Обоснование эффективности применения автоматизированных тепловых пунктов для решения основных проблем теплоснабжения Санкт-Петербурга

26 января 2016 г. на основании распоряжения Правительства РФ № 80-р утверждена Стратегия развития жилищно-коммунального хозяйства в Российской Федерации на период до 2020 года. Стратегия развития разработана в соответствии с Конституцией Российской Федерации, Федеральным законом «О стратегическом планировании в Российской Федерации», целевыми показателями и задачами, определенными в Указе Президента Российской Федерации от 7 мая 2012 года № 600 «О мерах по обеспечению граждан Российской Федерации доступным и комфортным жильем и повышению качества жилищно-коммунальных услуг». В данных нормативных актах четко указаны цели государственной политики в сфере горячего водоснабжения и теплоснабжения. В частности, предусматривается поэтапный переход от использования открытых систем теплоснабжения к использованию закрытых систем теплоснабжения для решения задач ресурсов и энергосбережения в системах теплоснабжения и обеспечению населения горячей водой в соответствии с санитарно- эпидемиологическими нормами, при минимальных расходах и потерях холодной воды и тепловой энергии.

Так, в статью 29 Федерального закона «О теплоснабжении» внесены изменения, согласно которым запрещено подключение новых потребителей к централизованным открытым системам теплоснабжения, а с 1 января 2022 г- использование всех таких систем.

В этой связи, актуальным и востребованным решением поставленных Правительством задач является внедрение поэтапно и повсеместно автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) в блочно-модульном исполнении при новом строительстве и при реконструкции уже имеющихся зданий и сооружений. Блочно-модульный АИТП представляет собой собранные на раме в общую конструкцию отдельные функциональные узлы в комплекте с приборами и устройствами автоматического управления и регулирования. Изготовление АИТП осуществляется в заводских условиях и поставляется на объект строительства в виде модульной разборной конструкции, где производится подключение к системе теплоснабжения и выполняется необходимый электромонтаж.

Принципиальная схема индивидуального теплового пункта представлена на рис.1

Главная задача АИТП – принять теплоноситель от тепловой сети или локального источника, преобразовать его параметры, распределить тепловую энергию между потребителями. Как правило, вместе с АИТП для учета теплоносителя монтируется и узел учета тепловой энергии. Индивидуальный тепловой пункт в блочно-модульном исполнении состоит из нескольких обязательных элементов. Это:

  • Приборы автоматики (контролеры) и управления
  • Циркуляционные насосы систем ГВС и отопления
  • Теплообменные аппараты
  • Запорная и регулирующая арматура
  • Сетчатые фильтры, КИП.
  • Узел учета

Подробнее по каждому из обязательных элементов АИПТ:

  • Контролер – основной элемент, «мозг» ИПТ. Он управляет работой насосов, клапанов и регуляторов в зависимости от температуры наружного воздуха, времени года, назначения здания и других заданных потребителем параметров, контроллер обеспечивает возможность погодной коррекции температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления; постоянную температуру воды в системе ГВС; программирование различных температурных режимов по часам суток и дням недели; ограничение максимальных и минимальных значений регулируемых температур теплоносителя и горячей воды; контроль по заданному погодозависимому графику температуры теплоносителя, возвращаемого в тепловую сеть системы теплоснабжения; остановку систем отопления на лето с кратковременными периодическими включениями насосов и регулирующих клапанов; управление циркуляционными насосами с защитой их от сухого хода.
  • циркуляционные насосы систем ГВС и отопления.

В настоящее время все большую популярность и заслуженно приобретают сдвоенные насосы с частотным регулированием. Сдвоенность обеспечивает повышенную надежность в режиме работы одного насоса благодаря наличию постоянно готового к работе резервного агрегата. Особенность системы с частотным регулированием заключается в возможности менять производительность насосного оборудования благодаря регулировке частот. Изменяется только частотное вращение, момент остается тем же, этот способ регулирования отлично обеспечивает плавную работу. Плавность важна для деталей и элементов насосной системы, увеличивается ресурсоемкость оборудования, напор всегда поддерживается в одном и том же состоянии. Частотное регулирование позволяет снизить расход электрической энергии и дает возможность автоматизировать процесс

  • Теплообменные аппараты. Как правило, это разборные пластинчатые теплообменники, также имеют место использование паяных пластинчатых теплообменников, но они все реже находят применение из-за своей низкой ремонтопригодности. Разборные теплообменные аппараты – это устройства, в котором происходит передача тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому через стальные гофрированные пластины, стянутые в пакет. Так же применяются пластины из титана и других агрессивно стойких материалов. В качестве уплотнения используют резиновые прокладки из EPDM, NBR, Viton.
  • Основные характеристики:
    Рабочая температура, °С от –30 до +200
    Рабочее давление, бар до 25
    Материал прокладок      EPDM, Nitrile/NBR, Viton
    Материал пластин  AISI 304, AISI 316, SMO 254, Titanium, Hastelloy C-276

    Материал пластин и прокладок для разборного пластинчатого теплообменника подбирается в зависимости от состава рабочей среды. Достоинства разборных теплообменных аппаратов - высокий коэффициента теплопередачи, удобство обслуживания, возможность изменения мощности, компактность и устойчивость к вибрации.

  • Запорная арматура - трубопроводная арматура, предназначенная для перекрытия потока перекачиваемой среды.  Имеет очень широкое применение в сфере тепло- и водоснабжения. Условно запорную арматуру можно разделить на следующие типы: краны, клапаны (вентили), задвижки, заслонки.  В кранах в качестве запирающего элемента используется шар с отверстием, вращающийся вокруг собственной оси. Запорные клапаны (вентили) отличаются тем, что запирающий элемент в них передвигается параллельно потоку.  Задвижки - очень распространенный вид запорной арматуры, представляют собой устройство, в котором поток перекрывается посредством передвижения запирающего элемента перпендикулярно потоку среды. И последний тип арматуры - заслонка или затвор. Здесь запирающим элементом является диск, поворачивающийся для перекрытия потока вокруг своей оси (как правило, на 90 градусов).

Регулирующая арматура используется для поддержки необходимых, заданных значений определенных технологических процессов благодаря регулированию расхода рабочих сред.

  • Обратный клапан – элемент трубопроводной арматуры, предназначенный для предотвращения изменения направления движения среды в технологической системе. Существует несколько основных типов обратных клапанов: шаровые обратные клапаны, обратные затворы, межфланцевые обратные клапаны, а также межфланцевые пружинные обратные клапаны.  Каждый из представленных типов арматуры имеет конструктивные особенности. В шаровом обратном клапане затвором служит шар с присоединенной к нему пружиной. В обратном затворе эту функцию выполняет так называемая "захлопка", которая при отсутствии потока закрывается под действием собственного веса. Межфланцевый обратный клапан - очень компактное устройство, дисковый затвор которого открывается и закрывается в зависимости от направления движения среды. И, наконец, в пружинных обратных клапанах затвором является диск с присоединенной прижимной пружиной.
  • Балансировочные клапаны - это трубопроводная дросселирующая арматура, предназначенная для обеспечения расчетного распределения потока по элементам трубопроводной сети или стабилизации в них циркуляционных давлений или температур. Балансировочные клапаны подразделяются на ручные и автоматические.
  • Предохранительный клапан - устройство, предназначенное для защиты от разрушения трубопроводов и оборудования избыточным давлением путем автоматического выпуска среды из системы при превышении допустимого давления. В сферах тепло- и водоснабжения, как правило, применяются пружинные предохранительные клапаны. В устройствах такого типа давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины. 1)
  • Фильтры. Для достижения требуемого качества перекачиваемой среды и защиту дорогостоящей автоматики от механических повреждений и загрязнения - используются фильтры. В теплоэнергетики широко применяются сетчатые фильтры с магнитными вставками, устанавливаемые перед расходомерами, регулирующей арматурой, насосами с "мокрым" ротором. Магнитная вставка фильтра служит для отбора металлических частиц, а сетка осуществляет дальнейшую механическую очистку среды.
  • Автоматика регулирования:
  • контроллер или электронный регулятор температуры– прибор, предназначенный для поддержания температуры теплоносителя в системах отопления и вентиляции пропорционально текущей температуре наружного воздуха или заданной температуры горячей воды системы ГВС;
  • Регулирующие клапаны с электроприводами – применяются в качестве исполнительных механизмов систем регулирования температуры. Управляющими устройствами для клапанов являются контроллеры;
  • Гидравлические регуляторы температуры, давления, перепада давления – являются регуляторами прямого действия, не требующими для их функционирования электрической энергии.
  • КИП – контрольно-измерительные приборы, входящие в состав теплового пункта: манометры, термометры, различные датчики.
  • Узел учета – комплекс приборов и устройств, обеспечивающих учет тепловой энергии, массы (объема) теплоносителя, а также контроль и регистрацию его параметров. Конструктивно узел учета представляет собой набор "модулей", которые врезаются в трубопроводы. В узел учета тепла входят: вычислитель, преобразователи расхода, температуры, давления, приборы индикации температуры и давления, а также запорная арматура.

Установка АИПТ позволяет решить следующие задачи:

  • Перейти к решению задач по уходу от открытого водоразбора и открытым системам теплоснабжения к закрытым системам теплоснабжения в соответствии со «Стратегия развития жилищно-коммунального хозяйства в Российской Федерации на период до 2020 года».

При этом систему отопления каждого объекта физически отделяют от магистрали. Делается это с помощью пластинчатых теплообменников. Такое решение позволяет обеспечить независимую циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

  • Обеспечить возможность получения воды системы ГВС в соответствии с санитарно-эпидемиологическими нормами. Системы ГВС в современных ИТП строятся по принципу подогрева водопроводной воды с помощью воды отопительной в пластинчатых теплообменниках, нужная температура обеспечивается за счет электромеханических клапанов, устанавливаемых на входе в теплообменник и управляемых с помощью. Такое решение позволяет подавать в ГВС чистую воду с заданной температурой
  • Уменьшить потери воды для ГВС и расход электроэнергии циркуляционными насосами на циркуляцию воды в системе ГВС
  • Регулировать в системах отопления по отопительному графику зависимость температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха; устранить возможности «перетопов»,
    программировать снижение расхода теплоносителя на отопление в ночное время, выходные и праздничные дни (нерабочее время);
  • Ограничивать температуру обратной сетевой воды по графику ее зависимости от температуры наружного воздуха в соответствии с требованиями теплоснабжающей организации в системах отопления;
  • Поддерживать температуру горячей воды в системах ГВС с возможностью снижения температуры в нерабочее время;
  • защиту от замораживания системы отопления.
  • коммерческий учет теплоносителей позволяет производить оплату за тепловую энергию только по показаниям узла учета тепла, а не по стандартным расчетным нормам потребления энергии.

Правильно спроектированный и смонтированный АИТП вместе с узлом учета тепловой энергии вместе с мероприятиями по повышению теплоизоляционных свойств здания – дают потребителю не только комфортную температуру в помещениях, но и значительную экономию тепловой энергии и средств. Ощутимый эффект экономии тепловой энергии в системах теплоснабжения (20-30%) достигается за счет автоматического регулирования теплопотребления. Именно эти задачи решаются с помощью установки ИТП с возможностью регулирования теплопотребления по желанию потребителей в зависимости от температуры наружного воздуха, назначения объекта и прочих влияющих факторов.

Экономия для объектов с установкой таких ИТП (потребителей) достигается за счет:

  • Компенсации инертности ЦТП или котельной в моменты изменения температуры наружного воздуха (погодное регулирование)
  • Возможности автоматического снижения температуры внутри здания в ночное время и в выходные дни (для административных зданий)
  • Индивидуальной регулировки системы отопления здания, которая приводит к снижению потребления системой тепловой мощности и поддержанию комфортного температурного режима
  • Регулирования температуры воды в системе ГВС с помощью регулятора температуры прямого действия с коррекцией по расходу горячей воды, регулятор обеспечивает быстрый нагрев воды при открытии даже одного водоразборного крана и мгновенно закрывает подачу греющего теплоносителя в теплообменнике при прекращении водоразбора в системе ГВС.

Экономия от внедрения таких ИТП для муниципальных образований достигается за счет перехода на закрытую систему теплоснабжения и как следствие:

  • Улучшения качества и надежности теплоснабжения
  • Снижение потребления топлива
  • Снижение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе приводит к уменьшению на 3% удельного расхода сетевой воды и увеличению пропускной способности на 10-15% трубопроводов и уменьшению износа оборудования в котельных за счет снижения потребляемой мощности теплоснабжения, появляется возможность подключения новых потребителей.
  • Ликвидация сетей ГВС и вентиляции экономит 40-60% средств на перекладку сетей и снижает на 50% утечки сетевой воды

Таким образом, технико-экономические показатели внедрения АИПТ при новом строительстве и реконструкции старых зданий давно и повсеместно показывают свою экономическую эффективность как энерго- и ресурсосберегающие решения для ЖКХ страны в целом и для каждого потребителя в отдельности.

Установка АИПТ - единственно технически и экономически обоснованное и закрепленное на Законодательном уровне решение, позволяющее не только решать вопросы экономии энергоресурсов , но решать социальные вопросы населения в целом, а именно – переход на закрытую систему теплоснабжения с установкой АИП с погодным регулированием и узлом учета- позволит сэкономить энергоресурсы и сделает жизнь каждого гражданина России комфортным и независимым от отраслевых нормативов , позволяет считать и платить за то, что действительно было получено от источника и использовано. В системе ГВС появляется возможность получения чистой воды, благодаря сбалансированной системе подогрева водопроводной воды в самом АИПТ, что позволит каждому из нас получать горячую воду в соответствии с санитарно-эпидемиологическими нормами.

Таким образом, установка АИТП принесет реальную выгоду населению, прежде всего, снижением оплаты за тепло и гарантированное получение качественного тепла в зимний период за счет автоматического регулирования температуры в зависимости от температуры наружного воздуха, вопросы «перетопов» и «недотопов» будут сняты.

И главное, что сейчас, возможно, не беспокоит жителей и руководителей муниципальных образований, но то, что неизбежно наступит через 6 лет, в соответствии с Федеральным законом «О Теплоснабжении» с 1 января 2022 года будет запрещена к применению система отопления с открытым водоразбором. Соответственно, когда наступит 1 января 2022 г. и если у нас все останется как сейчас, то существующую систему ГВС придется отключать и город, на тех объектах, где не будут проведены необходимые мероприятия по модернизации системы теплоснабжения, останется без горячей воды.

Таким образом, автоматизированному тепловому пункту под силу решить не только проблему исполнения Федерального закона, но и обеспечить замкнутый контур внутри дома своего теплоносителя, что и позволяет предусмотреть подготовку ГВС от питьевого водопровода.

Все эти мероприятия позволят сделать жизнь каждого гражданина нашей страны качественнее и комфортнее, с экономически обоснованными коммунальными платежами, рациональным подходом к использованию государственных энергоресурсов, экономии средств на всех уровнях.