Малозатратне рішення по ліквідації перетопів в системах опалення

Малозатратне рішення по ліквідації перетопів в системах опалення

В.К. Ільїн, Заслужений енергетик Росії, директор НП «Група Тепло», м.Москва

Вступ

На сьогоднішній день в Росії прийнята централізована система теплопостачання, при якій тепло виробляється на ТЕЦ або в котельнях, а перетворення його до потрібних параметрах для мереж опалення та гарячого водопостачання (ГВП) проводиться в теплових пунктах. Максимальна температура в теплових мережах може досягати 130 ^ 150 Про С, мінімальна не може бути нижче 70-80 Про С. Системи опалення в будинках допускають максимальну температуру не вище 95 (105) О С, а мінімальна температура повинна знижуватися до 18 ^ 20 Про С. Для зниження температури більшість будівель підключається до теплових мереж через змішувальні пристрої - елеваторні вузли. До переваг елеваторів відноситься низька вартість, абсолютна надійність, відсутність витрат на експлуатацію і потреби в електроенергії. Недоліком елеватора є неможливість оперативного зміни коефіцієнта змішання, що призводить до осінньо-весняним Перетоплять, коли температура в тепловій мережі перевищує розрахункову для систем опалення на 30 - 40 Про С. Для прикладу в г Москві період Перетоплять становить 40% опалювального сезону, і на Перетоплять йде 10-15% річної витрати тепла на опалення.

Системи опалення будівель гідравлічно дуже нестійкі і вимагають постійного по величині витрати води. Зміна витрати веде до гідравлічної разрегуліровка системи, коли теплоносій припиняє надходити в окремі стояки і опалення підключених до них квартир просто припиняється. Звідси випливає, що регулювати (скорочувати) подачу тепла на опалення будівель в цілому можна тільки зміною температури теплоносія, але не витратою.

Регульований елеваторний вузол

Пропоноване технічне рішення - регульований елеваторний вузол (рис. 1) - дозволяє повністю ліквідувати Перетоплять, але при цьому зберігає всі достоїнства елеваторного вузла, не вносить збурень в роботу системи опалення та вимагає мінімальних витрат на впровадження і обслуговування.

Основні особливості:

? скорочення витрат тепла на опалення в осінньо-весняний період;

? постійну витрату теплоносія в системі опалення в усіх режимах роботи;

? безаварійна робота системи опалення при перебоях в подачі електроенергії або виходу з ладу обладнання;

? мінімальне споживання електроенергії в режимі регулювання;

? мінімальний набір обладнання;

? графік відпустки тепла - будь-який, включаючи програмне регулювання.

Схема включає в себе існуючі на вводі в будівлю елеватор (Е) і регулятор наявного напору перед елеватором (РПД).

Додаткове обладнання: перемичка, паралельна елеватору- підмішуючий насос (ПН) з частотно-регульованим електроприводом (ЧРП) - зворотний клапан (ОК) - контролер, керуючий роботою системи-датчики температури на опалення Т3 і зовнішнього повітря Тнв.

Робота регульованого елеваторного вузла

При дотриманні температурного графіка на вводі в будівлю підмішуючий насос відключений, і елеватор працює в штатному режимі. Зворотний клапан запобігає перетікання теплоносія із вхідного теплопроводу в зворотний. При завищенні температури на опалення Т3 щодо графіка, включається підмішуючий насос, який поступово нарощує обороти, виходячи в режим підмішування зворотної води G ^^ в трубопровід лінії, температура перед елеватором знижується, температура теплоносія на опалення Т3 приводиться у відповідність з опалювальним графіком. Одночасно прикривається регулятор наявного напору, скорочуючи витрати води з тепломережі G1. Сумарна витрата води через сопло елеватора G-i і витрата води в системі опалення G3 залишаються постійними.

При пропажі електроенергії підмішуючий насос відключається, і елеватор працює в штатному режимі. Автоматичного регулювання при цьому не відбувається, але аварійним режим виключається.

Область роботи регульованого елеватора: періоди осінньо-весняній зрізання опалювального графіка (для всіх будівель) - зниження температури на опалення в нічний час і вихідні дні для адміністративно-громадських будівель. На рис. 2 показаний графік регулювання для житлових будинків і адміністративних будівель, де зона регулювання показана зеленим кольором. Конкретний закон регулювання задається автоматичним регулятором.

При модернізації існуючого елеваторного вузла система може бути доповнена теплолічильником з пристроєм збору і передачі даних по каналах зв`язку, що дозволяє контролювати і управляти роботою системи з диспетчерського пункту.

стендові випробування

Критерій нормальної роботи регульованого елеваторного вузла - дотримання постійної витрати води в системі опалення G3 при зміні витрати води, підмішують насосом, від 0 до розрахункового з одночасним зменшенням витрат G1 від розрахункового до 0. Це відповідає зміні температури води перед елеватором від Т1 до Т4 або витраті тепла на систему опалення від розрахункового до нульового.

До установки на об`єкт регульований елеватор був випробуваний на гідравлічному стенді, схема якого показана на рис. 3.

Стенд представляє з себе замкнутий кільце з мережевим насосом (СН), що імітує наявний напір в тепловій мережі. В кільце врізані елеватор, регулятор наявного напору (РПД), підмішуючий насос (ПН) з регульованим електроприводом (ЧРП), зворотний клапан (ОК). Регулюючий клапан (РК) імітує опір системи опалення. Стабільний гідравлічний режим підтримується пристроєм підживлення (УП).

Вимірювалися і фіксувалися такі параметри.

1. Витрата:

? мережної води G1;

? води через сопло елеватора G-i;

? води в системі опалення G3;

? води на підмішування елеватора G4 sm;

? води, підмішують насосом G4нас;

2. Тиск:

? мережеве Р1;

? перед елеватором Р- [;

? в зворотній лінії Р2;

? після підмішують насоса Рн.

? Умови роботи:? P = Р1-Р2 = const- G? = G1 + G4нас = const- G3 = G1? + G4ел = const- G4нас = var- G1 = var.

? Наявний напір перед елеватором? Р задавався регулятором РПД. Витрата води, підмішують насосом, задавався зміною частоти обертання насоса.

? Результати гідравлічних випробувань наведені на рис. 4.

? При частоті електричного струму на ЧРП від 0 до 41 Гц напір, що розвивається насосом, нижче наявного напору перед елеватором (Рн <Р1>1 і в системі опалення G3 залишаються незмінними.

При частоті 44 Гц РПД повністю закривається і витрата G1 падає до 0, в системі циркулює тільки зворотна вода. При зниженні частоти процес повторюється в зворотному порядку.

Таким чином, для даного об`єкта (стенду) в зоні від 41 до 44 Гц витрата мережної води Gi змінюється від розрахункового до нуля, витрата підмішують води G ^ змінюється від нуля до розрахункового, витрати води на підмішування елеватора G4 sm і в системі опалення G3 залишаються постійними, тобто схема повністю відповідає заданим умовам.

Перший досвід

До початку періоду весняного Перетоплять регульований елеватор був встановлений на системі опалення 6-поверхової будівлі з розрахунковою опалювальної навантаженням 0,67 Гкал / год. У неавтоматизованому режимі були зняті теплові і гідравлічні характеристики системи опалення з елеватором (рис. 5-6).

Як випливає з рис. 5, змінюючи частоту обертання підмішують насоса, ми можемо змінювати температуру перед елеватором від Т1 до Т4. при цьому, відповідно заданому коефіцієнту змішування, змінюється температура в системі опалення Т3 від розрахункової Т1 до мінімальної Т4. За таким же законом змінюється витрата тепла на опалення від розрахункового (для Т1 = 72 О С) і практично до нуля.

Гідравлічні характеристики (рис. 6), отримані на об`єкті, повністю ідентичні отриманим на стенді (з урахуванням гідравлічного відмінності стенду і об`єкта).

Залежно від частоти обертання насоса, витрата мережної води G1 зменшується від розрахункового до нульового, витрата підмішують води G4нас збільшується від нульового до G3, наявний напір? Р = Р1? -P2, див. Рис. 3) і витрата води в системі опалення G3 залишаються постійними.

В початку квітня 2010 р система опалення адміністративної будівлі була переведена в автоматичний режим.

Характеристики будівлі:

? розрахункове навантаження на опалення - 0,67 Гкал / год;

? витрата води на опалення - 26,5 м 3 / год;

? витрата мережної води на опалення - 8,3 м 3 / год;

? гідравлічний опір - 2 м в.ст .;

? система була підключена через елеватор № 5, діаметр сопла 10,5 мм, розрахунковий напір перед елеватором - 28,7 м в.ст.

Використане обладнання:

? моноблочний насос малошумний КМ 40-32- / 180а / 2-5,7: G = 8,8 м 3 / год, H = 40 м в.ст. N = 2,2 кВт;

? регулятор перепаду тиску РА-М: Ку = 16 м 3 / год,? Рpег = 1 ^ 4 кгс / см 2;

? перетворювач частоти FR ^ 740-080 ^ 0 потужністю 3 кВт;

? регулюючий прилад «ЕЛТЕКО».

Завдання випробувань:

1. Перевірка працездатності автоматизованої системи відпустки тепла;

2. Регулювання температури води на опалення в період зрізання температурного графіка Той = ПТнв);

3. Підтримка стабільного витрати води в системі опалення в усьому діапазоні регулювання.

Умови випробувань: температура зовнішнього повітря Тнв змінювалася від -5 до +15 ° C- температура мережної води ТТС стабільна 70 ^ 75 ^.

Автоматизована система регулювання відпрацювала фактично весь місяць і показала високу надійність і стабільність роботи. При низьких нічних температурах система автоматично відключалася, і елеватор працював в штатному режимі, при підвищенні температури зовнішнього повітря система включалася і виходила в режим підтримки температурного графіка, при температурах вище +15 ^ подача мережної води на будівлю практично повністю припинялося.

На рис. 7-8 наведено графіки роботи системи в період з 18 по 21 квітня 2010 р

Економічна ефективність

Розрахункова економічна ефективність:

? витрати на обладнання регульованого елеваторного вузла для житлового будинку на 200 квартир, розрахункова опалювальна навантаження якого 0,5 Гкал / год, складають 200 тис. руб .;

? розрахункове скорочення витрат тепла на опалення становить 10% річної витрати теплової енергії, що становить 125 Гкал або 161,38 тис. крб.- розрахунковий термін окупності складає 1,5 опалювальних сезони (осінь, весна, осінь);

? для адміністративно-громадських будівель такої ж потужності додаткова економія за рахунок зниження витрат тепла в неробочий час - 15%, що становить 190 Гкал або 245,1 тис. крб.- розрахунковий термін окупності складе 0,8 опалювального сезону (осінь, половина весни) .

Фактична ефективність для даної будівлі.

Згідно рахунках, виставленим теплопостачальною організацією, в березні 2010 р витрата тепла на ЦТП склав 210 Гкал, в квітні 2010 р

- 90 Гкал. Щомісяця 35 Гкал витрачається на потреби ГВП, отже, на опалення пішло в березні 2010 р 175 Гкал, в квітні 2010 р 55 Гкал. Подає температура в тепломережі в березні 2010 р була 93,05 О С, в квітні 2010 р 73,3 О С, розрахунковий перепад температур на опалення для Т1 = 93 О С становить 13 О С, а для Т1 = 73 О С становить 8 О С, витрата теплоносія в системі опалення не змінювався. Отже, за відсутності автоматичного регулювання витрати тепла в квітні повинен був скласти: Qапр = (Qмарт /? Tмa рт).? Ta? р = (175/13) .8 = 107,6 Гкал. Фактичні витрати теплової енергії на опалення в квітні 2010 р склав 55 Гкал.

Таким чином, за рахунок регулювання витрати тепла на опалення зекономлено 52,6 Гкал, що при тарифі +1291 руб. / Гкал склало 67,9 тис. Руб.

Витрати на обладнання автоматизованого елеваторного вузла в даному випадку склали 100 тис. Руб. отже на цьому об`єкті система окупить себе за 2 місяці роботи або за один опалювальний сезон (весна + осінь).

висновки

1. Проведені стендові і натурні випробування автоматизованого елеваторного вузла повністю підтвердили працездатність системи і її ефективність при регулюванні витрати тепла на опалення будівель.

2. Систему відрізняє висока надійність обладнання, низька вартість комплектуючих, мінімальні трудовитрати на дообладнання існуючого елеваторного вузла, швидка окупність.

3. З урахуванням вищесказаного система може бути рекомендована до масового впровадження в житлових і адміністративно-громадських будівлях з залежним приєднанням систем опалення як один з ефективних заходів з енергозбереження в ЖКГ.