Оптимизация потребления тепловой энергии

Производство тепловой энергии в системах теплоснабжения в городах Кузбасса, как правило, существенно превышает расчетную потребность. При этом потребители, близко расположенные к источнику тепла, имеют избыток тепловой энергии, концевые – острый недостаток при общем перерасходе. Ориентация на концевых потребителей заставляет энергоснабжающую организацию устанавливать повысительные насосные станции (ПНС), что отрицательно влияет на абонентов до ПНС и увеличивает расход электроэнергии.

Существующая нормативная база организации пусконаладочных работ, обеспечивающая гидравлическую увязку системы теплоснабжения шайбами и диаметрами сопел элеваторов, не позволяет оперативно управлять системой теплоснабжения. Кроме того, для работы элеваторного узла требуется давление не менее 15 м в.ст., что не всегда обеспечивается в системе теплоснабжения. Потребители в системах теплоснабжения от ТЭЦ, как правило, не используют расчетный перепад температур теплоносителя, что отрицательно влияет на показатели работы источника тепла.

В гг. Кемерово, Новокузнецк системы отопления подключены к тепловым сетям через индивидуальные тепловые пункты (ИТП). В городах Осинники, Мыски и др. ИТП практически отсутствуют. Такое же положение наблюдается в Новокузнецке, Междуреченске  в системах отопления, подключенных к муниципальным котельным.

Отсутствие ИТП – прямое нарушение отечественной нормативной базы теплоснабжения: п. 11.3 СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» и п. 14.3 нового СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети», где сказано, что устройство ИТП обязательно для каждого здания независимо от устройства ЦТП. На рис. 1 дан анализ работы системы теплоснабжения после Абашевского ЦТП в Орджоникидзевском районе  Новокузнецка. Горячее водоснабжение обеспечивается отдельными трубопроводами.

На рис. 2 дан анализ работы системы теплоснабжения после ЦТП-7 Западного района Междуреченска с открытым водоразбором. На обоих рисунках использованы данные натурных измерений за январь-март 2004 года.

Рис. 1. Температурный график работы Абашевского ЦТП в г. Новокузнецке

T_{1 ф.} - фактическая температура прямой сетевой воды;
T_{2 ф.} - фактическая температура обратной сетевой воды;
T_{1 тр.}- требуемая температура прямой сетевой воды;
T_{2 тр.}- требуемая температура обратной сетевой воды.

Рис. 2. Температурный график работы ЦТП-7 Западного района Междуреченска

T_{1 ф.} - фактическая температура прямой сетевой воды;
T_{2 ф.} - фактическая температура обратной сетевой воды;
T_{1 тр.}- требуемая температура прямой сетевой воды;
T_{2 тр.}- требуемая температура обратной сетевой воды.

По данным ЗАО «Новокузнецкий приборостроительный завод», установленные приборы учета тепловой энергии в зданиях профтехучилища № 50, подключенных после Абашевского ЦТП, показали следующие расходы сетевой воды на отопление:
– корпуса 2, 3 по ул. Маркшейдерская, 6: фактический расход 12,5 т/ч  при договорном 7,08 т/ч;
– корпус 4 со столовой по этому же адресу: соответственно 11 и 3,3 т/ч;
– мастерская по ул. Пушкина, 3: соответственно 8 и 2,7 т/ч.

При температуре наружного воздуха -20 градусов Цельсия к последним потребителям теплоноситель поступает с температурой на  12 градусов выше отопительного графика.

Анализ теплопотребления показывает общий перерасход тепла в количестве 20–40% в различные месяцы.

Для устранения этих явных недостатков, приведения систем теплоснабжения в соответствие с требованиями нормативных документов, требующих сегодня комплексной автоматизации ИТП, по инициативе ГУП ЖКХ в городах Кузбасса 10 лет назад началось внедрение в муниципальном жилом фонде автоматизированных ИТП на базе электронных регуляторов фирмы «Данфосс». Однако это направление не получило широкого распространения из-за высокой стоимости оборудования, сложности обслуживания специалистами коммунальных эксплутационных служб.

В таблице дано технико-экономическое сравнение автоматизированного ИТП и регулируемого ИТП с ручным управлением. Сравнение показывает, что пониженные тарифы на тепловую энергию для жилого фонда не стимулируют применение ИТП с комплексной автоматизацией.

Сравнительные данные по устройству регулируемого ЦТП для одной секции 9-этажного жилого дома:

На рис. 3–6 показана принципиальная схема регулируемых ИТП с ручным регулированием.

Рис. 3. Принципиальная схема ИТП с количественным регулированием расхода в системе отопления

Рис. 4. Принципиальная схема ИТП с количественным регулированием расхода в системе отопления и качественно-количественным в системе ГВС

Рис. 5. Принципиальная схема ИТП с качественно-количественным регулированием расхода в системе отопления и ГСВ при достаточном располагаемом напоре

Рис. 6. Принципиальная схема ИТП с качественно-количественным регулированием расхода в системе отопления и ГВС при недостаточном располагаемом напоре

Экспликация к рисункам 3–6:

По нашему проекту в кварталах 41, 42, снабжаемых ТЭЦ КМК, и кварталах 50–57, снабжаемых Кузнецкой ТЭЦ, где до этого имело место особенно неблагоприятное положение с выполнением отопительного графика, были заменены в общей сложности 24 элеваторных ИТП на регулируемые с насосным подмешиванием. Опыт эксплуатации в течение 2–3 лет показал, что все ИТП обеспечивают надлежащий уровень комфортности и рациональное использование тепла сетевой воды. Перегрева возвращаемого теплоносителя не наблюдается.

ИТП оснащен двумя узлами регулирования на базе ручных балансировочных клапанов.

Узел регулирования температуры горячей воды обеспечивает смешивание 50% обратной и 50% прямой сетевой воды при температуре наружного воздуха выше -15 градусов и 100% обратной сетевой воды при температуре наружного воздуха ниже -15 градусов. Узел регулирования температуры воды в системе отопления обеспечивает поступление такого количества сетевой воды, при котором достигается требуемый уровень комфортности и температура возвращаемого теплоносителя по графику. Регулирование обеспечивается ручным балансировочным клапаном в сочетании со скоростью циркуляционного насоса.

В Новокузнецке в системе теплоснабжения от ТЭЦ установлено более 300 регулируемых ИТП, в том числе более 30 в жилых домах. В Кемерове 2 регулируемых ИТП установлено в одном из жилых домов и один в административном здании УТС ОАО «Кузбассэнерго».

Узел позволяет осуществить замену ручных балансировочных клапанов на регулирующие клапаны с электрическим приводом, которые управляются электронным регулятором.

Сложившееся положение с перерасходом тепла и нерациональным распределением сетевой воды существенно сокращает возможность подключения к системе теплоснабжения новых потребителей, которых часто заставляют вкладывать средства в перекладку тепловых сетей, увеличение мощности источника, хотя правильнее было бы вложить средства в ИТП потребителей.

Хорошим подтверждением тому явилась упомянутая выше замена 15 элеваторных тепловых пунктов на регулируемые в кварталах 50–57 Новокузнецка, что позволило «найти» дополнительно 2 Гкал/ч тепла для потребителей при обеспечении высокого уровня комфортности.

Администрация г. Междуреченска приняла программу технического перевооружения системы теплоснабжения Западного района, предусматривающую устройство регулируемых ИТП за счет средств новых застройщиков.

Выводы

В коммунальных системах теплоснабжения имеет место общий перерасход тепловой энергии, при дефиците тепла для концевых потребителей.

Оснащение потребителей регулируемыми индивидуальными тепловыми пунктами существенно снизит затраты на теплоснабжение и позволит исключить случаи дефицита тепловой энергии, особенно при подключении новых абонентов.

Затраты на мероприятия по модернизации существующих ИТП, устройству ИТП у потребителей, где они отсутствуют, окупаются в течение первого года эксплуатации.

Снижение темпов роста тарифов в существующих системах теплоснабжения, повышение уровня рентабельности муниципальных энергоснабжающих организаций на современном этапе возможно только при условии, если будут финансироваться мероприятия по оснащению потребителей тепловой энергией регулируемыми ИТП.