Современные решения в централизованном теплоснабжении
Опубликовано: 27 июля 2010 г.
662
Е. Груздева
История отечественного централизованного теплоснабжения в России берет свое начало в 1903 г. Именно в это время в Санкт-Петербурге по проекту профессора В.В. Дмитриева и инженера Л.Л. Гинтера была сооружена первая теплофикационная система, которая использовала отработанный пар турбины местной электростанции для отопления 13 корпусов детской больницы (ныне – больница имени К.А. Раухфуса).
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
С того времени отечественная теплоэнергетика прошла большой путь развития. В итоге к концу 50-х гг. прошлого века в стране создана структура теплоснабжения, характеризующаяся высокой степенью централизации. Для своего времени она была передовой и позволила в кратчайшие сроки решить проблему обеспечения теплом быстрорастущие города и промышленные центры. Основу отечественной системы теплоснабжения до последнего времени составляли 485 ТЭЦ, около 6500 котельных мощностью более 20 Гкал/ч, 180 тыс. котельных малой мощности, сотни тысяч индивидуальных установок, свыше 200 тыс. км теплораспределительных сетей. Эта инфраструктура довольно успешно управлялась, поддерживалась на работоспособном уровне и развивалась. К сожалению, сегодня она сильно изношена, неэффективно управляется, и поэтому довольно затратна.
В последнее время в профессиональных кругах наметилась тенденция сомневаться в перспективности дальнейшего развития и даже сохранения в городах России централизованного теплоснабжения. В качестве аргументов указывается, что децентрализация позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного, обслуживаемого ею объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспортировке теплоносителя. Но позволяют ли перечисленные факторы рассматривать индивидуальное отопление в качестве безальтернативного технического решения? Необходимо понимать: полный отказ от традиционного для нашей страны централизованного теплоснабжения недальновиден, да и невозможен, поскольку в России около 80 % городского фонда снабжается теплом от централизованных источников. Кроме того, следует учесть, что значительная часть электроэнергии у нас вырабатывается на ТЭЦ.
Для того чтобы добиться современной эффективности централизованного теплоснабжения и в нашей стране, необходимо реконструировать существующее отопительное хозяйство в соответствии с современными технологиями.
Независимая система теплоснабжения
Практически во всех развитых странах в системах центрального отопления и горячего водоснабжения наиболее часто применяется так называемая независимая система теплоснабжения, предусматривающая подсоединение к тепловой сети объектов посредством индивидуальных теплопунктов (ИТП). При этом вода тепловой сети не циркулирует в отопительных приборах потребителя. Тепловая сеть и контур потребления отделены друг от друга, в них поддерживается разное давление. Тепловая энергия передается к воде контуров потребителя исключительно через теплообменники. Подобная схема применима и к группе зданий.
Стоит отметить, что даже там, где ранее использовались зависимые системы теплоснабжения, как, например, в России, в настоящее время в связи с программами реконструкции и перевооружения объектов ЖКХ происходит переход к независимым системам. Так, удачный опыт существует в подмосковном Долгопрудном, где ряд новых жилых комплексов подключены к тепловой сети с помощью ИТП.
Для поставщика тепловой энергии (ТЭЦ) экономическая выгода от использования независимой системы также очень ощутима. Улучшается режим работы тепловой сети, повышается эффективность систем автоматического регулирования, имеется возможность контроля за всей тепловой сетью и поддержания ее в порядке. Возможные утечки в сети потребителя не приводят к расходу специально подготовленной (умягченной и деаэрированной), а значит, дорогой воды из котельной. При этом потери воды тепловой сети незначительны, снижается до минимума расход подпиточной воды, как следствие – снижаются расходы на водоподготовку, существенно уменьшается опасность коррозии тепловых сетей.
Опыт реконструкции теплосетей с использованием независимых схем накоплен также в Дубне. Здесь на средства Международного банка реконструкции и развития (МБРР) осуществлено полное перевооружение ряда коммунальных сетей. В городе обновлены или вновь пущены котельные и ИТП. Все они оснащены новым энергоэффективным оборудованием – теплообменниками Alfa Laval, насосами Grundfos, современной запорной арматурой Danfoss. В результате реализации первого этапа этого проекта только благодаря снижению потерь в сетях экономия за два года достигла почти 3 млн руб., а суммарное уменьшение затрат в результате реконструкции (за счет падения энергопотребления) составило 5,5 млн руб. (рис. 1).
Снижение потерь уменьшает и расходы на отопление, которые с ростом цен на энергоносители становятся все заметнее для населения. Добавим, что, кроме прочих выгод, независимая схема организации централизованного теплоснабжения дает возможность потребителю устанавливать в квартирах радиаторы и конвекторы, рассчитанные на более низкое (2–6 бар) давление. Следует учесть, что они значительно дешевле приборов, работающих под давлением 10–16 бар.
Энергоэффективное оборудование
Организационно ИТП представляет собой комплект теплораспределительного оборудования, главные компоненты которого – теплообменники контуров отопления и горячего водоснабжения, циркуляционные насосы, а также запорная арматура и контрольно-измерительная аппаратура. Из широкого перечня изделий лучшими характеристиками обладают пластинчатые теплообменники, например, фирм Alfa Laval (Швеция) или Funke-TKM (Германия). Они легко разбираются для обслуживания и ремонта (речь идет о разборных моделях), что чрезвычайно важно, учитывая качество теплофикационной воды в российских сетях. Конструкция подобных устройств полностью исключает возможность попадания воды тепловой сети в воду контура горячего водоснабжения. Аналогичные теплообменники устанавливаются на большинстве строящихся сегодня современных зданий, например, на объектах «Москва-Сити» («Башня-2000»), в жилых микрорайонах (московский комплекс «Корона», новые кварталы массовой застройки в подмосковных Люберцах), крупных торговых центрах («Атриум» и др.).
Важнейший элемент ИТП – насосное оборудование, от надежности и эффективности которого будет зависеть вся работа системы теплоснабжения здания в целом. В целях оптимизации энергозатрат желательно применять современное экономичное оборудование с регулируемым приводом. По некоторым данным, установка насосных агрегатов с частотно-регулируемыми электродвигателями позволяет сэкономить до 50 % потребляемой электроэнергии.
Для примера проведем сравнительный расчет энергопотребления насосного оборудования, предназначенного для системы отопления реконструируемого здания площадью 80 тыс. м2. Потребная тепловая мощность объекта составляет 6 МВт; температура в прямой и обратной линии 90 и 50 °С соответственно.
Расчетным путем для здания определены параметры насосной группы системы теплоснабжения: требуемые расход – 129 м3/ч и напор – 18 м. Согласно этим значениям подобраны две комбинации насосов – нерегулируемая и регулируемая.
В первую вошли один нерегулируемый рабочий и один резервный насосы (подобраны консольные агрегаты Grundfos серии NK 100-250/245 с двигателем мощностью 11 кВт).
Во вторую – два регулируемых рабочих насоса и один резервный (Grundfos, ТРЕ 80-240, мощность двигателя – 5,5 кВт, исполнение – «в линию»).
С учетом того, что расход в системе не бывает постоянным, при расчете годового энергопотребления были получены сравнительные показатели, представленные в табл.
Бόльшую часть времени насосы работают при средних и малых расходах в системе отопления (рис. 2). Очевидно, что система с регулируемыми насосами существенно экономичнее. Даже с учетом того, что агрегаты с частотно-регулируемыми электродвигателями дороже обычных, экономия, особенно хорошо ощутимая при долгом сроке службы насосного оборудования, быстро нивелирует разницу. Добавим: производители современных насосных агрегатов при проектировании уделяют большое внимание увеличению срока службы своей продукции и уменьшению времени на ее техническое обслуживание. Как правило, насосы с частотными преобразователями можно подключить к единой системе управления инженерным оборудованием здания.
«Теплый пол» как возможность совершенствования централизованного отопления
Один из недостатков, присущих отечественной системе централизованного теплоснабжения, – относительно высокая температура теплоносителя, возвращаемого к источнику тепла. В отдельных случаях к ТЭЦ возвращается около половины изначально выдаваемой ею тепловой энергии.
Каким образом можно использовать энергию обратного теплоносителя, если ее недостаточно для дополнительной нагрузки в виде общепринятой системы радиаторного отопления зданий? Специалисты видят выход из ситуации в подключении к обратному трубопроводу дополнительных низкотемпературных потребителей типа «теплый пол». Такая система работоспособна при температуре теплоносителя в тепловой сети 30–40 °С, и ее использование дает техническую возможность подключать дополнительных пользователей к централизованной системе теплоснабжения в условиях дефицита тепловых мощностей и изношенности городской сети.
Принцип организации теплоснабжения в данном случае будет следующим (рис. 3). Высокотемпературный (до 150 °С) теплоноситель, транспортируемый по прямому магистральному трубопроводу 1, передает через ИТП тепло (90 °С) в общепринятые радиаторные системы отопления 3. В обычном случае, пройдя по контурам этих потребителей, теплоноситель поступает в обратный магистральный трубопровод 2 с температурой около 40–70 °С для его возврата к источнику, где происходит его догревание с последующей подачей обратно в прямую магистраль. Однако переносимой им тепловой энергии достаточно для работы низкотемпературной системы отопления. Подать воду из «обратки» тепловой сети в контуры «теплого пола» 5 можно с помощью специального насоса 4. Далее теплоноситель, теперь имеющий более низкую температуру, поступает в тот же обратный трубопровод, не изменяя существующий график работы тепловой сети.
Отметим: благодаря повышенному уровню комфорта, обеспечиваемому напольным отоплением, популярность таких систем непрерывно растет. При этом применение «теплого пола» снижает расходы на обогрев, так как благодаря равномерному распределению тепла в помещении можно поддерживать более низкую температуру и в радиаторных системах. Экономия расходов на отопление составляет 10–30 %. Данная технология соответствует федеральным законам, ГОСТам и СНиПам, а также программам по энергосбережению, но пока ее внедрение в городских многоквартирных домах сталкивается в нашей стране с определенными трудностями.
Зарубежный и российский опыт подсказывает, что при использовании современных технологий в комплексе с новаторскими техническими решениями есть реальная возможность превратить отечественную систему централизованного теплоснабжения в эффективную инфраструктуру, способную экономично и без потерь обеспечить население страны достойным комфортом.
Мировой опыт
Сегодняшние проблемы отечественной теплофикации могут навести на мысль, что способ централизованного теплоснабжения невыгоден сам по себе. Однако существующий европейский опыт свидетельствует об обратном. Так, в Дании, во многом под влиянием советского опыта, решено взять за основу жилищной инфраструктуры именно централизованное теплоснабжение. В результате реализации государственной программы доля систем централизованного теплоснабжения в обеспечении теплом датских городов составила до 90 %. К тепловым сетям Дании подключено свыше 500 тыс. когенерационных установок, обеспечивающих теплом и светом более 1 млн зданий и промышленных сооружений. При этом потребление энергоресурсов на 1 м2 площади объектов сократилось в два раза. В чем же причина такого успеха? Ответ достаточно прост: высокая эффективность датской инфраструктуры обусловливается ее повсеместной ориентацией на ресурсо- и энергосбережение, а также высокой степенью автоматизации и регулирования процессов на стадиях выработки, распределения и доставки до потребителей тепловой энергии.
Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 1(35) 2007