МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

Тепловой пункт может использоваться для модернизации старых зданий при условии замены не только тепловых пунктов, но и теплообменников и другого сопутствующего оборудования. При строительстве нового здания выгоднее спроектировать тепловой пункт и внедрить именно установку индивидуального теплового пункта, так как в дальнейшем это позволит существенно снизить общую стоимость проекта за счет сокращения капитальных затрат и расходов на прокладку теплосетей.

Модернизацию тепловых пунктов осуществляют для усовершенствования теплоснабжения здания в соответствии с современными требованиями. Основные задачи модернизации – организация учета теплопотребления абонентом и сокращение потребления тепловой энергии при улучшении уровня теплового комфорта в обслуживаемых помещениях. Для этого, как минимум, на абонентском вводе устанавливают прибор учета и автоматический регулятор теплового потока, корректирующий отпуск теплоты по погодным условиям. Такое применение оборудования называют местным либо абонентским автоматическим регулированием. При этом не осуществляют изменений конструктивного характера в системе отопления, но предусматривают эту возможность в будущем. Особенно это касается решений о применении гидроэлеватора с регулируемым соплом (14.9). На первый взгляд, он решает поставленные задачи, но при последующей модернизации системы отопления путем установки терморегуляторов на отопительных приборах в соответствии с программой Кабмина Украины, от него необходимо будет отказаться.

Модернизация абонентских вводов позволяет:

оптимизировать распределение тепловой нагрузки в теплосети;

адекватно управлять гидравлическим и тепловым режимами внутренней системы теплопотребления здания;

снизить расход теплоносителя в теплосети;

экономить энергоресурсы;

уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

При модернизации теплового пункта рассматривают множество задач

Наиболее часто решаемые задачи:

Автоматизация процесса управления, контроль, учет расходов тепла и теплоносителя:

регулирование температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха;

регулирование температуры теплоносителя, возвращаемого в теплосеть, в соответствии с температурой наружного воздуха по заданному температурному графику;

ускоренный прогрев ("натоп") здания после энергосберегающего режима (пониженного теплопотребления);

коррекция режима теплопотребления по температуре воздуха в помещении;

ограничение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления;

регулирование тепловой нагрузки в системе горячего водоснабжения;

регулирование тепловой нагрузки приточных вентиляционных

установок с обеспечением функции защиты от замораживания (14.10);

регулирование величины снижения теплопотребления в заданные периоды по температуре наружного воздуха;

регулирование режима теплопотребления с учетом аккумулирующей особенности здания и его ориентации по сторонам света.

Указанные процессы в тепловом пункте изменяют режим теплопотребления абонента: с качественного режима на качественно-количественное. С гидравлической точки зрения – это переход от постоянного гидравлического режима (14.11) к переменному (14.12). С технической точки зрения –

это замена оборудования, неспособного работать в новых гидравлических условиях, на оборудование, решающее поставленные задачи. К заменяемому оборудованию относится, прежде всего, гидроэлеватор (14.7). Замена гидроэлеватора (14.7) на насос позволяет реализовать множество энергосберегающих функций автоматического регулирования теплопотребления здания как в момент модернизации теплового пункта, так и при последующей модернизации системы отопления и горячего водоснабжения.

14.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

До осуществления замены оборудования теплового пункта необходимо провести его детальное техническое и теплогидравлическое обследование, в процессе которого выясняют фактическое состояние абонентского ввода. При этом определяют:

проектные и фактические расходы теплоносителя;

проектные и фактические часовые, а также месячные тепловые нагрузки;

проектные и фактические параметры теплоносителя на вводе – средние значения и их отклонения как в рабочем, так и в аварийном режиме работы теплосети;

наличие отложений на внутренних поверхностях труб и арматуры;

наличие в трубах блуждающих токов, разности потенциалов и вибраций;

источники помех для электронных устройств;

стабильность электропитания.

Получают указанные данные как расчетным методом, так и методом прямых замеров. Так, расходы теплоносителя при расчетном методе определяют по проектным нагрузкам и температурному графику; при прямом – ультразвуковым расходомером с накладными датчиками. Для закрытых систем в последнем случае следует определять расходы в подающем и в обратном трубопроводах для выявления несанкционированного разбора сетевой воды либо утечек.

Тепловые нагрузки определяют по температурному режиму источника теплоснабжения и температурному режиму системы отопления. По пьезометрическому графику давления теплоносителя теплосети в статическом и динамическом режимах определяют проектные параметры теплоносителя на вводе в здание и сопоставляют их с реальными показателями по манометрам. Информация о содержании в теплоносителе воздуха и газов, механических и взвешенных частиц позволяет правильно подобрать тепломер. Такой анализ осуществляют по отложениям в трубах и грязевиках. Следует обратить внимание на наличие магнетитов в теплоносителе, увеличивающих погрешность электромагнитных расходомеров. Наличие в теплоносителе механических частиц недопустимо при использовании ротационных тепломеров, насосов и автоматических клапанов.

Блуждающие токи и электрохимическая коррозия могут быть причиной неудовлетворительной работы для датчиков расхода и температуры теплоносителя, а также тепловычислителя. Вибрация существенно влияет на работу вихревых расходомеров. Нестабильность электропитания предопределяет выбор тепловычислителя с аккумуляторами. Влияет также на расположение штока автоматических клапанов при отсутствии электроэнергии – закрыто, промежуточное – полностью открыто. Заставляет устанавливать местный резервный источник электроснабжения, либо оставлять гидроэлеватор (14.7) , как резервный вариант узлу смешивания с насосом. На основании полученной информации выбирают схему абонентского ввода, подбирают соответствующее оборудование, обеспечивают его работоспособность. Затем определяют этапы выполнения работ. Автоматизацию тепловых пунктов осуществляют:

поэтапно;

в один этап.

Поэтапную модернизацию применяют при отсутствии единоразовых средств на полную автоматизацию. Зачастую реализуют этот путь при дальнейшей замене зависимого присоединения абонента к теплосети на независимое. На первом этапе устанавливают тепломер и насос, либо только тепломер. На втором – пластинчатый теплообменник и автоматические клапаны. С учетом отечественного норматива, автоматический регулятор теплового потока следует устанавливать на первом этапе.

При установке насосов, гидроэлеватор может быть демонтирован либо оставлен. В первом варианте гидроэлеватор заменяют патрубком и устанавливают заглушку на подмешивающем трубопроводе либо срезают его, а в подающий либо обратный трубопровод врезают узел обвязки насосов с перемычкой. Кроме того, после насосов устанавливают ручной регулирующий клапан для наладки системы отопления температурным методом, а перед насосами устанавливают сетчатый фильтр. Во втором случае узел обвязки насоса с регулирующим клапаном и фильтром размещают параллельно гидроэлеватору (рис.14.5).

Рис.14.5. Параллельное размещение насосного узла к гидроэлеватору

Фильтр следует размещать после перемычки, что обеспечивает фильтрование как сетевой, так и подмешиваемой воды. На перемычке следует установить обратный клапан (14.13) для предотвращения перетока сетевой воды в обратный трубопровод. Врезку подающего трубопровода после насосов осуществляют за задвижкой, отключающей систему отопления, которая при работе насосов

должна быть закрыта. Кроме того, между фланцами соединения гидроэлеватора к подмешивающему трубопроводу устанавливают заглушку. Наилучшим вариантом модернизации теплового пункта является его автоматизация в один этап. Таким путем пошли в Киеве при замене тепловых пунктов общественных зданий. Реализуемый подход пред ставлен на рис. 14.6. Инженерные системы здания при автоматизации теплового пункта остаются без изменения. Однако возможна дальнейшая их модернизация путем установки автоматических терморегуляторов на узлы обвязки отопительных приборов системы отопления и установки терморегуляторов на циркуляционные трубопроводы системы горячего водоснабжения.

Рис.14 6 Схема замены узлов при модернизации теплового пункта

Такая модернизация становится возможной, поскольку побудителями движения воды в этих системах являются насосы. Кроме того, в новых узлах установлены сетчатые фильтры, снижающие загрязненность теплоносителя.

В старом тепловом пункте демонтируют практически все оборудование (рис. 14 .7): контрольно-измерительные приборы, узел учета, скоростные водоподогреватели, элеваторный узел. Оставляют лишь задвижки и грязевики. Причем по требованию грязевик на обратном трубопроводе устанавливают перед регулирующими устройствами, а также приборами учета расходов воды и тепловых потоков. Новые узлы присоединения систем отопления (рис. 14.7,б) и горячего водоснабжения проектируют в соответствии с местными условиями.

При модернизации тепловых пунктов по программе Европейского банка реконструкции и развития в Киеве применяют зависимую схему присоединения системы отопления без перепускного клапана (14. 14) и двухступенчатую смешанную схему присоединения системы горячего водоснабжения с пластинчатыми теплообменниками. Кроме того, в тепловом пункте автоматизируют отвод воды из приямка.

Новые узлы присоединения систем зачастую имеют заводское изготовление и поставляются на объекты собранными в виде блочного теплового пункта. Блок поставляют с приваренными патрубками к ответным фланцам, что облегчает монтажные работы.

При модернизации тепловых пунктов в подавляющем большинстве случаев целесообразно применять блочные тепловые пункты. Они собраны и испытаны в заводских условиях, отличаются надежностью. Монтаж оборудования упрощается и удешевляется, что, в конечном счете, снижает стоимость модернизации.

Модернизацию теплового пункта осуществляют на основании детального технического и теплогидравлического обследования абонентского ввода.

Рис. 14.7 Общий вид абонентского ввода: а - до модернизации; б – после модернизации

Одним из вариантов решения задачи оперативного управления параметрами теплоносителя элеваторного узла смешивания является автоматизированный водоструйный аппарат с регулируемым соплом (АВАРС).

Внешний вид водоструйного аппарата с регулируемым соплом представлен на рисунке. Описание аппарата представлено на основании материалов . Доработка элеватора произведена путем установки регулирующего исполнительного механизма с ручным или электрическим приводом. Более детально конструкция исполнительного механизма представлена ниже.

Регулирующий исполнительный механизм состоит из конусного сопла (1), в котором помещена регулирующая конусная игла (2). Конусная игла может перемещаться в продольном направлении посредством зубчатого валика (4) и направляющего аппарата. Ось зубчатого валика и перемещение конусной иглы может осуществляться вручную или с помощью электрического привода по командам программируемого контроллера.

Для автоматизации погодного регулирования водоструйный аппарат комплектуется следующими элементами:

1. 
   Электрический привод.
2. 
   Программируемый контроллер.
3. 
   Термометры сопротивлений (термопары).
4. 
   Комплект силовых и контрольных кабелей.
5. 
   Устройство диспетчеризации и дистанционного управления (при необходимости).

Многих руководителей управляющих компаний привлекает простота, кажущаяся надежность и сравнительно небольшая стоимость подобной реализации системы автоматического погодного регулирования (САПР). Стоимость оборудования и монтажа по нашим данным составляет 150т.р…200т.р. На нескольких объектах Санкт-Петербурга произведена модернизация ИТП и установлены комплексы АВАРС.

Для анализа эффективности и корректности работы САПР на основе АВАРС специалистами СПб ГБУ «Центр энергосбережения» были получены данные о почасовых расходах тепловой энергии и средней часовой температуре наружного воздуха, соответствующей времени измерения расхода. Данные архивов тепловычислителей предоставлены специалистами ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга».

В идеальном случае САПР обеспечивает увеличение или уменьшение расхода тепловой энергии пропорционально уменьшению или увеличению температуры окружающего воздуха. Зависимость – линейная с учетом инверсии температуры. Степень зависимости двух процессов принято численно оценивать коэффициентом корреляции по Пирсону (К пирс). Чем ближе значение коэффициента к единице, тем процессы более зависимы. При К пирс =0, - процессы полностью независимы.

В приложении 1 представлены графики почасового потребления тепловой энергии, совмещенные с инверсированными данными о среднечасовой температуре окружающего воздуха. Инверсия использована для более наглядного представления о степени зависимости процессов.

Как следует из графиков и значений К пирс процесс регулирования расхода потребления тепловой энергии практически не связан с внешней температурой. Максимальный коэффициент К пирс =0,74 (график 3). Настораживает хаотичное срабатывание регулирующей иглы АВАРС (график 3), что крайне нежелательно для зависимых схем подключения систем отопления.

Максимальное значение коэффициента корреляции быстрее всего связано не с работой САПР АВАРС, а с изменением параметров теплоносителя от теплоснабжающей организации. Подтверждением этого вывода может служить график 1 приложения №2. На нем показаны зависимости расхода и температуры на ИТП с простым элеваторным узлом смешивания. Причем, коэффициент корреляции здесь выше, чем в предыдущем случае (К пирс =0,75). Процесс погодного регулирования осуществляется теплогенерирующей организацией.

На основании представленных сведений можно сделать вывод о том, что эксплуатируемые в настоящее время системы погодного регулирования на основе АВАРС не обеспечивают эффективного и точного управления параметрами теплоносителя. После отладки систем управления и программного обеспечения, процесс анализа почасовых расходов можно повторить и оценить эффективность финансовых вложений в модернизацию ИТП.

Представленный вывод совпадает с мнением ведущих специалистов ресурсоснабжающих организаций города. Ниже приводим выдержку из отзыва директора филиала «Энергосбыт» ГУП «ТЭК Санкт-Петербург» А.М.Сергиенко по вопросу элеваторов с регулируемым соплом.

«Установку элеваторов с регулированием проходного сечения сопла считаем нецелесообразной, т.к. считаем ее ненадежной и требующей обслуживания квалифицированными специалистами по наладке и эксплуатации. Кроме того, при срабатывании автоматики на уменьшение расхода теплоносителя из первичного контура происходит уменьшение подсоса из обратного трубопровода, снижение циркуляции в системе отопления и недогрев дальних стояков.»

Рекомендации руководителям управляющих компаний по внедрению САПР АВАРС могут быть представлены только после положительных результатов анализа эффективности ее работы на основании почасовых расходов тепловой энергии за 3…4 месяца отопительного периода.

Альтернативным вариантом модернизации тепловых пунктов по отношении к рассмотренным малобюджетным предложениям является внедрение полноценных систем погодного регулирования на основе апробированных проектных решений, надежной элементной базы, микропроцессорного управления, отлаженного программного обеспечения и наличия специалистов для обслуживания действующего оборудования.

Существенным недостатком подобных автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) является их стоимость. Тем не менее, практически все строящиеся и вводимые в эксплуатацию многоквартирные дома в Санкт-Петербурге оснащаются именно полноценными АИТП. Имеющийся положительный опыт проектирования и эксплуатации автоматизированных ИТП позволяет рассматривать варианты их применения при решении проблемы модернизации устаревших и неэффективных ИТП на основе элеваторных схем. К подобному решению приводит и тенденция роста тарифов на услуги естественных монополий.

Ниже представлен схематический рисунок простейшего автоматизированного ИТП на основе двухвходового клапана К1. Большинство элементов действующего АИТП не показаны. Для информации в приложении 3 представлена копия принципиальной схемы эксплуатируемого АИТП с полным набором всех необходимых элементов.

Условные обозначения:

P 1 -манометр прямопоказывающий;

T 1 -T 5 -кран шаровый;

К 1 -двухвходовой регулирующий клапан;

РС -регулятор перепада давления;

М1 -циркуляционный насос.

В исходном положении двухвходовой регулирующий клапан находится в положении, соответствующему температуре наружного воздуха (Тн) и настройкам контроллера. Теплоноситель из теплосети поступает в систему отопления МКД. Температура теплоносителя после линии подмеса (Т5) измеряется внутренним температурным датчиком. Пересчет необходимой температуры Т5 осуществляется контроллером на основе сведений о наружной температуре. На этапе пусконаладки в контроллер вводятся необходимые настроечные данные, на основании которых

рассчитывается соответствие Тн и Т5.

Циркуляция теплоносителя в системе обеспечивается циркуляционным насосом М1. Как правило, управление приводом насоса осуществляется с использованием частотного преобразователя, позволяющего производить плавную регулировку частоты вращения электропривода (и производительности насоса).

При понижении температуры Тн контроллер выдает сигнал на привод регулирующего клапана, который открывается, тем самым увеличивая подачу теплоносителя. Температура Т5 повышается до необходимого уровня, записанного в памяти контроллера. В ряде случаев выдается команда и на увеличение частоты вращения привода насоса М1.

Повышение температуры Тн компенсируется автоматикой в обратной последовательности.

По мнению специалистов ресурсоснабжающих организаций для зависимых схем теплоснабжения (без теплообменников) необходима установка регуляторов перепада давления (РС). Поддержание стабильного давления в общей сети централизованного теплоснабжения при зависимых схемах по объективным причинам невозможно. Это связано с тем, что соседние потребители тоже могут оперативно менять расход теплоносителя на своих ИТП, что приводит к изменению давления в сети. Если на участке сети имеется около сотни домов, скачки давления неизбежны. Именно подобные изменения давления и компенсирует регулятор РС. Кроме того, изменение давления на входе в регулирующий клапан приводит в действие автоматику, которая отрабатывает программу поддержания Т5. Дополнительная и бесполезная работа приводов регулирующего клапана и насоса, естественно, сократит общее время службы дорогостоящих элементов.

Представленная схема АИТП – это один из множества вариантов существующих проектных решений и действующих комплексов. Рассмотрение всего множества решений по АИТП выходит за рамки данной работы. Подробные примеры технической реализации блочных АИТП представлены в .

Более уместным в данных методических материалах представляется анализ практических результатов снижения потребления тепловой энергии на объектах города за счет эксплуатации АИТП. Только за счет анализа могут быть синтезированы научно обоснованные технические и организационные решения по энергосбережению и повышению энергоэффективности жилищно-коммунальной сферы.

По сведениям Жилищного комитета в Санкт-Петербурге в 2008-2009 года была реализована Федеральная целевая программа, в рамках которой были разработаны проекты и смонтировано 644 автоматизированных ИТП.

Специалистами СПб ГБУ «Центр энергосбережения» был проведен анализ эффективности внедрения автоматики на МКД с использованием методики определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения . Сущность методики заключается в сравнении нормативного и фактического удельного потребления тепловой энергии на отопление. Именно таким образом нам рекомендуется определять класс энергетической эффективности зданий и сооружения .

В приложении 4 представлены итоговые данные расчетов нормативного и фактического удельного потребления тепловой энергии на отопление по некоторым МКД. Для наглядности, сравнение удельных характеристик приведено для соседних домов, близких по году постройки и теплотехническим показателям.

По всем МКД, в которых установлено оборудование АИТП потенциал энергосбережения имеет отрицательное значение. То есть, годовое потребление тепловой энергии на нужды отопления ниже нормативного. Соседние МКД в основном имеют положительное значение потенциала. Потребление – выше нормативного. Среднее значение экономии или перерасхода составляет -25% для МКД с АИТП и +5% для элеваторных ИТП.

Кроме интегральных показателей можно представить и более наглядные диаграммы, характеризующие механизм погодного регулирования. Они представлены в приложении 2 графики 2 и 3. Кривые почасового расхода тепловой энергии и инверсированной температуры практически одинаковы. Коэффициент корреляции составляет К пирс =0,9.

Одной из основных причин, сдерживающих массовое использование автоматизированных ИТП, является их сравнительно высокая стоимость. Тем не менее, по итоговой статистике наблюдается увеличение количества объектов, оснащенных современными тепловыми пунктами.

По состоянию на 2015 год согласно данным ГУП «ТЭК Санкт-Петербург» по 79-ти котельным, в зоне теплоснабжения которых эксплуатируются объекты с автоматизированными ИТП, имеется следующая статистика.

В дальнейшем прогнозируется увеличение количества автоматизированных ИТП как за счет нового строительства, так и в ходе модернизации морально и физически устаревших ИТП с элеваторным узлом смешивания.

Для беспрерывной работы ЦТП и ИТП требуют технического обслуживания, текущего, планово-предупредительного и капитального ремонта, а при необходимости и модернизацию тепловых пунктов.

На тепловых объектах требуется постоянный контроль за состоянием механического и технического оборудования , измерительных приборов, автоматической системы, приборов учета расхода тепловой энергии.

Текущий ремонт теплового пункта

Текущий ремонт теплового пункта требуется проводить с регулярной периодичностью. Цель его - предупредить неполадки и устранить мелкие поломки в работе оборудования, не останавливая текущую работу системы. К основным работам по обслуживанию и текущему ремонту относятся:

• осмотр труб сетей;
• замена смазочных материалов;
• смазка деталей;
• контроль работы механизмов, аппаратуры, приборов.

Регулярное выполнение текущего ремонта позволяет сохранить оборудование в рабочем состоянии и подготовиться к планово-предупредительному ремонту теплового пункта.

Планово-предупредительный ремонт теплового пункта

Планово-предупредительный ремонт проводится в целях профилактики и недопущения аварий на объекте, а также продления срока службы технического оборудования. В необходимые работы по выполнению планово-предупредительного ремонта входят:

• чистка и регулировка, при ремонте оборудования;
• частичный ремонт изоляции труб и арматуры;
• ревизия и мелкий ремонт насосов;
• ликвидация течи воды;
• налаживание крепежа и клемм совмещения деталей;
• замена прокладок, уплотнений, сальников и пр.

При проведении планово-предупредительного ремонта увеличивается срок работы оборудования, а проведение плановых проверок позволяет учитывать степень износа механизмов и оборудования для планирования и расчета капитального ремонта.

Капитальный ремонт теплового пункта. Этапы проведения капитального ремонта теплового пункта

При проведении капитального ремонта, выполняется ряд работ:

• обследование объекта на выявление неисправностей;
• частичную замену труб с установкой нового оборудования, теплоизоляции, гидроизоляции;
• полную (или частичную) замену или ремонт оборудования, аппаратуры, приборов и т. д.;
• очистку внутренней поверхности оборудования и деталей от накипи и продуктов коррозии;
• гидравлическую проверку и включение системы.

Таким образом, работы по капитальному ремонту содержат:

• тестирование механизмов и приборов;
• демонтаж старого и монтаж нового оборудования;
• проверка и ввод в эксплуатацию обновленной системы.

Модернизация тепловых пунктов

По мере изнашивания оборудования теплового пункта, снижается продуктивность работы и повышается расход энергии объекта. Решить проблему рационального использования тепловой энергии поможет проведение модернизации теплового пункта оснастив систему отопления теплового пункта современным экономичным оборудованием. Переоборудование отопительной системы теплового пункта включает работы по:

• демонтажу и монтажу теплового оборудования и сетей;
• установке механизмов, аппаратуры, приборов учета;
• установке автоматизации и диспетчеризации тепловых пунктов;
• проверке и запуска системы отопления.

Сотрудники компании «ЭнергоСтар» выполнят все виды ремонтных работ пункта отопления и водоотведения от замены и регулировки отдельных деталей до модернизации и реконструкции системы отопления, обеспечат профессиональное обслуживание тепловых пунктов.