Регулирование теплоснабжения. 
Регулирование теплоснабжения

К началу 50-х годов прошлого века в Советском Союзе была создана система теплоснабжения, характеризующаяся высокой степенью централизации. Для своего времени это была достаточно передовая система. В настоящее время многие страны Европы, такие, как Дания, также идут по пути централизации выработки тепловой энергии. Этот путь, с учётом современных достижений в применяемых материалах, технологиях и средствах автоматизации, имеет свои преимущества. Около 80% тепловой энергии в Республике Беларусь сегодня производится за счет централизованных источников. И с этим нельзя не считаться. Развитая сеть централизованного теплоснабжения, а также теплопроводов предъявляют определённые требования к выбору источника тепла. Преимуществами централизованных источников называют: меньшие затраты на выработку единицы энергии при её массовом производстве; более высокие экологические параметры при её выработке, хотя, при нынешней ситуации в состоянии централизованной системы теплоснабжения в нашей стране (в отличие от стран западной Европы), эти положения являются весьма спорными.

Централизованная система, при всех её преимуществах и недостатках, требует значительных затрат на эксплуатационные расходы и модернизацию, связанную с уменьшением теплопотерь. Кроме того, централизованная система требует значительных затрат на регулирование теплоснабжения для конечных потребителей. Именно системы централизованного теплоснабжения, ориентированные на ресурсои энергосбережение, оснащённые высокой степенью автоматизации и регулирования на всех ступенях, вплоть до поквартирного, применяются сегодня в ряде стран западной и центральной Европы. В том виде, в котором централизованная система создавалась в нашей стране, она была не регулируемой изначально (по температурным параметрам) для конечного потребителя. Эта тенденция имеет место и сегодня. Следует учитывать, что за последние десятилетия, в эксплуатацию централизованных сетей, а также в их модернизацию, не вкладывалось, да и не вкладывается сейчас достаточных средств. Следствием этого является на сегодняшний день почти 80% износ сетей, нарушение их теплоизоляции, другие негативные факторы, и, как результат, весьма значительные потери производимого тепла (до 30−50%).

Наиболее характерными потерями в тепловых сетях являются:

• 1. Потери через некачественную изоляцию теплопроводов, из-за чего у конечных потребителей от ТЭЦ температура теплоносителя на 8−10°С ниже прямой сетевой воды источника;
• 2. Утечки через дренажи в системах потребителей и несанкционированный открытый водоразбор;
• 3. Утечки из-за неплотности арматуры и теплопроводов;
• 4. Затопление теплопроводов в каналах водопроводными и грунтовыми водами.

Дефицит централизованных средств на содержание тепловых сетей, как правило, перекладывается на плечи конечного потребителя, что, в свою очередь, приводит к росту тарифов, а конечный потребитель тепловой энергии расходует на оплату коммунальных услуг до 30% своих доходов. Наряду с групповым регулированием отпуска тепла, необходимо также предусматривать регулирование тепловых параметров по каждому потребителю в отдельности — т. е. контроль теплового режима конкретного здания, а также поквартирное регулирование теплопотребления.

При проектировании энергоэффективных систем отопления, согласно требованиям строительных норм, следует предусматривать комплексное автоматическое регулирование параметров и адекватную этим задачам конструкцию систем отопления. Комплексное автоматическое регулирование включает в себя несколько базовых принципов. Один из них — индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе термостатом, обеспечивающем поддержание заданной жильцом температуры помещения. Другой важный принцип энергосбережения — применение устройств автоматического регулирования параметров теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха, параметров теплоносителя в тепловой сети и изменяющихся в процессе работы теплогидравлических характеристик системы отопления.

С начала развития централизованного теплоснабжения в нашей стране в качестве основного метода регулирования отпуска тепла был принят метод центрального качественного регулирования по основному виду тепловой нагрузки. В течение длительного времени основным видом тепловой нагрузки являлась нагрузка отопления, присоединяемая к тепловой сети по зависимой схеме через водоструйные элеваторы. Центральное качественное регулирование заключалось в поддержании на источнике теплоснабжения температурного графика, обеспечивающего в течение отопительного сезона заданную внутреннюю температуру отапливаемых помещений при неизменном расходе сетевой воды. Такой температурный график, называемый отопительным, широко применяется в системах теплоснабжения и в настоящее время. регулирование теплоснабжение отопление С появлением нагрузки горячего водоснабжения минимальная температура воды в тепловой сети была ограничена величиной, необходимой для подачи в систему горячего водоснабжения воды с температурой не ниже 60 ⁰С, требуемой по СНиП, т. е. величиной 70−75 ⁰С в закрытых системах и 60−65 ⁰С в открытых системах теплоснабжения, несмотря на то, что по отопительному графику требуется теплоноситель более низкой температуры. «Срезка» отопительного температурного графика при указанных температурах и отсутствии местного количественного регулирования расхода воды на отопление приводит к перерасходу тепла на отопление при повышенных наружных температурах т. е. возникают так называемые весеннее-осенние «перетопы».

Появление нагрузки горячего водоснабжения привело не только к ограничению нижнего предела температуры сетевой воды, но и к другим нарушениям условий, принятых при расчете отопительного температурного графика. Так, в закрытых и открытых системах теплоснабжения, в которых отсутствуют регуляторы расхода сетевой воды на отопление, расход воды на горячее водоснабжение приводит к изменению сопротивления сети, расходов воды в сети, располагаемых напоров и в конечном счете расходов воды в системах отопления.

В двухступенчатых последовательных схемах включения подогревателей нагрузка горячего водоснабжения приводит к снижению температуры воды, поступающей в системы отопления. В этих условиях отопительный температурный график не обеспечивает требуемую зависимость расхода тепла на отопление от наружной температуры.

Именно поэтому основной задачей регулирования отпуска тепла в системах теплоснабжения является поддержание заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях при изменяющихся в течение отопительного сезона внешних климатических условий и заданной температуре воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, при изменяющимся в течение суток расходе этой воды.

Существует только три принципиально различных метода регулирования отпуска тепловой энергии на нужды теплоснабжения: качественный, количественный и качественно-количественный. При качественном методе регулирования температура теплоносителя изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, а расход теплоносителя остается постоянным.

При количественном методе регулирования, наоборот, температура теплоносителя остается постоянной, а расход теплоносителя в системе теплопотребления изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха.

Качественно-количественный принцип регулирования сочетает в себе оба названных метода. В свою очередь все эти методы подразделяются на центральное регулирование (на источнике тепла) и местное регулирование. На сегодняшний день, давайте скажем прямо, фактически свершился вынужденный переход от качественного регулирования к качественно-количественному.

И для того, чтобы обеспечить в этих условиях температуру внутри помещений согласно СНиП, а также сэкономить потребляемую тепловую энергию, особенно в весенний и осенний периоды отопительного сезона и модернизируются системы теплопотребления, т. е. решаются проблемы «перетопов» и «недотопов» с помощью современных микропроцессорных систем регулирования с применением качественно-количественного принципа регулирования.

Эффективность традиционных технологий выработки теплоты на ТЭЦ в последние годы существенно снизилась. В отечественных системах теплоснабжения почти повсеместно нарушаются основные принципы качественного регулирования, не работает прежняя структура отпуска теплоты. Это обусловлено целым рядом причин. На фоне снижения эффективности централизованного теплоснабжения существенно повысилась привлекательность децентрализованных систем теплоснабжения. ситуация, когда термодинамически более эффективные централизованные системы из-за нерациональной технической и сбытовой политики руководства энергетических компаний не могут конкурировать с децентрализованными системами. Нередки случаи, когда потребителям для подключения к централизованной системе теплоснабжения руководство энергетических компаний выдает неосуществимые технические условия. Часто потребители добровольно отключаются от централизованных систем теплоснабжения. В большинстве случаев децентрализованные системы применяются для ухода от централизованного теплоснабжения, а не в результате технико-экономического сравнения различных систем.

В настоящее время необходимо полностью пересмотреть концепцию отечественного теплоснабжения. Изменившаяся структура отпуска теплоты подразумевает применение новых более экономичных технологий в системах теплоснабжения. Одним из перспективных направлений развития отечественного теплоснабжения является совершенствование технологий регулирования тепловой нагрузки путем перехода к низкотемпературному теплоснабжению, количественному и качественно-количественному регулированию.

Методы центрального регулирования были разработаны с учетом технических и технологических возможностей первой половины ХХ века, которые претерпели значительные изменения. При корректировке принципов регулирования тепловой нагрузки возможно частичное использование зарубежного опыта по применению других методов регулирования, в частности, количественного регулирования.

Перевод систем теплоснабжения на количественное и качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки является, как показывает опыт зарубежных стран, эффективным энергосберегающим мероприятием. Проведем сравнительный анализ способов регулирования тепловой нагрузки.