узла ввода теплоносителя в здание

Важнейшим элементом системы отопления любого конструктивного исполнения является узел ввода теплоносителя в здание. Наиболее энергоэффективными решениями ввода являются автоматизированный узел управления (АУУ, вариант зависимой схемы присоединения системы отопления) или индивидуальный тепловой пункт (ИТП, вариант независимой схемы присоединения с теплообменниками контура отопления и ГВС). В этих устройствах обеспечивается соблюдение температурного графика, адекватного температуре наружного воздуха и текущему теплопотреблению здания, а также надежная насосная циркуляция теплоносителя в системе отопления.

Экономический эффект от применения указанных устройств составляет от 10 до 30% в зависимости от соответствия состояния здания проектным решениям и от условий его эксплуатации.

Известен ряд альтернативных АУУ технических решений узла ввода, таких, как:
- узел смешения теплоносителя с элеваторами с постоянным или изменяющимся коэффициентом смешения;
- узел без смешения теплоносителя — применяется при подаче в здание теплоносителя с температурой, равной расчетной температуре в системе отопления.

На наш взгляд, применение этих устройств и технических решений в энергоэффективных системах отопления неприемлемо. Техническая аргументация, квалифицированно обосновывающая неадекватность таких решений для современных систем отопления, давно известна. Однако по разным причинам критика не всегда принимается во внимание.

Разовое применение таких решений приводит к возникновению проблем в одном конкретном здании. Но когда допущение о применении элеватора включается в нормативы, в частности, в актуализированный СНиП ОВК, как сделано сейчас, — это уже более серьезная ошибка, которая приведет к массовым превышениям нормируемого уровня энергоэффективности во вновь возводимых и модернизируемых зданиях.

В подтверждение этих слов можно сослаться на работу коллег из ВТИ [1], в которой проанализирован ряд возможных схем автоматизированных элеваторных узлов смешения. В работе детально рассмотрены основные недостатки каждой из схем. Общим недочетом всех схем является то обстоятельство, что для обеспечения адекватной работоспособности таких устройств необходимо поддержание в системе отопления постоянного и малого по своей величине гидравлического сопротивления. Однако эти требования практически невыполнимы при наличии в системе отопления терморегуляторов и другой арматуры автоматического регулирования.

Следует также отметить негативную эксплуатационную практику применения таких элеваторов.

Поддержание расчетного распределения потока теплоносителя

Данное мероприятие позволяет исключить перетопы или дефицит тепла на отдельных стояках традиционных вертикальных систем отопления. Такая возможность обеспечивается установкой на стояках автоматических балансировочных клапанов, поддерживающих постоянство перепада давления в стояках двухтрубных систем или постоянства расхода в стояках однотрубных систем отопления.

Для вертикальных двухтрубных систем отопления это мероприятие не вызывает вопросов у специалистов, однако относительно однотрубной системы ряд специалистов высказывают сомнения в его актуальности.

Эти сомнения базируются на следующем:
- значительное количество вертикальных однотрубных систем, особенно в типовом домостроении, рассчитано по методу переменных (скользящих) перепадов температур, что теоретически должно обеспечивать гидравлическую сбалансированность стояков;
- в однотрубных системах отопления, даже при срабатывании термостатов, поддерживается постоянный расход теплоносителя, т. е. автоматизированный контроль и регулировка стояков не требуются.

По каждому из этих утверждений есть достаточно простая контраргументация. В частности, по первому утверждению: из литературы [2] известны расчетные ограничения этого метода, не позволяющие достаточно точно сбалансировать стояки. Также некорректно утверждение о постоянстве расхода при коэффициенте затекания порядка 0,25 и при изменении расхода теплоносителя, связанного с изменением гравитационного давления в стояках. Все это достаточно убедительно показано в детальных расчетах, выполненных украинскими специалистами [3].

Однако все эти расчетные эффекты перекрываются влиянием ошибок и допущений, вносимых в систему отопления в массовом порядке при ее проектировании и монтаже, а также изменениями в конструкции системы, вносимыми жильцами в пределах квартиры.

Результаты обследования типовых секционных зданий показали разброс расхода теплоносителя на контрольных стояках в пределах ±30% относительно проектных значений. После установки балансировочных клапанов и их настройки на проектные значения дисбаланс не превышал ±3%.

В результате теплопотребление зданий снизилось на 7–12% за счет сокращения необоснованного проветривания в помещениях на «перегретых» стояках и корректировки настроек автоматики узла ввода, защищающих «отстающие» стояки (рис. 1).

Различия в работе терморегуляторов

Рис. 1. Различия в работе терморегуляторов

Терморегулирование стояков как средство качественного регулирования теплоотдачи

Следующий шаг в повышении энергоэффективности традиционной однотрубной системы отопления — обеспечить количественное регулирование теплоотдачи системы не только на уровне отопительных приборов с помощью термостатов, но также на стояках посредством установки терморегуляторов в корне стояков, совместив их конструктивно с балансировочными клапанами (рис. 2). Эффект достигается путем сокращения расхода теплоносителя через конкретный стояк, температура теплоносителя в котором повышается в результате закрытия термостатов при избытке тепла в отдельных помещениях.

Терморегулирование стояков однотрубных систем отопления

Рис. 2. Терморегулирование стояков однотрубных систем отопления

Результаты функционирования терморегулятора на одном из контрольных стояков представлены на рисунке 3. Из графиков видно сокращение расхода теплоносителя в стояке как следствие повышения в нем температуры теплоносителя в результате закрытия термостатов на отдельных отопительных приборах. При этом температура воздуха в контрольном помещении не изменяется.

Энергоэффективность автоматической балансировки стояков

Рис. 3. Энергоэффективность автоматической балансировки стояков

Значения настройки данных устройств определяются в ходе обследования здания и выявления потенциала источников избыточного тепла. Наиболее эффективны «постоячные» терморегуляторы с электроприводом и системой автоматического контроля температуры теплоносителя в стояках.

Экономический эффект от применения терморегулирования стояков зависит от величины неучтенных в проекте избыточных теплопоступлений в здание, в том числе от избыточной поверхности нагрева отопительных приборов. По результатам обследования экспериментальных зданий эффект составил от 8 до 12% в зависимости от состояния здания.

Индивидуальный (поквартирный) учет тепла

Индивидуальный (поквартирный) учет тепла с оплатой по фактическому его потреблению является важнейшим фактором, мотивирующим жильцов к энергосбережению. Без этого мероприятия система энергосберегающих мероприятий остается «разомкнутой», базирующейся только на административных рычагах.

Известны следующие основные типы систем индивидуального учета тепла, применяемых для традиционных вертикальных однотрубных систем отопления.
Система с аллокаторами (heatcostallocator — распределитель стоимости потребленной теплоты) на каждом отопительном приборе регистрирует разницу температур (tалл) между поверхностью отопительного прибора и воздухом помещения. Расход теплоносителя регистрируется на домовом счетчике и участвует только в расчете подомового теплопотребления.

Система с датчиками температур теплоносителя, установленными в стояке на каждом этаже, регистрирует разницу температур (tэт) теплоносителя в стояке в пределах каждого этажа. Расход теплоносителя регистрируется на каждом стояке и в подомовом теплосчетчике.

Для вертикальных двухтрубных систем отопления применяется только система с аллокаторами.

Обе указанные выше системы распределительные, принцип их работы достаточно подробно описан в литературе.

В настоящей статье рассматривается только один аспект — точность расчета теплопотребления. Данная информация должна позволить проектировщику сделать выбор между системами, адекватный задачам энергосбережения и защиты прав жильца на справедливую оплату за потребленное тепло.

В таблице представлены изменения перепадов температур tалл и tэт и соответствующие им погрешности измерений в рассматриваемых системах индивидуального учета в зависимости от этажности здания и температуры теплоносителя в течение отопительного сезона. При этом погрешность определения tэт рассчитана с учетом погрешности измерения датчика температур tдат = 0,05 °С.

Перепады температур tалл и tэт и соответствующие им погрешности измерений

Табл. 1. Перепады температур tалл и tэт и соответствующие им погрешности измерений

В ходе эксплуатации системы, в силу ряда причин, возможно снижение точности измерения датчика. Для иллюстрации в таблице в скобках представлены данные, рассчитанные для tдат =0,1 °С для варианта с наибольшей погрешностью.

Как видно из таблицы, tалл >> tэт, при этом абсолютные значения tэт весьма малы. Оба эти обстоятельства существенно влияют на точность начисления платежей. Так, при среднем ежемесячном начислении за потребленное тепло, например, 2 000 руб. необоснованная переплата или недоплата отдельных жильцов может составить:
- 450–550 руб./мес. — для системы с датчиками на стояках при tдат = 0,05 °С;
- 650–1 050 руб./мес. — для системы с датчиками на стояках при tдат = 0,1 °С;
- 60–100 руб./мес. — для системы учета с аллокаторами.

Как видно из примера, погрешность начисления платежей для системы с датчиками на стояках в несколько раз превышает погрешность системы с аллокаторами. Очевидно, что ошибка начислений возможна в обе стороны — как в пользу жильца, так и в пользу поставщика ресурсов. В обоих случаях невозможно свести баланс по показаниям поквартирных и подомового счетчика, а также исключить жалобы со стороны жильцов или поставщика тепла вплоть до судебных разбирательств.

В любом случае, при коммерческом расчете за тепло следует рекомендовать к применению систему индивидуального учета с наименьшей возможной погрешностью.

Заключение

Рассмотренные выше мероприятия по модернизации существующих вертикальных однотрубных и двухтрубных систем отопления показывают, что для существенного повышения их энергоэффективности нет необходимости производить радикальную реконструкцию традиционных систем в ходе модернизации, достаточно лишь дооснастить их соответствующим оборудованием.

Литература
1. Байбаков С. А., Филатов К. В. «О возможности регулирования элеваторных узлов систем отопления». // «Новости теплоснабжения». № 7, 2010 г.
2. Богословский В. Н., Сканави А. Н. «Отопление». — М.: Стройиздат, 1991 г.
3. Милейковский В. А. «Математическое моделирование переменного гидравлического и теплового режимов приборных узлов однотрубных вертикальных систем отопления». // Данфосс Info. № 1-2, 2012 г.
4. Стандарт АВОК «Распределители стоимости потребленной теплоты от комнатных отопительных приборов». СТО НП «АВОК» 4.3–2007 (EN 834:1994).


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад