Регулирование температуры внутри помещений - перспективный метод энергосбережения

Учет потребления энергии на отопление и горячее водоснабжение создает экономические предпосылки для внедрения регулирования теплопотребления у потребителей.

В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) России традиционно применяется качественное регулирование. В "чистом" виде это означает, что расход циркулирующей в системе воды остается постоянным в течение всего отопительного периода, а количество поставляемой теплоты регулируется путем изменения температуры поступающей к потребителю ("прямой") воды в соответствии с температурой наружного воздуха по температурному графику. Соответственно, меняется и температура возвращаемой потребителем охлажденной ("обратной") воды. График строится для здания, наиболее представи-тельного для группы зданий, отапливаемых данным поставщиком тепла.

Вопреки принятой сегодня моде ругать все советское следует подчеркнуть, что внедрение в начале 30-х годов качественного регулирования в СЦТ СССР (в то время в капиталистических странах и не помышляли о СЦТ при частной собственности их внедрение было невозможно) было, безусловно, прогрессивным, поскольку позволяло создать потребителям достаточно комфортные условия при минимальных капитальных затратах.

Таблица 1.

Сегодня чисто качественное регулиро-вание нас уже не удовлетворяет. В частности, при положительной тем-пературе наружного воздуха (а отопление, в соответствии со СНиП, прекращается, если она превышает 8°С) температура прямой воды по графику должна быть меньше 40-50°С. Но для горячего водоснабжения по СНиП требуется вода с температурой не ниже 60°С, поэтому при двухтрубной системе (один трубопровод для "прямой" воды, другой для "обратной") вода на отопление также имеет температуру 60°С.

Проще говоря, начиная с определенной температуры наружного воздуха отопление вообще не регулируется, а потребитель получает тем больший избыток тепла, чем выше температура наружного воздуха. Комфортность в помещении создается путем проветривания через форточки. В результате затраты на отопление в переходные периоды (начало и конец отопительного периода) оказываются неоправданно большими.

Сказанное подтверждается данными СТС АО "Свердловэнерго" (табл. 1).

Расход на отопление в феврале и марте был практически одинаков, несмотря на существенно более высокую температуру наружного воздуха и более сильную солнечную радиацию в марте. Отношение расходов в феврале и октябре равно 1,62, в то время как разность расчетных тем-ператур внутри помещения (в соответствии со СНиП примем ее 18°С) и наружного воздуха, по которой строится темпе-ратурный график, различается для этих месяцев в 2,12 раза. Систематические ограничения по поставке топлива в течение прошедшего отопительного сезона не позволяли теплоснабжающим органи-зациям всегда выдерживать температурный график, тем не менее, приведенные цифры обнаруживают явный "перетоп" в весенний и осенний месяцы.

Тепловую нагрузку можно регулировать путем изменения:

- коэффициента теплопередачи нагре-вательных приборов или их поверхности;

- расхода греющего теплоносителя;

- температуры греющего теплоносителя;

- длительности работы нагревательного прибора.

Давно установлено, что для обеспечения высокого качества теплоснабжения следует применять комбинированное регулирование, которое должно являться рациональным сочетанием, по крайней мере, трех ступеней центрального, группового (или местного) и индивидуального.

Изменение коэффициента теплопередачи используется только при местном регулировании, в частности, при регули-ровании теплоотдачи от конвекторов путем изменения положения регулирующей пластины. Неко-торые жители, у которых установлены радиаторы, закрывают их одеялами при высокой температуре наружного воздуха.

Недостаток этого метода растет температура обратной воды, т.е. увеличиваются удельные (на 1 Гигакалорию переданной теплоты) затраты энергии на привод циркуляционных насосов. За ее превышение поставщик штрафует потребителя. При этом как-то остается незамеченным, что перерасход энергии на перекачку теплоты по сравнению с ее расходом на расчетном (для самого холодного времени) режиме является вообще характерной особенностью качественного регулирования.

Кстати, не ясно как должен поступать поставщик, если температура обратной воды растет в домах, в которых по проекту установлены конвекторы, т.е. где этот рост уже заложен в проект. Некоторые поставщики на практике при росте температуры обратной воды просто снижают температуру прямой по сравнению с предусмотренной температурным графиком.

Регулирование путем изменения расхода теплоносителя ("количественное") предполагает по крайней мере, в "чистом" виде постоянство его температуры, т.е. температуры прямой воды. Каждый потребитель пропускает столько воды в свои нагревательные приборы, сколько ему нужно для создания комфортных (физически и экономически) условий. Проблема здесьв том, чтобы при увеличении, скажем, расхода теплоносителя одним пот-ребителем, расход теплоносителя у другого потребителя не уменьшился бы. Это требует соответствующего согласования гидравлических характеристик потребителей и сети (включая цир-куляционные насосы). Его проще осуществить в небольших системах, например, при отоплении многоквар-тирного дома от домовой котельной. Во многих странах Западной Европы регуляторы ("термостаты") устанавливают в каждой квартире, подбирая соот-ветствующим образом характеристики насоса и диаметры подводящих труб ("стояков").

С увеличением числа абонентов, расстояний между ними и поставщиком тепла, т.е. с усложнением системы такое согласование усложняется, хотя теоретически все кажется просто: необходимо обеспечить постоянство давления перед каждым абонентом (т.е. его регулятором) в течение всего отопительного периода.

К количественному можно отнести и так называемое пофасадное регулирование. Известно, что при сильном ветре в помещениях, расположенных с наветренной стороны, зачастую бывает значительно холоднее (особенно при большой площади остекления), чем с подветренной. Помещения, обращенные на юг и на север, получают разное количество тепла, излучаемого Солнцем. В этом случае целесообразно, не меняя общего количества прямой воды, получаемой зданием, перераспределить ее потоки, что, как правило, требует установки специальных побудителей.

Требование постоянства расхода теплоносителя при качественном регулировании связано с опасением разрегулирования гидравлики разветвленной системы теплоснабжения при изменении расхода. Поскольку разные объекты находятся на разном расстоянии от источника, а главное на разной геодезической высоте, вся гидравлика настраивается на один определенный расход теплоносителя путем установки дроссельных шайб или клапанов. При изменении общего расхода в подающей магистрали расход на каждый объект изменяется непропорционально, поэтому теплопотребление одних объектов изменяется больше, других меньше. В такой системе увеличение водозабора на один объект, например путем несанкционированного удаления шайбы на подводящем трубопроводе, может привести к снижению давления в магистрали и как следствие к уменьшению расхода воды, по крайней мере, к ближайшим 5 потребителям. В период сильных морозов такое разрегулирование, при непринятии соответствующих мер грозит серьезными последствиями.

Изложенными соображениями часто обосновывают возражения против регулирования температуры внутри помещений путем изменения расхода теплоносителя (в частности, вентилем на обратной магистрали). Однако эти опасения сильно преувеличены.

Реалии сегодняшнего дня таковы, что под регулированием фактически пони-мается уменьшение потребления теплоты. За годы Советской власти нормативы, по которым проектируются системы отопления и ГВС, отработаны настолько надежно, что с одной стороны потребность в увеличении расхода теплоты по сравнению с расчетным обычно не возникает (если, конечно, стекла не выбиты, а двери закрываются), а с другой оно практически нереализуемо, т.к. нет избытка мощностей.

Локальное уменьшение расхода у большого числа абонентов при принятом центральном качественном регулировании могло бы привести к недопустимому повышению давления, однако давление легко выравнивается регулированием (выключением) насосов на станциях. В единой сети СТС АО "Свердловэнерго" при открытом водоразборе и семи теплоисточниках такое регулирование осуществляется постоянно.

Надо иметь в виду, что процесс внедрения регуляторов теплопотребления будет растянут на длительный период из-за большого объема работ, в течение которого параллельно будут внедряться автоматические системы поддержания стабильного давления, в том числе и применение электродвигателей с час-тотным регулированием. Оно позволит уменьшить потребление не только теплоты, но и электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Таким образом, количественное местное регулирование в сторону снижения теплопотребления при централизованном качественном позволит обеспечить существенную экономию.

Чтобы не вызвать разрегулировки гид-равлики отопительной сети потребителя (в здании), местное регулирование можно осуществить двумя путями:

1. Установить дополнительный бесшумный циркуляционный насос, который будет обеспечивать циркуляцию воды в системе, забирая из подводящего трубопровода столько горячей воды, сколько нужно для создания комфортных условий в здании. Температуру воды, поступающей в отопительные приборы, можно поддерживать либо в соответствии с реальным (без нижней "срезки") темпе-ратурным графиком, либо автоматически регулировать по показаниям термометра, установленного в представительном помещении здания. Этот вариант уже реализован многими потребителями.

2. Комфортную температуру в помещении можно поддерживать путем регулирования числа часов работы отопительных приборов в сутки, используя большую аккумулирующую способность здания. Здесь надо подчеркнуть, что в реальных условиях постоянство расхода теплоносителя при качественном централизованном регулировании все равно, строго говоря, не выдерживается по ряду причин и, прежде всего, из-за неравномерного водоразбора из системы горячего водоснабжения. Отключение системы отопления здания, например, в периоды утреннего и вечернего максимумов водоразбора (так называемое ‛связанное регулирование"), в этой ситуации позволит даже сделать расходводы в подающей магистрали более постоянным.

Практика периодического включения отопления широко используется за рубежом. В России таким образом отапливается большинство объектов, оборудованных индивидуальными источниками теплоснабжения.

Больше того, аккумулирующая способность зданий в неявной форме исполь-зуется даже при "чисто" качественном регулировании, поскольку температура пря-мой воды устанавливается на теплоисточнике, расположенном иногда на боль-шом расстоянии от теплопотребителя. Изменение температуры воды на Ново-Свердловской ТЭЦ, например, сказывается в районе ЖБИ лишь через несколько часов; жители этого даже не замечают.

При регулировании теплопотребления "релейным" методом (включение-отключение) также целесообразно устанавливать циркуляционный насос, т.к. при прекращении подачи горячей воды элеватор перестает работать, не будет циркуляции воды в отопительной установке, что может привести к размораживанию. Этот насос включается только на время отключения отопления.

При существующей системе оплаты за отопление ГВС в экономии тепла материально заинтересованы лишь балансодержатель здания и бюджет административного образования, но не конкретный житель. За их счет и должны внедряться регуляторы температуры внутри помещений после установки приборов учета потребления теплоты на отопление ГВС отдельным зданием или группой зданий.

Уменьшение потребления теплоты, естественно, ухудшит рентабельность теплоснабжающих предприятий. Их интересы необходимо учитывать путем изменения тарифной политики, в частности, путем введения двухтарифной системы оплаты. Этот вопрос выходит за рамки данной статьи.