Статья ВАК: Особенности применения блочных индивидуальных тепловых пунктов при капитальном ремонте МЖД

Введение

Федеральный закон №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] предполагает возрастающие требования к энергетической эффективности зданий, строений, сооружений и инженерных систем, как при новом строительстве, так и при капитальном ремонте. Возросшие энергетические требования приводят к удорожанию инженерных систем зданий, в том числе за счёт применения современных систем коммерческого учёта тепловой энергии и систем автоматического погодного регулирования температурного режима помещений и ГВС.

Применение индустриальных методов строительства, в том числе изготовление блочных индивидуальных тепловых пунктов (БИТП) в производственных условиях, значительно снижает затраты на проектирование и инженерное оборудование. В заводских условиях в настоящее время изготавливается основное теплотехническое оборудование индивидуального теплового пункта (ИТП): грязевики, регулирующая и запорная арматура, линейные замерные участки для монтажа преобразователей расхода с фильтрами, автоматизированные смесительные узлы с насосами, средства измерений и автоматики, а также блочные центральные тепловые пункты (БЦТП) и БИТП [2].

В соответствии с технической политикой право выбора конкретных технических средств для инженерных систем остаётся за заказчиком, который зачастую не обладает соответствующей теплотехнической подготовкой и полагается на рекомендации СМИ, рекламы или в лучшем случае на советы проектной организации. При этом в силу специализации проектно-монтажные организации предлагают, как правило, один, в редком случае несколько типовых вариантов БИТП, являясь дилерами предприятий-изготовителей. Например, на первое января 2023 года в городе Самаре насчитывается 104 предприятия, осуществляющих продажу БИТП, а также предоставляющих услуги по их проектированию, монтажу и наладке, что приводит к фактическому индивидуальному проектированию и комплектации ИТП многоквартирных жилых домов (МЖД).

Поэтому проблема систематизации и прогнозирования рынка БИТП и разработки рекомендаций по системному обоснованию выбора и комплектации системами автоматизированного учёта и автоматического регулирования является актуальной научно-технической задачей при капитальном ремонте.

Целью работы является системный анализ инженерных систем теплоснабжения, разработка методики прогнозирование рынка БИТП на основе типологии многоквартирных жилых зданий, принятой в Самарской области, и разработка рекомендаций по применению БИТП при капитальном ремонте систем теплоснабжения МЖД.

Анализ системы теплоснабжения

Теплоснабжение города Самары осуществляется от трёх генерирующих источников (СамГРЭС, СамТЭЦ, БТЭЦ) и двух отопительных котельных («Центральная» и «Привокзальная»). Кроме того, в городе действуют сети боле 200 отопительных котельных средней и малой мощности различной ведомственной подчинённости. Особенности схемы теплоснабжения продемонстрированы на примере тепловой сети котельной «Привокзальная», которая обеспечивает тепловой энергией (отопление и горячее водоснабжение) потребителей, расположенных в трёх административных районах города [3, 4].

Тепловая нагрузка в тепловой сети котельной распределяется между 738-ю потребителями (открытая схема ГВС — 533, закрытая — 198 потребителя) и составляет Qобщ = 641,652 Гкал/ч (Qотп = 329,786 Гкал/ч, QГВС = 192,818 Гкал/ч, Qв = 119,048 Гкал/ч). Проектный температурный график работы сети — 150/70°C, фактический с 2015 года — 135/70°C.

Распределение количества ИТП по открытой схеме и ИТП по закрытой схеме, в зависимости от диаметра трубопровода теплового ввода (а) и тепловой нагрузки (б) и при проектном тепловом графике 150/70°C, представлено на рис. 1.

Рис. 1. Распределение количества ИТП по открытой схеме и ИТП по закрытой схеме в зависимости от диаметра трубопровода теплового ввода (а) и тепловой нагрузки (б)

Как показал анализ, тепловые сети «Привокзальной» котельной — преимущественно открытые (72,2%), с преобладающей тепловой нагрузкой 1 Гкал/ч и диаметром ввода Dy100 мм, для закрытых тепловых сетей — 0,5 Гкал/ч и диаметром ввода Dy60 мм. Соотношение между диаметром трубопровода теплового ввода и тепловой нагрузкой при графике 150/70°C представлено на рис. 2.

Рис. 2. Соотношение между диаметром трубопровода и тепловой нагрузкой при температурном графике 150/70 °C

По результатам анализа можно судить только о некоторых количественных значениях теплотехнических характеристик потребителей: тип схемы теплоснабжения (открытая или закрытая); тип схемы подключения отопительной нагрузки (зависимая или независимая); проектный температурный график тепловой сети; проектная отопительная и вентиляционная тепловые нагрузки; проектная нагрузка ГВС; фактический температурный график работы тепловой сети; диаметр трубопровода теплового ввода.

Методика классификации БИТП по типологии МЖД

Жилищный фонд города Самары на 5 октября 2021 года насчитывает 10254 многоквартирных жилых дома и 1197 учреждений социальной сферы, подключённых к системам центрального отопления. При разработке технической политики по проведению капитального ремонта многоквартирных домов, расположенных на территории Самарской области и подключённых к централизованным системам теплоснабжения, выделено десять основных типов застройки.

Типы застройки и их доля в общем количестве МЖД приведены в табл. 1 [5].

К преобладающим типам застроек можно отнести:

• «хрущёвская застройка 1960–1980 годов» — характеризуется малогабаритными квартирами, низкими потолками, отоплением от централизованных систем теплоснабжения, горячим водоснабжением от газовых проточных водонагревателей и составляет 32,07% жилого фонда;
• «застройка развитого социализма 1968–1980 годов» — данная застройка характеризуется полногабаритными квартирами, отоплением и горячим водоснабжением от централизованных систем теплоснабжения, частичным наличием домовых теплосчётчиков и составляет 26,71% жилого фонда;
• «застройка развитого социализма 1978–1995 годов» — характеризуется увеличенной площадью комнат, повышенным комфортом, отоплением и горячим водоснабжением от централизованных систем теплоснабжения, наличием домовых и квартирных приборов учёта энергетических ресурсов и составляет 6,3% жилого фонда.

Для установки БИТП пригодными являются шесть типов застройки — 4, 5 (частично), 6, 7, 8а, 8б, 9 — с количеством домов 6245 шт., а с учётом частично пригодных МЖД «хрущёвской застройки» — 9598 шт. Данные приведены в табл. 1.

Особенности инженерно-планировочных решений систем теплоснабжения обуславливают конфигурацию БИТП:

1. «Хрущёвская застройка» — здания с подвалом и чердачной крышей. В подвале имеется помещение для размещения ИТП. Температурных график — 150/70°C. Система отопления — зависимая, с верхней разводкой и элеваторным узлом. Системы ГВС или нет, или она реализуется по открытой или закрытой схеме с одним водоводяным кожухотрубчатым теплообменником, или же по двухтрубной сети от ЦТП.

2. «Хрущёвская застройка» — здания бесподвального типа с плоской бесчердачной крышей. Система отопления — зависимая, нижняя, с прокладкой лежаков в непроходных потернах. В цокольном помещении под лестничным пролётом размещается ИТП, состоящий из узла ввода тепловой двухтрубной сети от ЦТП (температурный график 95/70°C) и распределительной гребёнки. Системы ГВС нет.

3. «Застройка развитого социализма 1968–1980 годов» — здания имеют подвалы или цокольные этажи с помещением под ИТП. Температурный график — 150/70°C. Система отопления — с верхней разводкой и элеваторным узлом. Система ГВС реализуется по открытой однотрубной тупиковой схеме или по закрытой схеме с двумя водоводяными кожухотрубчатыми теплообменниками, или по двухтрубной сети от ЦТП.

4. «Застройка развитого социализма 1978–1995 годов» — отличается применением двухтрубной системы ГВС с полотенцесушителями.

Конструктивные особенности блоков и модулей БИТП подробно рассмотрены в работе [2]. Конструктивные и теплотехнические характеристики систем централизованного теплоснабжения МЖД типов застройки 4, 8а и 8б определялись методом аналогов [6, 7].

Для заданного числа зданий каждого типа застройки определялись конструктивные характеристики: год постройки, этажность, общая площадь, материал стен и энергетические параметры (фактическое годовое потребление тепловой энергии на отопление), а также рассчитывались нормативное годовое, нормативное среднечасовое и фактическое среднечасовое потребления тепла.

Годовое нормативное потребление тепла на отопление Qнo [Гкал/год]:

Qно = 12NноS, (1)

где Nно — норматив по отоплению пятии девятиэтажных многоквартирных домов постройки до 1999 года, в соответствии с приказом Министерства энергетики и ЖКХ Самарской области №131 [8], принимался: со стенами из кирпича — 0,0173 Гкал/( м²·мес.), со стенами из панелей, блоков — 0,0175 Гкал/( м²·мес.); S — общая отапливаемая площадь МЖД, м².

Фактическое потребление тепла на отопление Qфо определялось по результатам анализа результатов аудита МЖД за 2017 год. Вентиляционная тепловая нагрузка в жилых домах отсутствует [6, 7].

Часовое потребление тепла на отопление — нормативное Qпоч [Гкал/ч] и фактическое в 2017 году Qфоч [Гкал/ч] — вычислялось по соотношениям:

где Qпо — нормативное потребление тепла на отопление, Гкал/ч; Qфо — фактическое потребление тепла на отопление в 2017 году, Гкал/ч; nпо = 203 сут. — продолжительность нормативного отопительного периода; nф = 212 сут. — продолжительность отопительного периода в 2017 году.

Конструктивные и теплотехнические характеристики, а также их максимальные, средние и минимальные значения для каждого типа застройки представлены в табл. 2. Установлено, что фактическое и нормативное значения часового потребления тепла отличаются незначительно, и в дальнейших вычислениях используются фактические значения часового потребления тепла.

Планировочные (тип застройки, этажность, материал стен, общая площадь, число жильцов) и теплотехнические (фактическая и плановая тепловая нагрузка на отопление, нагрузка на горячее водоснабжение и суммарная нагрузка, температурный график, расход сетевой воды, диаметр ввода тепловой сети) характеристики застройки МЖД типов 5, 8а и 8б представлены в сводной табл. 2. Количество жильцов Nж в МЖД определялось как соотношение общей площади к нормативу жилой площади (18 м²) на человека.

Тепловая нагрузка на ГВС [Гкал/ч]:

QГВС = NГВСNqГВСNж = 0,000306Nж, (4)

где NГВС = 0,0045 м³/(ч·чел.) — норматив потребления горячей воды в МЖД (с централизованным холодным и горячим водоснабжением и водоотведением), оборудованными унитазами, раковинами, мойками, ванной длиной 1650–1700 мм с душем, принимался 3,24 м³ в месяц на человека [8]; NqГВС = 0,068 Гкал/м³ — норматив расхода тепловой энергии, используемой на подогрев холодной воды для предоставления коммунальной услуги по горячему водоснабжению в жилых помещениях, принимался для открытой и закрытой централизованных систем горячего водоснабжения многоквартирных жилых домов с неизолированными стояками и полотенцесушителями [8].

Суммарная тепловая нагрузка определялась как Qобщ = Qфоч + QГВС, Гкал/ч.

Расход сетевой воды G [т/ч] определялся для графиков работы тепловой сети 95/70, 135/70 и 150/70°C по зависимости:

где c — удельная теплоёмкость воды, ккал/(кг·°C); t1 и t2 — температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, °C.

Расчётный диаметр трубопровода ввода тепловой сети Dу.расч [мм] определялся по соотношению для сборных магистралей, обеспечивающему минимальные потери напора при соответствующем расходе сетевой воды [9], по зависимости:

Dу.расч = 0,037G0,49103, (6)

где G — расход сетевой воды, т/ч.

Полученный расчётный диаметр Dу.расч в метрах нужно округлить до ближайшего большего стандартного условного диаметра Dу. Полученные значения представлены в табл. 3 и на рис. 3. Данные табл. 3 позволяют осуществлять выбор диаметров расходомеров систем учёта тепловой энергии и теплоносителя.

Рис. 3. Зависимость диаметра трубопровода тепловой магистрали от расхода сетевой воды при условии минимальных потерь напора

Обсуждение полученных результатов

Анализ планировочных и теплотехнических характеристик многоквартирных жилых домов основных типологий зданий показал, что применение типовых проектных решений блочных индивидуальных тепловых пунктов ограничивается существующим многообразием конструктивных решений. Для качественного применения при капитальном ремонте предлагаемых на рынке конструкций БИТП требуется индивидуальное проектирование теплотехнического и гидравлического решений, а также квалифицированный выбор применяемых приборов учёта тепловой энергии и системы погодного регулирования.

Особенности инженерно-планировочных решений систем теплоснабжения обуславливают конфигурацию БИТП. Применение БИТП, сконструированных только на основе даже очень подробных опросных листов для заказа, в большинстве случаев потребует дополнительных работ по привязке оборудования.

Представленная методика классификации БИТП по типологии МЖД может применятся при оценке потребности в оборудовании БИТП при капитальном ремонте систем теплоснабжения зданий различной типологии.