Об эффективности открытых систем теплоснабжения

Обсуждение предыдущей статьи: «К вопросу о «закрытии» систем теплоснабжения» опубликованной в журнале «Коммунальный комплекс России» №10(76) за октябрь 2010 г. не дало убедительных доводов в пользу закрытых систем кроме голословного утверждения, что они лучше открытых, потому какие системы более эффективны открытые или закрытые придется разбираться более подробно. Итак, система теплоснабжения это совокупность взаимосвязанных теплоустановок, осуществляющих теплоснабжение района, города, предприятия. (ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»). Наиболее эффективной является система, в которой при минимальном расходе теплоносителя осуществляется максимальная передача тепловой энергии потребителям, т.е. разность температур теплоносителя между подающим и обратным трубопроводами максимальная. Рассмотрим эффективность передачи тепловой энергии от источника к потребителям в зависимости от типа системы теплоснабжения открытой или закрытой. Для оценки количественного соотношения эффективности рассматриваемых систем введем коэффициент ktm где: Δt - разность температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, т.е. Δt=t1-t2, а Σm –сумма расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, т.е. Σm=m1+m2. Сам по себе этот коэффициент физического смысла не имеет, я даже не рассматриваю его размерность (весьма непривычную). При передаче одного и того же количества тепловой энергии в двух разных системах или в одной и той же системе, но при разных температурных режимах по величине коэффициента (k) можно не только определить оптимальный (вариант системы или режима), но и оценить количественное соотношение эффективности рассматриваемых систем или режимов по величине отношения коэффициентов (k).

Для сравнения систем построена упрощенная математическая модель, в частности пренебрегающая изменением теплосодержания теплоносителя от изменения давления, некоторыми отличиями режимов теплопотребления нагрузками отопления и вентиляции и, чтобы не отвлекаться на мелочи, площадь теплообменных аппаратов принята бесконечно большой. Схемы оборудования тепловых центров потребителей взяты из СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов», запорная и регулирующая арматура, системы автоматики на схемах условно не показаны и их влияние на режим работы системы теплопотребления в модели не учитывается.

 

Открытая система теплоснабжения с непосредственным присоединением системы отопления и вентиляции объекта теплоснабжения. Отбор теплоносителя на нужды горячего водоснабжения (далее ГВС) производится непосредственно из тепловой сети.

 

Закрытая система теплоснабжения с независимым присоединением системы отопления и вентиляции объекта теплоснабжения. Отбор теплоносителя на ГВС из тепловой сети не производится. В системе ГВС нагрев исходной воды из городского водопровода осуществляется в теплообменном аппарате по одноступенчатой схеме. Далее рассматриваются два варианта охлаждения теплоносителя из подающего трубопровода в теплообменном аппарате ГВС до температуры обратного трубопровода (бывает и такое, сам видел) и до температуры исходной воды из городского водопровода (более разумный вариант с точки зрения эффективности).

 

Закрытая система теплоснабжения с независимым присоединением системы отопления и вентиляции объекта теплоснабжения. Отбор теплоносителя на нужды ГВС из тепловой сети не производится. В системе ГВС нагрев исходной воды из городского водопровода осуществляется в двух теплообменных аппаратах по двухступенчатой схеме.

 

Открытая система теплоснабжения с непосредственным присоединением системы отопления и вентиляции объекта теплоснабжения. С тепловым насосом, передающим энергию от возвращаемого на источник теплоснабжения теплоносителя в систему отопления объекта теплоснабжения. Отбор теплоносителя на нужды горячего водоснабжения (далее ГВС) производится непосредственно из тепловой сети.

Из многочисленных вариантов расчета соотношения эффективности систем теплоснабжения в отношении к базовому варианту (широко распространенная открытая система без элементов автоматики и регулирования) привожу график зависимости относительной эффективности перечисленных ранее систем в зависимости от температуры наружного воздуха. График рассчитан для следующих условий: график регулирования температуры теплоносителя 150/70°С без срезки сверху и со срезкой снизу (при температуре 70°С), температура ГВС 70°С, нагрузка ГВС составляет 25% от расчетной нагрузки отопления, рассчитанной на минимальную температуру наружного воздуха (-26°С), производительность теплового насоса 25%, т.е. четверть тепловой энергии возвращаемого на источник теплоснабжения теплоносителя передается в систему отопления и вентиляции объекта теплоснабжения. Несложно заметить, что максимальный выигрыш от всех «наворотов» закрытых систем даже для самого эффективного варианта (двухступенчатого нагрева воды на ГВС) не превосходит 8% по отношению к базовому варианту – открытая система с чугунным элеватором. Подчеркиваю, чугунный элеватор в открытых системах проигрывает многочисленным теплообменникам, насосам и автоматике, установленным в закрытых системах, не более 8%. Если же в открытой системе поставить близкий к закрытым систем набор теплообменных аппаратов, насосов, автоматики и т.д., т.е. поставить тепловой насос, выигрыш составляет, для приведенного примера, до 63% по отношению к базовому варианту – открытая система с чугунным элеватором.

Дополнительно обращаю внимание, что закрытая система с одноступенчатым подогревом ГВС работающая с температурным перепадом от температуры подающего трубопровода до температуры обратного трубопровода проигрывает базовому варианту 27% и более.

Изменив в, приведенных выше, условиях график регулирования температуры теплоносителя на 150/35°С получаем следующее соотношение эффективности систем по отношению к базовому варианту (см. график ниже). Нетрудно заметить, что в этом случае  закрытые системы в любой комплектации проигрывают базовому варианту от 6% и более во всем диапазоне температур наружного воздуха. Обращаю внимание, что закрытая система с одноступенчатым подогревом ГВС работающая с температурным перепадом от температуры подающего трубопровода до температуры обратного трубопровода проигрывает базовому варианту от 22% и более. Совершенно очевидно, что закрытые системы по эффективности передачи тепловой энергии от источника теплоснабжения к теплопотребляющим установкам потребителей значительно уступают открытым системам. Я не случайно привел график регулирования температуры 150/35°С. Такие графики в настоящее время не используются, но когда мы перейдем от разговоров об энергосбережении к реальному энергосбережению непременно придем к такому или близкому к такому температурному графику. Дело в том, что существующее решение вопроса регулирования теплопотребления предоставляет потребителям альтернативу: или энергосбережение или комфортные условия в жилых помещениях (третьего не дано). Более того изменение режима теплопотребления осуществляется централизовано на источнике теплоснабжения и (или) в тепловом пункте здания. То есть, конечный потребитель (жилец квартиры или сотрудник офиса) не имеет возможности изменить режим теплопотребления в соответствии с его, потребителя, нуждами и желанием. Исправить положение можно, для этого необходимо на отопительных приборах (батареях центрального отопления) установить регуляторы, предоставляющие потребителю техническую возможность влиять на количество выделяемой в отапливаемые помещения тепловой энергии. Не вдаваясь в технологические подробности, отметим, что при этом значительно уменьшается температуры теплоносителя на выходе из отопительных приборов (батарей), что и обеспечивает эффективное использование энергии теплоносителя и всей системы теплоснабжения в целом.

При отсутствии отбора воды на нужды ГВС все системы (как открытые, так и закрытые) по эффективности равнозначны, кроме варианта с тепловым насосом, который является более эффективным в любых условиях и при любых режимах. Не думаю, что установка тепловых насосов примет массовый характер, в этом попросту нет необходимости, но в обоснованных случаях такое решение может быть вполне оправдано. Например, в зоне теплоснабжения существующего источника теплоснабжения появилась дополнительная нагрузка - новое строительство или реконструкция существующих объектов. Возможен вариант, при котором будет экономически целесообразно установить дополнительные мощности на источнике теплоснабжения и, не проводя реконструкции тепловых сетей за счет применения тепловых насосов увеличить пропускную способность существующих тепловых сетей, т.е. обеспечить теплоснабжение, как существующих объектов, так и новых с минимальными затратами.

В завершение должен еще раз повторить, что выбор открытой или закрытой системы теплоснабжения должен производиться на основании технико-экономических расчетов. При этом необходимо отметить, что закрытые системы обеспечивают гидравлическую развязку тепловых сетей, а открытые системы обладают более высокой надежностью и перспективой повышения эффективности, кроме того стоимость ГВС для конечного потребителя в открытых системах меньше чем в закрытых системах, вдобавок, в открытых системах теплоносителем является вода питьевого качества.



С.И.Черноморченко, Апрель 2011 г.

Вернуться на главную страницу Открыть сайт Вернуться в раздел

Счетчик посещений Counter.CO.KZ