Замысел Тепловые пункты современных жилых зданий становятся все сложнее и сложнее. Они насыщены высокотехнологичными устройствами и многофункциональной автоматикой, которая должна удовлетворять не только различные нужды потребителя тепловой энергии, но и потребности производителя этой энергии. В то же время, несмотря на применение в тепловых пунктах сложного оборудования, оно справляется со своими задачами не самым совершенным образом. Рассмотрим основные функции тепловых пунктов жилых зданий и попробуем выявить, насколько эффективно эти функции исполняются. Центральное погодное регулирование не может реагировать на избытки тепла в каждой квартире, и потому его эффективность относительно невелика. На избыточное тепло могли бы реагировать радиаторные термостатические клапаны, но при отсутствии квартирного учета жители, как правило, устанавливают их на максимальный пропуск теплоносителя, и фактическая их эффективность в этих условиях близка к нулю. Ночное снижение температур в квартирах, которым часто и, как говорят, с пользой для здоровья пользуются бережливые европейцы, выполнять централизованно несложно, но делать этого не следует, потому что не всем жителям это понравится в равной степени. Всегда в большом доме кто-нибудь болен, а маленькие дети часто раскрываются во сне. Наконец, горячая вода, которая приготавливается в тепловом пункте жилого дома, поступает к водоразборным кранам в той или иной мере остывшая в трубопроводах. Для ее подогрева и постоянной циркуляции приходится расходовать дополнительное количество тепловой и электрической энергии. Если бы удалось создать квартирный тепловой пункт (КТП), оборудованный не только приборами учета и регулирования, но и водоподогревателем горячего водоснабжения, то тепловую энергию, подаваемую в здание извне, можно было бы использовать намного более эффективно. Проблемы Квартирный тепловой пункт должен быть компактным, относительно несложным и бесшумным. Компактность КТП может быть обеспечена при применении отечественных интенсифицированных теплообменников ТТАИ, уже давно закрепивших за собою репутацию самых совершенных и надежных разборных теплообменных аппаратов. Главная проблема состоит в том, что при пользовании душем или при заполнении ванны горячей водой расходуется слишком много тепла. Если исходить из нормативного* секундного расхода горячей воды, равного 0,1 л/с, то тепловая мощность квартирного водонагревателя горячего водоснабжения должна составить 19 кВт, что в несколько раз превышает тепловую мощность квартирной системы отопления. В то же время суточное потребление тепла, затрачиваемого на подогрев воды, наоборот, в несколько раз меньше, чем требуется для отопительной системы в расчетном режиме. Эта проблема имеет два решения. Первое решение основано на использовании накопителей горячей воды, подобно тому, как это делается в электрических водонагревателях, оснащенных хорошо изолированными баками. В этом случае основной объем КТП будет занят накопителем, полезный объем которого должен быть не менее 200 л, если исходить из необходимости единовременного наполнения хотя бы одной ванны горячей водой. Понятно, что такой КТП не удастся выполнить достаточно компактным. В то же время мощность водоподогревателя, рассчитанного на «зарядку» бака в течение четырех часов, не превысит 3 кВт. Второе решение предполагает использование скоростного водоподогревателя мощностью 19 кВт. Несмотря на резкое увеличение тепловой мощности каждого квартирного ввода, нагрузка на стояк многоквартирного жилого дома увеличится незначительно, поскольку вероятность одновременной работы нескольких водоподогревателей, расположенных в разных квартирах, невелика. В таком КТП не будет емких накопителей, но потребуется автоматика, обеспечивающая отключение теплоносителя при отсутствии водоразбора. Исполнение Следует сразу сказать, что попытки сконструировать компактный КТП с накопителями горячей воды остались безуспешными. Причиной тому были не только потери площади, связанные с устройством в каждой квартире изолированного и не подверженного коррозии сосуда достаточно большой емкости, стоимость которого была бы значительной. Нельзя не учитывать и эксплуатационных проблем, которые возникли бы в этом случае. Это и потери тепла, которых избежать невозможно даже при применении самой совершенной тепловой изоляции, и опасность затопления квартиры в результате нарушения плотности сосуда, которое рано или поздно должно произойти. Кроме того, применение квартирного накопителя горячей воды объективно ухудшает комфортность жилища, обитатели которого не смогут принять ванны, если захотят это сделать последовательно друг за другом. Следует также принимать во внимание возможность зарождения и размножения внутри емкости вирусов легионеллы**, способных вызвать опасные болезни. На рис. 1 показан фронтальный вид КТП со скоростными водоподогревателями отопления и горячего водоснабжения. Его габариты позволяют установить КТП в нише шириною 0,9 м и глубиной 25 см при высоте до 2,1 м. Ниши примерно такого же размера используют в большинстве современных жилых домов, и устанавливают в них, как правило, только отключающие вентили системы отопления с возможностью установки квартирных теплосчетчиков. Оборудование изображенного на рисунке теплового пункта подобрано, исходя из расчетных тепловых мощностей квартирной системы отопления 4,6 кВт и горячего водоснабжения 19 кВт. При этом теплообменники подбирались для худших условий их работы при температурах теплоносителя переходного периода, когда вода подается из тепловой сети с температурой 70 °C. Теплоноситель из подающего трубопровода Т1 тепловой сети очищается в фильтре 2 и проходит через расходомер теплосчетчика 3, вычислительное устройство которого связано также с термометрами сопротивления, установленными на подающем и обратном трубопроводах КТП. Далее вода из подающего трубопровода распределяется при помощи балансировочных вентилей 4 и 5 на водоподогреватели отопления 6 и горячего водоснабжения 7. Наладочное положение балансировочных вентилей может фиксироваться пломбами теплоснабжающей организации. Охлажденный в теплообменниках теплоноситель возвращается в тепловую сеть по трубопроводу Т2. Квартирная система отопления через КТП присоединяется к тепловой сети по независимой схеме. Циркуляция воды в ней обеспечивается при работе циркуляционного насоса 8. Для компенсации температурного расширения используется закрытый расширительный сосуд 9. Регулирование тепловой мощности системы отопления обеспечивается клапаном прямого действия 11, связанным импульсной трубкой с датчиком температуры воздуха 12, который может устанавливаться в передней квартиры. Кроме того, тепловая мощность квартирной системы отопления контролируется радиаторными термостатами, которые должны устанавливаться на подводках к отопительным приборам в соответствии с действующими нормами. Для заполнения квартирной системы отопления водой тепловой сети предусмотрена линия, включенная в трубопровод Т2. При этом предполагается, что в тепловом пункте здания предусмотрены устройства, обеспечивающие необходимое и безопасное давление. При отсутствии таких устройств возможно одноразовое заполнение системы отопления из водопровода. Заданная температура воды в квартирной системе горячего водоснабжения поддерживается работой регулирующего клапана прямого действия 10, связанного импульсной трубкой с температурным датчиком, установленным на трубопроводе Т3 горячей воды. При отсутствии водоразбора электромагнитный клапан 13 перекрывает поток холодной воды, подаваемой на водоподогреватель. Как только потребитель откроет один из горячих кранов в своей квартире, сработает реле протока 14, которое подаст команду на открытие электромагнитного клапана. В связи с тем, что емкость подогреваемой воды, содержащейся внутри интенсифицированного теплообменника ничтожно мала (менее 0,2 л), уже через несколько секунд после открытия крана из него польется горячая вода. На трубопроводе В1 холодной воды перед водоподогревателем установлен магнитный умягчитель 15, который предотвратит отложение солей жесткости на трубках теплообменника и в отверстиях душевого рожка. Автоматические воздуховыпускатели 16 обеспечат удаление воздуха из квартирных систем отопления и горячего водоснабжения. Экономика Если принимать во внимание только единовременные затраты, то в большинстве случаев рассредоточение оборудования невыгодно, потому что сконцентрированное в одном месте мощное оборудование, как правило, дешевле множества единиц оборудования той же суммарной мощности. Поэтому можно ожидать, что стоимость ста КТП стоквартирного дома будет больше стоимости одного индивидуального теплового пункта (ИТП) такого здания, обычно расположенного в подвале.Оценка стоимости затрат на тепловой пункт одной квартиры, тепловые мощности которой составляют 4,6 кВт по отоплению и 19 кВт по горячему водоснабжению (рис. 1) приведена в табл. 1. Как показывает анализ, стоимость ИТП жилой части здания, отнесенная к одной квартире, в проектах около 600–800 у.е. Таким образом, как и следовало ожидать, устройство КТП вместо ИТП приводит к увеличению затрат, связанных с оборудованием тепловых пунктов. Имеется целый ряд факторов, которые работают на удешевление варианта теплоснабжения многоквартирного дома с КТП: 1. В здании с КТП нет централизованной системы горячего водоснабжения с протяженными подающими и циркуляционными трубопроводами, на которых устанавливают арматуру, и циркуляционными насосами. 2. В КТП, естественно, не нужны водосчетчики горячей воды. 3. В подвалах зданий с КТП площадь технических помещений может быть сокращена. Эти факторы в значительной мере компенсируют инвестору его дополнительные затраты на устройство КТП (табл. 2). Таким образом, удорожание строительства, связанное с устройством КТП вместо ИТП, оценивается примерно в 450 у.е. на одну квартиру. При площади квартиры 80 м2 это составляет примерно 5,5 у.е/м2 или около 0,25 %. В то же время, при устройстве КТП в многоквартирном доме очевидны следующие эксплуатационные достоинства этого технического решения: 1. Устранятся потери тепла магистральными трубопроводами и стояками системы горячего водоснабжения. 2. Уменьшатся расходы тепла на отопление в связи с использованием более эффективных местных приборов автоматики, реализующих регулирование «по отклонению» в каждой квартире вместо центральных погодных регуляторов. 3. Устранятся расходы на электроэнергию, обычно затрачиваемую на циркуляцию в системах горячего водоснабжения. 4. Уменьшатся расходы на электроэнергию, обычно затрачиваемую на циркуляцию в системах отопления. 5. Уменьшатся расходы на электроэнергию, обычно затрачиваемую на привод повысительных насосов водоснабжения из-за того, что устраняются потери давления в центральных водоподогревателях, в то время как гидравлическим сопротивлением квартирных водоподогревателей (около 1 кПа) практически можно пренебречь. 6. Уменьшится потребление воды из-за того, что горячая вода польется из крана через несколько секунд после его открытия, а при центральном ее приготовлении даже при хорошо работающей циркуляции вода сначала поступит с более низкой температурой, характерной для циркуляционного трубопровода, и только потом прогреется. Кроме того, улучшится работа смесителей, поскольку при отсутствии гидравлических потерь в водонагревателе давления в холодном и горячем водопроводе будут практически одинаковыми. 7. Упростится учет водопотребления, поскольку не нужно будет измерять расход горячей воды и отдельно платить за нее. 8. Повысится надежность системы отопления, потому что каждая квартира будет иметь обособленную от остальных квартир циркуляционную систему, и неквалифицированное вмешательство одного из владельцев в работу квартирной системы отопления не сможет повредить другим жителям. 9. Устранится опасность заболеваний, связанных с распространением вирусов легионеллы в трубопроводах центральной системы горячего водоснабжения. 10. Можно ожидать общего уменьшения расходов тепла и воды в связи с тем, что владелец каждой квартиры ощутит способность, конкретно влияя на потребление тепловой энергии, реально снизить свои эксплуатационные расходы. Несмотря на то, что не все из перечисленных факторов повышенной эксплуатационной эффективности могут быть вполне достоверно оценены количественно, в табл. 3 выполнена ориентировочная их оценка. При ежегодной экономии 87 у.е. на каждой квартире дополнительные затраты, связанные с устройством КТП, окупятся примерно за 5 лет.