УРОК №19. Часть 1. Энергосбережение.
Здравствуйте, уважаемые коллеги!
Предыдущий год мы с Вами очень много уроков посвятили теме общеобменной вентиляции. Думаю, что она была освещена достаточно подробно, хотя, наверное, можно найти еще «кучу» интересных неосвещенных моментов.
Но, не за горами зима. В стране энергетический кризис, своих энергоресурсов не хватает, глобальная ориентация на российский газ привела к катастрофическим последствиям. Поэтому актуальнее темы, чем энергосбережение, на сегодняшний день нет.
Кризисное положение с энергоресурсами - это результат ничего неделания в этом вопросе все годы независимости.
На протяжении 23-х лет независимости государственные структуры принимали бесконечное множество нормативных документов по энергосбережению и энергоэффективности, программ по энергосбережению в жилищно-коммунальной сфере. Аналогичные программы принимались и на уровне областей, районов, отдельных населенных пунктов. На осуществление этих программ в бюджеты закладывались деньги. И что в результате? По-прежнему неоправданно большие расходы энергоносителей, холодные квартиры и офисы, бесконечно происходящие порывы тепловых трасс и латание дыр в них. Мы не будем говорить сейчас о том, что большая часть этих денег использовалась вообще не по назначению. Будем разбираться в том, куда во всех этих программах вкладывалась оставшаяся часть. Большинство программ по энергосбережению предусматривало:
- перекладку тепловых трасс;
- реконструкцию котельных;
- установку узлов учета у потребителей.
Давайте посмотрим, что такие мероприятия дают в исследуемом вопросе.
Да, теплотрассы сильно изношены и безусловно их необходимо перекладывать. Да, в стране масса котельных, построенных еще в период СССР, в них установлено старое неэффективное оборудование с низким КПД. Но что дала нам кое-где выполненная замена трасс и реконструкция котельных? Стали ли мы хоть немного меньше потреблять газа в сфере ЖКХ? НЕТ!
Реконструируя котельные, мы устанавливаем оборудование, рассчитанное на выработку и транспортировку такого же количества тепловой мощности, которое вырабатывало старое оборудование. Перекладывая тепловые трассы, мы укладываем современные предизолированные трубы, но такого же диаметра, как и старые. Да, мы экономим при этом какое-то количество газа за счет более высокого КПД современных котлов, более низкого потребления электроэнергии современным насосным оборудование, уменьшением потерь тепла в хорошо изолированных трубах. Но это капля в море по сравнению с потерями у потребителей.
Я не хочу, чтобы предыдущий абзац был неправильно понят. Безусловно, и перекладка плохо изолированных, дырявых трасс и реконструкция выработавших свой ресурс котельных необходима. Но нельзя телегу ставить впереди лошади. Ведь проведя ликвидацию потерь у потребителей, мы вдруг обнаружим, что у этой уже реконструированной котельной мощность должна быть ниже, а та котельная и вовсе не нужна, а теплотрасса должна быть проложена трубами на один, два, а то три порядка меньшим диаметром и т.д. И окажется, что на проведенную реконструкцию мы потратили лишние деньги, ресурсы и время.
Так, что необходимо начать с потребителей. При этом надо различать новое строительство и существующий жилищный фонд. В новом строительстве в плане энергосбережения что-то делается. Но, хотя Украина достаточно много строит, посмотрев на наши города, можно сказать, что в основном они застроены зданиями, возведенными в 70 .. 80-х годах прошлого столетия, а то и раньше. В те времена экономили не энергоносители, а максимально удешевляли строительство. Да и современные технологии строительства и материалы в то время отсутствовали. И как следствие, тонкие стены без теплоизоляции, деревянные рамы со щелями, холодные чердаки или их полное отсутствие, холодные подвалы и т.д. К этому еще надо добавить происшедший за это время износ строительных конструкций. И картина получится очень безрадостная.
Замена всего жилого фонда на новые энергоэффективные здания – это задача на десятки лет вперед для нашего очень небогатого и неповоротливого государства. Поэтому надо срочно решать и незамедлительно что-то делать со старым жилым фондом. Необходимо принимать энергосберегающие программы, которые упорядочат лоскутную замену окон и утепление стен в отдельно взятых квартирах, помогут это выполнить малоимущим жильцам, заставят эксплуатационные конторы поменять окна на лестничных клетках и утеплить стены этих клеток.
Старая жилая застройка неоднородна. Проведя энергетический аудит каждого из существующих типов домов, можно решить какой минимальный объем работ необходимо выполнить в первую очередь.
На сайте одной из строительных организаций мне попались на глаза такие выкладки.
«Примерно 25% стен панельного многоэтажного дома занимают окна, около 5% из них приходится на окна на лестничных пролетах. Отношение площади стен к площади чердачного перекрытия на примере у 5-этажного дома примерно 2/1, у 9-этажного - от 3,5:1. Удельные теплопотери через потолочное перекрытие в рамках примера приравняем к потерям тепла через стены, потери через окна - в 4 раза выше потерь через стены.
Если в рамках данного предположения принять за 100% общие теплопотери дома, то распределение по поверхностям будет примерно таким:
• кровля - 22%
• торцевые стены - 9%
• стены - 24%
• окна на лестничных клетках - 15%*
• окна жилые комнаты 30%
* 15% потерь из-за окон на лестничных клетках происходит из-за их низкой целостности.
При оценке стоимости материалов и работ получаем следующую картину:
• утепление чердачного перекрытия:
- снижение теплопотерь дома на 16.5%,
- расход средств 7%,
- увеличение сопротивления теплопередаче через конструкцию на 312%,
• утепление торцевых стен:
- снижение теплопотерь дома на 4.5%,
- расход средств 10%,
- увеличение сопротивления теплопередаче через конструкцию на 100%,
• замена стеклопакетов и дверей на лестничных клетках:
- снижение теплопотерь дома на 10%,
- расход средств 10.6%,
- увеличение сопротивления теплопередаче через конструкцию на 200%,
• замена всех стеклопакетов и фасадная изоляция:
- снижение теплопотерь дома на 32%,
- расход средств 72.4%,
- увеличение сопротивления теплопередаче через конструкцию на 100%»
В других источниках приводятся несколько другие цифры, но в целом можно понять всю глубину стоящей проблемы.
Особая статья – это дома с плоскими крышами без чердаков, так называемыми «совмещенными кровлями». Это очень дешевое решение при строительстве, но сущий ад для жильцов последних этажей. Летом, покрытая черным битумом, крыша просто притягивает тепло и щедро передает его через перекрытие в квартиру, а зимой нагреть квартиру невозможно, т.к. греем крышу и окружающую среду. К тому такая, плохо гидроизолированная, кровля течет, что создает жильцам дополнительную головную боль. Но вернемся к потерям тепла. Потери через такую кровлю еще значительнее, чем для кровель с наличием чердака.
Различные источники приводят данные по снижению энергозатрат после выполнения вышеуказанных работ в достаточно широком диапазоне – от 30% до 70%. Если остановиться на среднем показателе в 50%, то согласитесь, приведенные данные впечатляют и дают направление для решения вопросов об очередности работ и необходимых средствах на их выполнение.
После выполнения необходимого комплекса работ по снижению теплопотерь самого здания, необходимо выполнить новый расчет тепловой нагрузки на систему отопления объекта, в котором будут учтены новые характеристики ограждающих конструкций, наличие застекленных балконов и новые реалии по количеству тепловыделений в современно оборудованных квартирах.
Да, фактор значительного увеличения тепловыделений от установленной бытовой техники в самих квартирах также должен быть учтен. Ведь во времена первоначальных расчетов старых домов учитывались тепловыделения от осветительных приборов, изредка работающих утюгов, маленьких холодильников, работающего только вечером одного телевизора и газовой плиты. Времена изменились, теперь в средне статистической квартире и осветительных приборов больше, а энергосберегающие лампы вкручены далеко не везде, и почти непрерывно работают как минимум телевизор и компьютер, и установлен большой холодильник, и периодически включается различная кухонная техника. И не надо думать, что все это «мизер», который можно не принимать во внимание. В среднем выделение тепла от одного компьютера составляет 300Вт, тепловыделения от других приборов приблизительно составляют 30% от их потребляемой мощности. В других источниках приводятся еще большие цифры.
Только после произведенного расчета можно приступать к реконструкции теплового пункта. И эта реконструкция должна состоят не из установки теплового счетчика, как это записывалось во всех принимаемых доныне программах, а должна быть проведена с заменой существующей технологической схемы, полной заменой всего оборудования и коммуникаций в пределах теплового пункта.
Почему речь идет о такой глобальной реконструкции?
Тепловые пункты старых домов выполняли только одну функцию – снижение до безопасного значения температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления, поскольку теплоноситель тепловой сети имел высокие температуры и мог вызвать ожоги при непосредственном, без разбавления более холодной водой, поступлении в трубопроводы внутри здания и отопительные приборы. Все оборудование, которое для этого требовалось, - это так называемые «элеваторные узлы», которые за счет своей конструкции (наличие сопла) подмешивали обратный теплоноситель к подающему и тем снижали температуру теплоносителя, поступающего в домовую систему. Исходя из своей конструкции, эти устройства были не управляемыми и никак не влияли на температурные и гидравлические режимы системы отопления здания. Эти режимы полностью зависели от режимов тепловой сети.
Температурные режимы тепловой сети и тогда и сейчас предусматривают так называемое «погодное регулирование» или регулирование по расчетному «Графику температур сетевой воды». В соответствии с этим графиком температура теплоносителя зависит от температуры наружного воздуха. Учитывая достаточно большую длину трасс и потери в них тепловой энергии, расчетные графики температур сетевой воды от централизованных источников предусматривают высокие максимальные температуры теплоносителя. Наиболее используемые из них – это 150/70 °С и 130/70 °С (первая цифра – максимальная температура подающего теплоносителя, вторая – максимальная температура обратного).
Максимальные температуры подающего и обратного теплоносителя соответствуют максимально низкой расчетной температуре наружного воздуха для данной местности. Далее, согласно графику, более высокие температуры наружного воздуха соответствуют более низким температурам теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах сети.
Однако, в реалиях теплогенерирующие кампании никогда не придерживались расчетных графиков. При низких температурах наружного воздуха температуры теплоносителя занижены по сравнению с графиком. Это экономит топливо. А в теплые периоды температуры теплоносителя завышены, что связано с необходимостью подачи потребителям теплоносителя с температурой, при которой можно нагреть воду в системах горячего водоснабжения, и сложностью регулирования работы котельных на низкой производительности.
Как эти факторы отражаются на температурных режимах домовых систем отопления оборудованных элеваторными узлами? Т.к. элеваторный узел никак не может реагировать на изменяющиеся условия во внешней среде и в самой системе отопления, он был рассчитан на самые худшие условия, т.е. с запасом. Поскольку в течение отопительного периода худшие условия длятся относительно недолго, то все остальное время такой тепловой пункт подает в квартиры избыточное количество тепловой энергии, а жильцы реагируют на это открытием форточек или окон. Хотя разумнее было бы ограничивать, хотя бы вручную, подачу теплоносителя в отопительные приборы. Но в старом жилом фонде этим никто не пользуется, т.к. краны, отсекающие батареи от стояков, во-первых ничего не регулируют, их трудно «приоткрыть/призакрыть» т.к. конструкция для этого не предназначена, во-вторых они давно уже так «прикипели», что сдвинуть с места их невозможно. Но может быть это и хорошо, что мы так не регулируем теплопоступления в нашу квартиру от элеваторных узлов, что у нас на батареях не установлены автоматические терморегулирующие вентили? Такое массовое регулирование тепловых режимов в системах с элеваторными узлами без регуляторов давления и балансировочных вентилей привело бы к другой проблеме – проблеме поддержания гидравлических режимов в системах отопления.
В настоящее время нормативным документом, регламентирующим организацию систем отопления зданий, а именно ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціонування» установка элеваторных узлов, в том числе и регулируемых (попытки сделать элеваторные узлы регулируемыми ни к чему не привели), запрещена. А ведь в сотнях тысяч домов по всей стране такие элеваторные узлы продолжают подавать нам тепло.
Взамен элеваторного узла на объекте должна быть выбрана подходящая для данного здания схема приготовления теплоносителя. Уже упомянутый выше ДБН указывает:
- систему отопления, подающую теплоноситель до 12-ого этажа, рекомендуется организовывать по схеме с независимым присоединением к тепловой сети;
- систему отопления, подающую теплоноситель на 12-й этаж и выше, необходимо организовывать по схеме с независимым присоединением к тепловой сети.
Почему организация присоединения по независимой схеме предпочтительнее? Какие еще бывают схемы присоединения?
Схем присоединения всего две – зависимая и независимая.
Зависимая схема предусматривает, что теплоноситель, который подается от источника теплоснабжения, и теплоноситель, который подается в отопительные приборы, это та же самая вода, только с разной температурой. Идея та же, что и у элеваторного узла. Уменьшение температуры достигается за счет подмешивания к подающему теплоносителю системы отопления (теплоснабжения) обратного теплоносителя в нужной пропорции, т.е. пропорции, при которой температура теплоносителя во внутреннем контуре будет соответствовать температуре заданной температурным графиком данной системы при соблюдении постоянства расхода воды во внутреннем контуре. Для дозированного подмешивания обратного теплоносителя к подающему между этими трубопроводами организуется перемычка, в подающем трубопроводе устанавливается 2-х или 3-х ходовой (смесительный) регулирующий клапан, подключенный к контроллеру, управляющему данной системой. В образовавшемся циркуляционном контуре также должен присутствовать насос, что позволит подмешать обратный теплоноситель с меньшим давлением к подающему теплоносителю, который имеет большее давление. В большинстве схем такой насос устанавливается в обратном трубопроводе.
В независимой системе вместо перемычки между подающим и обратным трубопроводами устанавливается промежуточный теплообменник, в котором теплоноситель, поступивший из наружной сети, нагревает теплоноситель, который подается во внутренние системы здания. Таким образом, теплоноситель из внешней сети циркулирует только в пределах теплового пункта, а теплоноситель системы отопления (теплоснабжения) – это отдельный циркуляционный контур с насосом. Количество сетевого теплоносителя, необходимого для нагрева теплоносителя внутреннего контура до температуры соответствующей заданной температурным графиком, подается к теплообменнику через 2-х ходовой регулирующий клапан, подключенный к контроллеру, управляющему данной системой.
Хочу обратить внимание, что в качестве теплообменника в независимой системе может быть установлен только скоростной пластинчатый, а не кожухотрубный теплообменник. Тому есть ряд причин.
Во-первых, коэффициент теплопередачи пластинчатых по сравнению с традиционными кожухотрубными в три раза выше. Что позволяет снизить количество теплоносителя, подаваемого на нагрев внутреннего контура. А это в свою очередь уменьшает диаметры труб и заорной арматуры, т.е. удешевляет систему.
Во-вторых, занимаемая ими площадь при равных мощностях в 3-4 раза меньше.
Правда, в последнее время стали появляться современные кожухотрубные теплообменники, оснащенные трубками, профилированными таким образом, чтобы рост гидравлического сопротивления ненамного превышал рост теплоотдачи вследствие применения турбулизаторов потока. Это достигается накаткой на внешней поверхности трубы кольцевых или винтообразных канавок, вследствие образования которых на внутренней поверхности трубы образуются плавно очерченные выступы небольшой высоты, интенсифицирующие теплоотдачу в трубах. Данная технология, в дополнение к таким важным показателям как высокая надежность даже при гидравлическом ударе и меньшая стоимость, дает кожухотрубному оборудованию дополнительные преимущества по сравнению с пластинчатыми аналогами. Но это преимущество исчезает при первой промывке такого теплообменника, так как очистка внутренних поверхностей трубок с винтообразными канавками практически невозможна и ведет к быстрому выходу такого теплообменника из строя.
Для заполнения внутреннего контура независимой системы используется обратный теплоноситель тепловой сети. Поскольку в процессе работы внутренний контур может частично опорожняться, то в такой системе организуется автоматическая подпитка. В зависимости от значений давлений в обратных трубопроводах внешнего и внутреннего контуров системы в подпиточном трубопроводе устанавливаются только запорная арматура с приводом, подключенным к контроллеру, или запорная арматура с приводом и насос.
Как видно из описания схем присоединения, зависимая и независимая схемы присоединения оборудуются регулирующим клапаном и циркуляционным насосом. Но, в независимой системе дополнительно устанавливается теплообменник. Это конечно делает такую систему более высокой по стоимости, но создает определенные преимущества.
Как и в случае с элеваторным узлом, запуская теплоноситель тепловой сети в систему отопления, мы начинаем зависеть не только от гидравлических режимов самой системы, но и от гидравлических режимов тепловой сети. Т.е. количество факторов нестабильности увеличивается и усложняется процесс поддержания стабильного гидравлического режима. В независимой схеме присоединения внутренний контур теплообменника, т.е. наша система отопления, гидравлически никак не связан с внешним контуром, т.е. тепловой сетью, и гидравлический режим внутреннего контура поддерживать проще.
Для поддержания гидравлического режима систем устанавливаются насосы с частотно регулируемым приводом и встроенным регулятором давления, регуляторы давления и перепада давления, автоматические балансировочные вентили. Все эти устройства, за исключением насосов, являются так называемыми регуляторами «прямого действия» и никак не связаны с системой автоматического управления тепловым пунктом, которая предназначена для поддержания температурных режимов системы.
Итак. Только после того, как мы снизим теплопотери, приведя в порядок свои дома, поменяем в этих домах технологические схемы приготовления воды для систем отопления, установим в этих правильных схемах качественное, правильно рассчитанное оборудование, мы создадим предпосылки для организации систем автоматического управления, которые позволят не только правильно управлять теплоиспользующими системами, а и обеспечат реальную экономию тепловой энергии при поддержании необходимых комфортных условий в помещениях.
И это будет темой нашего следующего урока. А, установленные в этих системах в обязательном порядке узлы учета, будут измерять расходуемую тепловую энергию и конст