К вопросу об эффективности энергосберегающих технологий

С приходом хозяйственной самостоятельности предприятий и отказе от целевого использования прибыли появилась заинтересованность в экономии ресурсов и оптимизации издержек производства. Решение проблемы объективного учета тепловой энергии стало приносить потребителю ощутимую экономию. В то же время появилась альтернатива затратному методу оценки стоимости тепловой энергии – измерение реально потребляемого тепла. Если вначале этот метод получил распространение у крупных фирм, то сегодня он завоевывает все большую популярность. Широкое распространение получили не только сложные системы учета, устанавливаемые на предприятиях, но и квартирные теплосчетчики.

На сегодняшний день ЗАО «ВЗЛЕТ» имеет значительный опыт при организации cистем теплового учета в различных регионах России и странах СНГ. Рассмотрим результаты использования энергосберегающих технологий на примере конкретных жилищно-коммунальных предприятий (ЖКХ).

1. ЖКХ, г.Сосновый Бор, Ленинградская область.

В 1996 г. по договоренности с администрацией города Сосновый Бор на всех объектах муниципальной собственности были смонтированы узлы учета тепловой энергии и горячего водоснабжения (ГВС). Проекты и все оборудование - теплосчетчики, состоящие из тепловычислителя и подключенных к нему первичных преобразователей: расхода, температуры и давления - были поставлены ЗАО «ВЗЛЕТ». По существовавшим в то время нормативным актам потребление тепла и ГВС определялось нормативными документами, рассчитываясь из объема площадей.

В течение первого отопительного сезона обслуживание системы велось непосредственно фирмой-производителем - ЗАО «ВЗЛЕТ». Составлялись отчеты о потреблении тепла и ГВС. На основе полученных данных анализировалась работа узлов учета и тепловой системы. В результате было установлено, что за отопительный сезон суммарное реальное измеренное узлами учета потребление тепла и ГВС оказалось в два раза ниже рассчитанного на основе существовавших нормативов. При этом разброс по разным объектам составил от 4-х кратного превышения до 1,2-кратного. Ни одного случая занижения расчетных данных, по отношению к измеренным, не было. При этом системы работали в своем обычном режиме, никакого вмешательства в их работу не было.

2. ЖКХ, г. Оренбург.

В г. Оренбург после внедрения узлов учета был обнаружен интересный факт. В процессе анализа часовых архивов было установлено несанкционированное потребление ГВС.

3. Фирма «Автоматика – Сервис», г. Семипалатинск.

Фирма «Автоматика – Сервис» ввела приборный учет энергопотребления и потребления ГВС на основе приборов ЗАО «Взлет» в г. Семипалатинск. По данным отопительного сезона 2002 – 2003 годов собран серьезный статистический материал по экономии тепловой энергии на большом количестве объектов г. Семипалатинска. Полный перечень приведен в таблице 1. Кроме этого, фирма «Автоматика – Сервис» вела техническое сопровождение всего парка приборов. На основе полученных приборных данных производились поддержание температурного графика и оптимизация затрат. К сожалению, температура регулировалась «вручную» и не регулярно, в моменты резкой смены погоды.

В результате за отопительный сезон потребителям тепла и ГВС удалось сэкономить в денежном выражении 95,7 миллионов тенге (US $ 651 тыс.).

Экономия потребителя была достигнута за счет:
- разницы между тем, что потреблено реально и тем, за что предполагалось платить по расчетам теплоснабжающих организаций.
- действительного снижения потребления тепла и ГВС, полученного в результате поддержания температурного графика, несмотря на отсутствие автоматизации.

В результате анализа представленных данных, полученных узлами учета тепла и ГВС, на которых установлены приборы нашей фирмы, было установлено, что Внедрение узлов учета позволяет:

• экономить существенные средства, не переплачивая за потребляемую энергию. объективно определять нарушение температурного графика;
• строить графики почасового потребления ГВС;
• определять утечки;
• фиксировать аварии и нештатные ситуации в работе теплосистем.

Также были выявлены резервы по экономии тепловой энергии и необходимость автоматизации процесса теплорегулирования для создания комфортных условий при снижении затрат.

Наибольший резерв для снижения теплопотребления имеется в весеннеосенний период при значительных перепадах температуры за короткие промежутки времени путем внедрения автоматизированных тепловых пунктов. Здесь речь идет о действительном снижении потребления тепла, полученного в результате поддержания температурного графика.

Определим эффект экономии тепловой энергии за счет снижения температуры помещений в нерабочее время:

(1)

где
К	- относительное снижение тепопотребления при снижении внутренней температуры;
	- средняя наружная температура, характерная для данного отопительного сезона;
	- температура комнатная сниженная
	- температура комнатная

(2) доля времени относительного снижения тепопотребления при снижении внутренней температуры;

где
	- время, в течение которого температура снижена (ночные часы и выходные дни);
	- общее время работы

(3)

где
P	– относительное теплопотребление

(4)

где
Э	– экономия за счет снижения теплопотребления

В таблице 2 приведен пример расчета экономического эффекта при применении энергосберегающих технологий – автоматизированных тепловых пунктов при поддержании температуры производственных помещений в районе 20 0С.

Из таблицы 2 видно, что при использовании автоматического теплорегулирования удается достичь 17%-ой экономии только за счет снижения температуры в ночные часы и выходные дни. В данном примере не учитывалась экономия, достигаемая за счет качественного метода регулирования и улучшения циркуляции теплоносителя в системе отопления здания, а также исключения теплопотерь, возникающих за счет инерции тепловой сети. Кстати, к нерациональным потерям энергии приводят не только перетопы, но и недотопы, так как потребитель включает электронагревательные приборы, использующие более дорогую энергию – электрическую.

Внедрение систем автоматизации с использованием регулятора отопления «Взлет РО-1» позволяет добиться:

1. Устранения вынужденных перетопов в переходные сезонные периоды и создания комфортных температурных условий в зданиях;
2. Снятия перегрузок тепловой сети из-за неравномерности потребления ГВС. Уменьшения вероятности аварий тепловой сети.
3. Уменьшения вероятности «проскоков» сырой, неподготовленной воды в тепловую сеть;
4. Снижения расходов тепла за счёт применения прогрессивных методов регулирования;
5. Создания технической возможности перехода к закрытой системе теплоснабжения;
6. Создания технической возможности централизованной диспетчеризации;
7. Качественный метод регулирования систем отопления*2 и выравнивания температур во всех помещениях;
8. Учета недостатков отечественных систем теплопотребления;
9. Удобства обслуживания.

Рассмотрим каждый пункт более детально.

1. Из-за вынужденных перетопов в переходные периоды происходит существенная потеря тепла. Это связано с отсутствием регулирования на индивидуальных тепловых пунктах и одновременно с необходимостью поддержания минимальной температуры в сети для соблюдения санитарных норм горячего водоснабжения.

В осенне-весеннем сезоне в каждом регионе свои проблемы. Например, особенностью двухтрубной системы теплоснабжения*3 являются высокие комнатные температуры в эти периоды отопительного сезона. И применение автоматизированных тепловых пунктов является оптимальным вариантом решения этой проблемы.

2. Имеется в виду возможность нормированного снижения нагрузки на отопление в часы максимальной нагрузки на горячее водоснабжение. Практика показывает, что наибольшее количество аварий тепловых сетей приходится на часы максимального пользования горячей водой. Для снижения риска аварий по этой причине в регуляторе «Взлёт РО-1» предусмотрен компенсационный режим. В часы максимального водоразбора нагрузка на отопление снижается после чего происходит компенсация. Заметим, что при этом выравнивается не только нагрузка на тепловые сети, но и температура в жилых домах, так как максимум бытовых тепловыделений приходится на часы максимального водоразбора.

3. Снижение расходов тепла достигается за счет применения регулятора «Взлёт РО-1» в составе АТП. Основное функциональное назначение регулятора - экономия тепловой энергии при сохранении комфортных условий. Это достигается за счёт: Поддержания температурного графика отопления в зависимости от температуры наружного воздуха с учётом не только фактической наружной температуры, но и динамики её изменения. Программного снижения температуры в помещениях в часы отсутствия людей (т.н. ночное снижение температуры). Поддержания температуры горячего водоснабжения в соответствии с заданием.

Помимо этого «Взлёт РО-2» также позволяет обеспечить:

• Ограничение расхода из тепловой сети в соответствии с договором на теплоснабжение. В случае совместного использования регулятора «Взлёт РО-1» с узлом учёта тепловой энергии на основе приборов ЗАО «ВЗЛЁТ» можно контролировать величину расхода теплоносителя в подающем трубопроводе и ограничивать его в соответствии с договором на теплоснабжение. Наличие этой функции позволяет при дефиците температуры в тепловой сети сохранять её жизнеспособность без ущерба для потребителей, находящихся в конце этой сети.
• Ограничение возвращаемой в тепловую сеть температуры теплоносителя.
• Нормированное снижение нагрузки отопления в часы максимального водоразбора ГВС с последующей компенсацией (выравнивание нагрузки на тепловую сеть по времени).
• Ограничение скорости изменения температуры теплоносителя, подаваемого в тепловую сеть.
• Подачу сигнала аварии во внешнюю цепь.
• Регулятор имеет выход независимого таймера, который можно использовать, например, для включения электрообогрева в часы сниженного тарифа на электроэнергию или для других технических нужд.

Также хочется отметить, что в отличие от поставляемых в нашу страну дешевых импортных регуляторов, в регуляторе «Взлёт РО-2» ввод параметров регулирования осуществляется не выбором кривой из пучка и не вводом задания вслепую с помощью карты, с отсутствием возможности последующей коррекции, а аналитически, вводом параметров температурного графика, взятых из проекта или паспорта системы отопления. Алгоритмы управления температурой отопления, применяемые в регуляторе, рекомендованы к использованию в своде правил СП41-101-95.

4. Дело в том, что при открытых системах теплоснабжения точка излома температурного графика, т.е. минимальная температура теплоносителя в летний, раннеосенний и поздне-весенний периоды, редко поднимается выше 60 0С. Этого при открытых системах достаточно. Теряя в стояках горячего водоснабжения не более 5 градусов горячая вода, температурой не менее 55 0С (санитарная норма) поступает к потребителю. Другое дело - нагрев в теплообменнике. Чтобы нагреть водопроводную воду до температуры 60 0С, и при этом размеры теплообменника и, соответственно, цена, не были бы сравнимы с самим зданием, требуется температуру теплоносителя в тепловой сети иметь равной, как минимум, 700С. А это часто бывает невозможно сделать по экономическим соображениям, так как в случае увеличения минимальной температуры тепловой сети, сразу возрастут потери из-за перегревов в зданиях, которые автоматикой управления температурой отопления не оборудованы. Переход к закрытой системе теплоснабжения позволяет избавиться от этих проблем.

5. Внедрение энергосберегающих технологий в области отопления жилых, производственных, и административных зданий влечёт за собой усложнение техники, которая монтируется на тепловом пункте. Вопрос её обслуживания встаёт и будет вставать по мере её активного внедрения. Для того, чтобы стоимость обслуживания не съела полученную экономию в регуляторе «Влёт-РО2», предусмотрена возможность дистанционного с помощью модемной связи или через компьютерную сеть управления и контроля за состоянием АТП. Регулятор автоматически сообщает на диспетчерский пульт о возникновении нештатной ситуации, а диспетчер при необходимости вышлет мобильную, высококвалифицированную группу.

6. Если в системе не поддерживается расчетная циркуляция, то тепло распределяется неравномерно, т.е. одни помещения не нагреваются, а другие перегреваются. Существует три метода:

• качественное регулирование, при котором меняется только температура, а расход остаётся постоянным;
• количественное регулирование, при котором меняется расход, а температура остается постоянной;
• качественно-количественное (смешанное) регулирование, при котором меняется и то и другое.

О первом методе можно сказать, что он применим для всех схем систем отопления (однотрубных, двухтрубных, попутных и т.д.) Мало того, при качественном регулировании можно быть уверенным, что все помещения находятся по теплу в равных условиях, а следовательно, может быть применено глубокое регулирование с наибольшим экономическим эффектом, т.е. снижение температуры в помещениях больше чем на 50С. Следовательно, будет больше экономический эффект при равномерном распределении тепла.

Количественное регулирование применяется в системах приточной вентиляции, воздушно-отопительных агрегатах и завесах.

Качественно-количественное регулирование систем отопления – это такое регулирование, при котором при изменении одного параметра происходит не поддающееся учёту изменение другого, как происходит, например, при регулировании с помощью гидроэлеватора (струйного насоса) с регулируемым соплом. Так при контролируемом изменении температуры происходит изменение циркуляции в системе, которое не контролируется, потому что зависит не только от положения сопла, но и от располагаемого напора на вводе теплосети и от загрязненности камеры смешения. Следовательно, можно с уверенностью сказать, что при регулировании во всех помещениях будут разные по теплу условия, и значит, чтобы сохранить во всех помещениях комфортную температуру, некоторые надо перегревать. Для региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области один градус перегрева в помещениях (т.е. 21 оС вместо 20 оС) равносилен почти 5% потерь. Отсюда становится очевидным, что необходимо обязательное применение циркуляционных или подмешивающих насосов.

7.Учёт недостатков наших систем теплопотребления включает: качество, температуру и располагаемый напор теплоносителя в ТС, устойчивость к загрязнениям теплоносителя тепловых сетей. Наиболее чувствительными к грязной воде элементами схем автоматизации являются насосы с мокрым ротором, поскольку ротор насоса вращается в перекачиваемой среде. Применение автоматической промывки фильтров защиты насосов в системах с зависимым присоединением на наш взгляд необходимо. Это реализуется во «Взлёт АТП» с помощью поочередной, автоматической промывки насосами фильтров друг друга по расписанию, введенному в регулятор.

8.Удобство обслуживания, т.к. не надо чистить фильтры вручную.

В заключение хочется отметить, что сотрудниками ЗАО «Взлет» разработан автоматизированный тепловой пункт - АТП, позволяющий решать рассмотренные выше задачи (рис.1) и охватывающий практически все возможные варианты построения и компоновки схем для автоматизации систем теплопотребления. По данным, предоставленным администрацией г.Сосновый Бор нашей фирме, затраты на приобретение и установку АТП окупились в течение одного сезона. В настоящее время уже внедрено более 100 АТП, которые успешно эксплуатируются на различных предприятиях.

Сведения об авторах:

Буровцев В.А., главный эксперт по автоматизированным тепловым пунктам ЗАО "Взлет"

Кузовков А.М., ведущий специалист ЗАО "Взлет"

Шерман О.А., начальник патентного бюро ЗАО "Взлет"