Hot-water heating and heat supply

Для нормального функционирования технологических процессов, комфортного пребывания человека в помещениях должны обеспечиваться условия в соответствии с технологическими и санитарно-гигиеническими нормами. Комфорт в помещениях обеспечивают инженерные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, подачу теплоты, в которые осуществляют водяные централизованные системы теплоснабжения.

Тепловой баланс помещений должен поддерживаться в течение всего отопительного сезона и потребители должны получать требуемое количество теплоты, независимо от того какой способ регулирования применяется на источнике теплоты, как спроектированы тепловые магистрали и какова тепловая защита здания. В городах и жилых поселках России основными потребителями тепловой энергии от систем централизованного теплоснабжения являются системы отопления жилых, административных и общественных зданий. Промышленные объекты также потребляют тепловую энергию для отопления из централизованных систем.

Большинство крупных водяных систем теплоснабжения спроектированы и построены в 1950–1970 годах. В системах теплоснабжения жилых районов городов, например, города Липецка и др., в системах теплоснабжения предприятий, например, ОАО «НЛМК», ОАО «Свободный Сокол» регулирование отпуска теплоты преимущественно центральное качественное по отопительной нагрузке. Проектный график температур сетевой воды 150/70 °C, системы отопления зданий подключены к тепловым сетям по гидравлически зависимой схеме.

Сложившиеся в последние годы условия эксплуатации систем теплоснабжения существенно отличаются от проектных. Строительство новых зданий, реконструкция действующих, как гражданских, так и промышленных в большинстве случаев идет без существенной реконструкции действующих инженерных сетей жизнеобеспечения.

Реконструируемые и вновь строящиеся объекты интенсивно оснащаются автоматизированными тепловыми пунктами. Оснащение зданий и сооружений пунктами регулирования отпуска теплоты не исключает центральное качественное регулирование, а только дополняет его абонентским. Абонентское регулирование, как правило, предусматривает либо количественное, либо количественно-качественное изменение расходов тепловой энергии. В результате ввода таких объектов в эксплуатацию, в период наружных температур от температуры начала отопительного сезона до температуры точки излома графика температур, в водяных тепловых сетях происходит заметное изменение расходов сетевой воды. Изменение расходов теплоносителя в сети тем существеннее, чем выше доля объектов с автоматизированными абонентскими вводами. Колебания расходов воды приводят к гидравлической разрегулировке водяной тепловой сети.

Тепловой баланс помещений должен поддерживаться в течение всего отопительного сезона и потребители должны получать требуемое количество теплоты, независимо от способа регулирования.

Одновременно с вновь вводимыми в эксплуатацию зданиями действующие системы теплоснабжения обеспечивают тепловой энергией множество зданий и сооружений, в которых полностью отсутствует какое-либо абонентское дорегулирование отпуска теплоты. Подача энергии в системы отопления в период наружных температур выше точки излома графика осуществляется теплоносителем с температурой превышающей требуемые значения.

Наличие такого конгломерата объектов, подключенных к единой централизованной системе водяного теплоснабжения, не позволяет централизованно осуществлять экономически выгодное и энергетически оправданное регулирование отпуска теплоты по отопительной нагрузке зданий и приводит к перерасходам тепловой энергии.

В последние годы предприятия, вырабатывающие тепловую энергию под предлогом экономии топлива, снижения потерь в сетях, либо по другим причинам прибегают к снижению расчетной температуры сетевой воды. Температуру понижают от 150 °C до 140, 130 °C и ниже, как в периоды резкого похолодания, так и в течение отопительного периода, то есть, проводят срезку температурного графика или переходят на пониженный температурный график. Например, такое предприятие как ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ОАО «НЛМК») получает тепловую энергию от собственной ТЭЦ и ТЭЦ «Территориальная генерирующая компания № 4» (ТГК-4) и работает по температурному графику 105/70 °C, 130/70 °C. Липецкий металлургический завод «Свободный Сокол» получает теплоту от собственной ТЭЦ и котельной Липецкой городской энергетической компании (ЛГЭК) (115/70 °C), завод «Центролит» — от промышленной котельной (115/70 °С). Применение «срезки» участилось в последние два-три года и связано с массовым внедрением в системах отопления зданий трубопроводов из полимеров при их реконструкции, а также новом строительстве. В результате «срезки» и перехода на пониженный температурный график происходит снижение температурного напора теплоносителя, что приводит к «недоподаче» необходимого количества теплоты в системы отопления зданий и сооружений, спроектированных на более высокие температуры теплоносителя.

Поставщики тепловой энергии «недоподачу» теплоты вследствие понижения температурного напора пытаются компенсировать увеличением расхода теплоносителя, включая в работу дополнительные насосные группы. Применяемая температурная «срезка» при той или иной температуре наружного воздуха сопровождается разовым увеличением расхода сетевой воды для всего диапазона наружных температур от температуры срезки до расчетной температуры на отопление.

Перерасход воды в сетях в таких случаях достигает 40–50 % от проектного расхода. Однако увеличением расхода не всегда удается восполнить дефицит теплоты. Повышенный расход сетевой воды нарушает стабильный гидравлический режим системы и приводит к разрегулировке тепловой сети. Качество отпускаемого тепла в таких случаях значительно отличается от нормативного. Срезка температурного графика сокращает период времени в течение отопительного сезона, когда осуществляется централизованное качественное регулирование.

Таким образом, при продолжительности отопительного сезона около 6 месяцев в году центральное качественное регулирование осуществляется 2–4 месяца, и 2–4 месяца в течение отопительного сезона выпадают из какого-либо регулирования.

Оценка влияния отсутствия абонентского дорегулирования и температурной «срезки» на продолжительность центрального качественного регулирования в течение отопительного сезона проведена для климатических условий города Липецка на примерах «срезки» температурного графика 150/70 °C до 130, 115 и 95 °C.

Только для 51,4 % отпускаемого количества теплоты в течение всего отопительного периода применяется центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке. Абонентскому регулированию, либо его отсутствию подвержено 27,6 % отпускаемого количества теплоты и отсутствию какого-либо регулирования в результате проводимой «срезки» — 21 %.

Для условий «срезки» с 150/70 °C на 130 °C центральному качественному регулированию подвержено 68,9 % отпускаемой в течение отопительного сезона теплоты. Для «срезки» со 150 °C на 115 °C — 60,3 % и для условий «срезки» на 95 °C — 35,8 % отпускаемой тепловой энергии.

Таким образом, при продолжительности отопительного сезона около 6 месяцев в году центральное качественное регулирование осуществляется два-четыре месяца, и два-четыре месяца в течение отопительного сезона выпадают из какого-либо регулирования. Проводимая «срезка» температурного графика с последующим увеличением расхода сетевой воды и абонентское дорегулирование у потребителей нарушают стабильный гидравлический режим тепловых сетей и приводят к его разрегулировке.

Чтобы обеспечить требуемым количеством тепловой энергии здания и сооружения при текущих наружных температурах воздуха в течение всего отопительного сезона предлагается способ теплоснабжения потребителей с периодической максимальной подачей теплоты. Снабжение тепловой энергией потребителей осуществляется по нескольким тепломагистралям, оснащенным запорной арматурой.

Известно, что использование теплоаккумулирующей способности зданий позволяет проводить регулирование отпуска теплоты на отопление не по текущей температуре наружного воздуха, а по средней величине наружной температуры за некоторый период, с соответствующим сдвигом времени [1].

Организация подачи теплоты основана на неизменяющемся гидравлическом режиме водяной тепловой сети и на способности зданий и сооружений аккумулировать тепловую энергию [2].

На источнике теплоты имеются: теплоприготовительная установка, коллектор охлажденной воды, где смешивают теплоноситель, поступающий из обратных трубопроводов отдельных магистралей, коллектор горячей воды, запорная арматура.

Предлагаемый способ теплоснабжения потребителей с периодической максимальной подачей теплоты заключается в следующем. Сетевой насос обеспечивает стабильный гидравлический режим во всей системе. Теплоноситель с повышенным температурным потенциалом поступает из теплоприготовительной установки (ТПУ) в одну из отдельных магистралей в течение определенного (первого) расчетного периода времени. Расход и температура теплоносителя поддерживаются постоянными, а в остальные магистрали направляют расходы сетевой воды, минуя теплоприготовительную установку по обводному трубопроводу. Теплоноситель поступает в другие магистрали и имеет температуру смеси, образованной в коллекторе охлажденной воды (КОВ). С течением времени (первый расчетный период) температура смеси понизится, следовательно, понизится температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях. Сигналом для переключения запорной арматуры служит температура внутреннего воздуха у потребителей, и в следующий расчетный период, уже в другой район поступает теплоноситель от источника с повышенной температурой и т.д.

Происходит периодическое повышение и понижение температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах каждой из магистралей. Система, используя способность зданий и сооружений в течение определенного времени накапливать и отдавать тепловую энергию, периодически подает потребителям несколько завышенное количество теплоты.

Таким образом, происходит периодическое повышение и понижение температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах каждой из магистралей. Система, используя способность зданий и сооружений в течение определенного времени накапливать и отдавать тепловую энергию, периодически подает потребителям несколько завышенное количество теплоты. В предлагаемом способе подачи теплоты происходит периодическое повышение и понижение температуры теплоносителя при подаче теплоты по отдельным тепломагистралям в теплоснабжаемые районы (ТР) при стабильном гидродинамическом режиме системы.

Предлагаемый способ теплоснабжения потребителей с периодической максимальной подачей теплоты в централизованных системах теплоснабжения позволит создать стабильный гидравлический режим в водяных сетях и обеспечит регулирование отпуска теплоты в течение всего отопительного сезона.