Регулювання температури всередині житлових та громадських приміщень – перспективний та ефективний метод
А.П. Баскаков (ВАТ "Енергозбереження - ВТУЗ") А.П. Мартюшев (СТС АТ "Свердловенерго") Г.Я. Захарченко, О.М. Ведерніков (НВФ "Ентальпія")
Облік споживання енергії на опалення та гаряче водопостачання створює економічні передумови застосування регулювання теплоспоживання в споживачів.
У системах централізованого теплопостачання (СЦТ) України традиційно застосовується якісне регулювання. У "чистому" вигляді це означає, що витрата циркулюючої в системі води залишається постійною протягом усього опалювального періоду, а кількість теплоти, що поставляється, регулюється шляхом зміни температури води, що надходить до споживача ("прямої"), відповідно до температури зовнішнього повітря за температурним графіком. Відповідно, змінюється і температура води, що повертається споживачем охолодженої ("зворотної") води. Графік будується для будівлі, найбільш представницького для групи будівель, опалюваних даним постачальником тепла.
Всупереч прийнятій сьогодні моді лаяти все радянське, слід підкреслити, що впровадження на початку 30-х років якісного регулювання в СЦТ СРСР (тоді в капіталістичних країнах і не думали про СЦТ при приватній власності їх впровадження було неможливо) було, безумовно, прогресивним, оскільки дозволяло створити споживачам досить комфортні умови за мінімальних капітальних витрат.
Таблиця 1.
Середньомісячна температура зовнішнього повітря
Витрата теплоти на опалення та ГВП
Витрата теплоти лише на опалення
Сьогодні чисто якісне регулювання нас уже не задовольняє. Зокрема, при позитивній температурі зовнішньогоповітря (а опалення, відповідно до СНиП, припиняється, якщо вона перевищує 8°С) температура прямої води за графіком повинна бути меншою за 40-50°С. Але для гарячого водопостачання по СНиП потрібна вода з температурою не нижче 60°С, тому при двотрубній системі (один трубопровід для прямої води, інший для зворотної) вода на опалення також має температуру 60°С.
Простіше кажучи, починаючи з певної температури зовнішнього повітря, опалення взагалі не регулюється, а споживач отримує тим більший надлишок тепла, чим вище температура зовнішнього повітря. Комфортність у приміщенні створюється шляхом провітрювання через кватирки. В результаті витрати на опалення в перехідні періоди (початок і кінець опалювального періоду) виявляються невиправдано більшими.
Сказане підтверджується даними СТС АТ "Свердловенерго" (табл. 1).
Теплове навантаження можна регулювати шляхом зміни:
- Коефіцієнта теплопередачі нагрівальних приладів або їх поверхні;
- Витрати гріючого теплоносія;
- температури гріючого теплоносія;
- тривалість роботи нагрівального приладу.
Давно встановлено, що для забезпечення високої якості теплопостачання слід застосовувати комбіноване регулювання, яке повинно бути раціональним поєднанням принаймні трьох ступенів центрального, групового (або місцевого) та індивідуального.
Зміна коефіцієнта теплопередачі використовується тільки при місцевому регулюванні, зокрема, при регулюванні тепловіддачі від конвекторів шляхом зміни положення регулюючої пластини. Деякі жителі, у яких встановлені радіатори, закривають їх ковдрами за високої температури зовнішнього повітря.
Недолік цього зростає температура зворотної води, тобто. збільшуютьсяпитомі (на 1 гігакалорію переданої теплоти) витрати енергії на привід циркуляційних насосів. За її перевищення постачальник штрафує споживача. При цьому якось залишається непоміченим, що перевитрата енергії на перекачування теплоти в порівнянні з її витратою на розрахунковому (для найхолоднішого часу) режимі взагалі є характерною особливістю якісного регулювання.
До речі, незрозуміло як повинен чинити постачальник, якщо температура зворотної води зростає у будинках, у яких у проекті встановлені конвектори, тобто. де це зростання вже закладено у проект. Деякі постачальники на практиці при зростанні температури зворотної води просто знижують пряму температуру в порівнянні з передбаченою температурним графіком.
Регулювання шляхом зміни витрати теплоносія ( " кількісне " ) передбачає щонайменше, у " чистому " вигляді сталість його температури, тобто. температури прямої води. Кожен споживач пропускає стільки води у свої нагрівальні прилади, скільки йому потрібно для створення комфортних (фізично та економічно) умов. Проблема тут у тому, щоб зі збільшенням, скажімо, витрати теплоносія одним споживачем, витрата теплоносія в іншого споживача не зменшився б. Це вимагає відповідного узгодження гідравлічних характеристик споживачів та мережі (включаючи циркуляційні насоси). Його простіше здійснити в невеликих системах, наприклад, при опаленні багатоквартирного будинку від будинкової котельні. У багатьох країнах Західної Європи регулятори ("термостати") встановлюють у кожній квартирі, підбираючи відповідним чином характеристики насоса і діаметри труб, що підводять ("стояків").
Зі збільшенням числа абонентів, відстаней з-поміж них і постачальником тепла, тобто. із ускладненням системи таке узгодження ускладнюється, хоча теоретичновсе здається просто: необхідно забезпечити сталість тиску перед кожним абонентом (тобто його регулятором) протягом усього періоду опалення.
До кількісного можна віднести і так зване пофасадне регулювання. Відомо, що при сильному вітрі в приміщеннях, розташованих з навітряного боку, часто буває значно холодніше (особливо при великій площі скління), ніж підвітряної. Приміщення, звернені на південь і північ, отримують різну кількість тепла, випромінюваного Сонцем. У цьому випадку доцільно, не змінюючи загальної кількості прямої води, що отримується будівлею, перерозподілити її потоки, що, як правило, потребує встановлення спеціальних спонукань.
Вимога сталості витрати теплоносія при якісному регулюванні пов'язані з побоюванням розрегулювання гідравліки розгалуженої системи теплопостачання за зміни витрати. Оскільки різні об'єкти знаходяться на різній відстані від джерела, а головне на різній геодезичній висоті, вся гідравліка налаштовується на певну витрату теплоносія шляхом установки дросельних шайб або клапанів. При зміні загальної витрати в магістралі, що подає, витрата на кожен об'єкт змінюється непропорційно, тому теплоспоживання одних об'єктів змінюється більше, інших менше. У такій системі збільшення водозабору на один об'єкт, наприклад шляхом несанкціонованого видалення шайби на трубопроводі, що підводить, може призвести до зниження тиску в магістралі і як наслідок до зменшення витрати води, принаймні, до найближчих 5 споживачам. У період сильних морозів таке розрегулювання, за неприйняття відповідних заходів загрожує серйозними наслідками.
Викладеними міркуваннями часто доводять заперечення проти регулювання температури всередині приміщень шляхомзміни витрати теплоносія (зокрема вентилем на зворотній магістралі). Однак ці побоювання дуже перебільшені.
Реалії сьогодення такі, що під регулюванням фактично розуміється зменшення споживання теплоти. За роки Радянської влади нормативи, за якими проектуються системи опалення та ГВП, відпрацьовані настільки надійно, що з одного боку потреба у збільшенні витрати теплоти в порівнянні з розрахунковим зазвичай не виникає (якщо, звичайно, скла не вибиті, а двері зачиняються), а з інший воно майже нереалізовано, т.к. немає надлишку потужностей.
Локальне зменшення витрати у великої кількості абонентів при прийнятому центральному якісному регулюванні могло б призвести до неприпустимого підвищення тиску, проте тиск легко вирівнюється регулюванням (вимкненням) насосів на станціях. В єдиній мережі СТС АТ "Свердловенерго" при відкритому водорозборі та семи теплоджерелах таке регулювання здійснюється постійно.
Треба мати на увазі, що процес впровадження регуляторів теплоспоживання буде розтягнутий на тривалий період через великий обсяг робіт, протягом якого паралельно впроваджуватимуться автоматичні системи підтримки стабільного тиску, у тому числі застосування електродвигунів з частотним регулюванням. Воно дозволить зменшити споживання не лише теплоти, а й електроенергії на перекачування теплоносія.
Таким чином, кількісне місцеве регулювання у бік зниження теплоспоживання при якісному централізованому дозволить забезпечити суттєву економію.
Щоб не викликати розрегулювання гідравліки опалювальної мережі споживача (в будівлі), місцеве регулювання можна здійснити двома шляхами:
1. Встановити додатковий безшумний циркуляційний насосзабезпечувати циркуляцію води в системі, забираючи з трубопроводу, що підводить стільки гарячої води, скільки потрібно для створення комфортних умов у будівлі. Температуру води, що надходить у опалювальні прилади, можна підтримувати або відповідно до реального (без нижнього "зрізання") температурного графіка, або автоматично регулювати за показаннями термометра, встановленого в представницькому приміщенні будівлі. Цей варіант вже реалізовано багатьма споживачами.
2. Комфортну температуру в приміщенні можна підтримувати шляхом регулювання кількості годин роботи опалювальних приладів на добу, використовуючи велику здатність будівлі, що акумулює. Тут треба наголосити, що в реальних умовах сталість витрати теплоносія при якісному централізованому регулюванні все одно, строго кажучи, не витримується з ряду причин і, насамперед, через нерівномірний водорозбір із системи гарячого водопостачання. Відключення системи опалення будівлі, наприклад, у періоди ранкового та вечірнього максимумів водорозбору (так зване "пов'язане регулювання"), у цій ситуації дозволить навіть зробити витрати в подавальній магістралі більш постійним.
Практика періодичного включення опалення широко використовується там. В Україні таким чином опалюється більшість об'єктів, обладнаних індивідуальними джерелами теплопостачання.
Більш того, акумулююча здатність будівель у неявній формі використовується навіть при "чисто" якісному регулюванні, оскільки температура прямої води встановлюється на теплоджерелі, розташованому іноді на великій відстані від споживача. Зміна температури води на Ново-Свердловській ТЕЦ, наприклад, позначається в районі ЗБВ лише за кілька годин; жителі цього навіть не помічають.
При регулюваннітеплоспоживання "релейним" способом (включення-відключення) також доцільно встановлювати циркуляційний насос, т.к. при припиненні подачі гарячої води елеватор перестає працювати, не буде циркуляції води в опалювальній установці, що може призвести до розморожування. Цей насос вмикається лише під час вимкнення опалення.
За існуючої системи оплати за опалення ГВП в економії тепла матеріально зацікавлені лише балансоутримувач будівлі та бюджет адміністративної освіти, але не конкретний мешканець. За їх рахунок і повинні впроваджуватись регулятори температури всередині приміщень після встановлення приладів обліку споживання теплоти на опалення ГВП окремою будівлею або групою будівель.
Зменшення споживання теплоти, звісно, погіршить рентабельність теплопостачальних підприємств. Їхні інтереси необхідно враховувати шляхом зміни тарифної політики, зокрема шляхом запровадження двотарифної системи оплати. Це питання виходить за межі цієї статті.