Различают два вида теплоснабжения - централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).
В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:
1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;
2. районное - ТС городского района;
3. городское - ТС города;
4. межгородское - ТС нескольких городов.
Процесс ЦТС состоит из трех операций - подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.
Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.
Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.
Различают две основные категории потребления тепла:
Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование;
Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).
По уровню температуры тепло подразделяется на :
Низкопотенциальное, с температурой до 150 0 С;
Среднепотенциальное, с температурой от 150 0 С до 400 0 С;
Высокопотенциальное, с температурой выше 400 0 С.
относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 0 С (в прямом трубопроводе), минимальная - 70 0 С (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа.В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.
Весь комплекс оборудования ис-точника теплоснабжения, тепловых сетей и абонентских установок на-зывается системой централи-зованного теплоснабже-ния.
Системы теплоснабжения клас-сифицируются по типу источника теплоты (или способу приготовле-ния теплоты), роду теплоносителя, способу подачи воды на горячее водоснабжение, числу трубопрово-дов тепловой сети, способу обеспе-чения потребителей, степени цент-рализации.
По типу источника теплоты раз-личают три вида теплоснабжения:
Централизованное теплоснабже-ние от ТЭЦ, называемое тепло-фикацией;
Централизованное теплоснабже-ние от районных или промышлен-ных котельных;
Децентрализованное теплоснаб-жение от местных котельных или индивидуальных отопительных аг-регатов.
По сравнению с централизован-ным теплоснабжением от котель-ных теплофикация имеет ряд пре-имуществ, которые выражаются в экономии топлива за счет комбини-рованной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ; в возможности широкого использова-ния местного низкосортного топли-ва, сжигание которого в котельных затруднительно; в улучшении сани-тарных условий и чистоты воздуш-ного бассейна городов и промыш-ленных районов благодаря концент-рации сжигания топлива в неболь-шом количестве пунктов, размещен-ных, как правило, на значительном расстоянии от жилых кварталов, и более рациональному использова-нию современных методов очистки дымовых газов от вредных при-месей.
По роду теплоносителя системы теплоснабжения разделяются на водяные и паровые. Паровые системы распространены в основ-ном на промышленных предприя-тиях, а водяные системы применя-ются для теплоснабжения жилищ-но-коммунального хозяйства и не-которых производственных потреби-телей. Объясняется это рядом пре-имуществ воды как теплоносителя по сравнению с паром: возмож-ностью центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, меньшими энергетическими потеря-ми при транспортировке и большей дальностью теплоснабжения, отсут-ствием потерь конденсата греюще-го пара, большей комбинированной выработкой энергии на ТЭЦ, повы-шенной аккумулирующей способ-ностью.
По способу подачи воды на го-рячее водоснабжение водяные си-стемы делятся на закрытые и открытые.
В закрытых системах се-тевая вода используется только как теплоноситель и из системы не отбирается. В местные установки горячего водоснабжения поступает вода из питьевого водопровода, на-гретая в специальных водоводяных подогревателях за счет теплоты се-тевой воды.
В открытых системах се-тевая вода непосредственно посту-пает в местные установки горя-чего водоснабжения. При этом не требуются дополнительные тепло-обменники, что значительно упро-щает и удешевляет устройство або-нентского ввода. Однако потери воды в открытой системе резко возрастают (от 0,5—1 % до 20— 40 % общего расхода воды в систе-ме) и состав воды, подаваемой по-требителям, ухудшается из-за при-сутствия в ней продуктов коррозии и отсутствия биологической обра-ботки.
Достоинства закрытых систем теплоснабжения заключаются в том, что их применение обеспечи-вает стабильное качество горячей воды, поступающей в установки го-рячего водоснабжения, одинаковое с качеством водопроводной воды; гидравлическую изолированность воды, поступающей в установки го-рячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети; простоту контроля герметичности системы по величине подпитки.
Основными недостатками закры-тых систем являются усложнение и удорожание оборудования и экс-плуатации абонентских вводов из-за установки водо-водяных подо-гревателей и коррозии местных установок горячего водоснабжения вследствие использования недеаэрированной воды.
Основные достоинства открытых систем теплоснабжения заключают-ся в возможности максимального использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева большого количества подпиточной воды. Поскольку в закрытых систе-мах подпитка не превышает 1 % расхода сетевой воды, возможность утилизации теплоты сбросной и продувочной воды на ТЭЦ с закры-той системой значительно ниже, чем в открытых системах. Кроме того, в местные установки горячего водоснабжения в открытых систе-мах поступает деаэрированная во-да, поэтому они меньше подвер-жены коррозии и более долго-вечны.
Недостатками открытых систем являются : необходимость устройст-ва на ТЭЦ мощной водоподготовки для подпитки тепловой сети, что удорожает станционную водоподготовку, особенно при повышенной жесткости исходной сырой воды; усложнение и увеличение объема санитарного контроля за системой; усложнение контроля герметичности системы (поскольку величина под-питки не характеризует плотность системы); нестабильность гидравли-ческого режима сети.
По числу трубопроводов разли-чают одно-, двух- и многотрубные системы. Причем для открытой си-стемы минимальное число трубо-проводов — один, а для закры-той— два. Самой простой и перс-пективной для транспортировки теплоты на большие расстояния яв-ляется однотрубная открытая си-стема теплоснабжения. Однако об-ласть применения таких систем ог-раничена в связи с тем, что ее реа-лизация возможна лишь при усло-вии равенства расхода воды, необ-ходимого для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагруз-ки, расходу веды для горячего водоснабжения потребителей дан-ного района. Для большинства районов нашей страны расход воды на горячее водоснабжение значи-тельно меньше (в 3—4 раза) рас-хода сетевой воды на отопление и вентиляцию, поэтому в теплоснаб-жении городов преимущественное распространение получили двух-трубные системы. В двухтрубной системе тепловая сеть состоит из двух линий: подающей и обратной.
По способу обеспечения
потре-бителей теплотой различают
одно-
ступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одно-
ступенчатых системах потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям непосредственно. Узлы присоединения потребителей к сети
называются абонентскими вводами или местными теп-ловыми пунктами (МТП). На абонентском вводе каждого здания устанавливаются подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, контрольно-измерительные приборы и регулирующая армату-ра для изменения параметров теп-лоносителя в местных системах по-требителей.
В многоступенчатых системах между источником теплоты и по-требителями размещаются цент-ральные тепловые пункты или под-станции (ЦТП), в которых пара-метры теплоносителя изменяются в зависимости от расходования теп-лоты местными потребителями. На ЦТП размещаются центральная по-догревательная установка горячего водоснабжения, центральная смеси-тельная установка сетевой воды, подкачивающие насосы холодной водопроводной воды, авторегулирующие и контрольно-измеритель-ные приборы. Применение много-ступенчатых систем с ЦТП позво-ляет снизить начальные затраты на сооружение подогревательной ус-тановки горячего водоснабжения, насосных установок и авторегулирующйх устройств благодаря уве-личению их единичной мощности и сокращению числа элементов обо-рудования.
Оптимальная расчетная произ-водительность ЦТП зависит от планировки района, режима работы потребителей и определяется на ос-нове технико-экономических расче-тов.
По степени централизации теп-лоснабжение можно разделить на групповое — теплоснабжение группы зданий, районные - теплоснабжение нескольких групп зданий, городское - теплоснабжение нескольких районов, межгородское - теплоснабжение нескольких городов.
Устройство и конструкции тепловых сетей.
Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; изоляционная конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающая при его эксплуатации.
Трубы являются ответственными элементами трубопроводов и должны отвечать следующим требованием:
Достаточная прочность и герметичность при максимальных значениях давления и температуры теплоносителя,
Низкий коэффициент температурных деформации,
Обеспечивающий небольшие термические напряжение при переменном тепловом режиме тепловой сети,
Малая шероховатость внутренней поверхности,
Антикорозинная стойкость,
Высокая термическая сопротивление стенок трубы,
Способствующее сохранению теплоты и температуры теплоносителя,
Неизменность свойств материала при длительном воздействий высоких температур и давлений, простота монтажа,
Надежность соединения труб и др.
Имеющейся стальные трубы не удовлетворяют в полной мере всем предъявлемым требованиям, однако их механические свойства, простота, надежность и герметичность соединений (сваркой) обеспечили им преимущественное применение в тепловых сетях.
Трубы для тепловых сетей изготавливаются в основном из сталей марок Ст2сп, Ст3сп, 10, 20, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС.
В тепловых сетях применяются бесшовные горячекатаные и электросварные. Бесшовные горячекатаные трубы выпускаются с наружными диаметрами 32 - 426мм. Бесшовные горячекатаные электросварные трубы используется при всех способах прокладки сетей. Электросварные трубы используются при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются к использованию при канальных и надземных прокладках сетей.
Опоры . При сооружений тепловых сетей применяются опоры двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение при температурных деформациях. Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в характерных точках сети и воспринимают усилия, возникающие в месте фиксации как в радиальном, так и в осевом направлениях под действием веса, температурных деформаций и внутреннего давления.
Компенсаторы . Компенсация температурных деформации в трубопроводах производится специальными устройствами, называемыми компенсаторами. По принципу действия они разделяются на две группы:
Компенсаторы радиальные или гибкие, воспринимающие удлинения теплопровода изгибом или кручением криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;
Компенсаторы осевые, в которых удлинение воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинных вставок.
Наиболее широкое применение в практике имеют гибкие компенсаторы различной конфигурации, выполненные из самого трубопровода (П - и -S-образные, лирообразные со складками и без них и т.д.). Простота устройства, надежность, отсутствия необходимости в обслуживании, разгруженность неподвижных опор - достоинство этих компенсаторов.
К недостаткам гибких компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое сопротивление, увеличенный расход труб, поперечное перемещение деформируемых участках, требующее увеличение ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций, бесканальных трубопроводов, а так же большие габариты, затрудняющие их применение в городах при насыщенности трассы городскими подземными коммуникациями.
Осевые компенсаторы выполняются скользящего типа (сальниковые) и упругими (линзовые компенсаторы).
Сальниковый компенсатор изготавливается из стандартных труб и состоит из корпуса, стакана и уплотнение. При удлинений трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая выполняется из прографиченного асбестового шнура, пропитанного маслом. Со временем набивка истирается и теряет упругость, поэтому требуется периодическая подтяжка сальника и замена набивки. От этого недостатка свободны линзовые компенсаторы, изготавливаемые из листовой стали. Линзовые компенсаторы сварного типа находят основное применение на трубопроводах низкого давления (до 0,4-0,5 МПа).
Конструктивное выполнение элементов трубопровода зависит так же от способа его прокладки, который выбирается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов.
Теплоснабжение является важнейшей коммунальной услугой в современных городах и служит для удовлетворения потребностей населения в услугах отопления жилых и общественных зданий, горячего водоснабжения и вентиляции.Оно является самым энергоемким сегментом энергоснабжения. Потребление тепловой энергии в жилищно- коммунальном секторе России составляет около половины суммарного теплопотребления в стране, на что используется более 25% ежегодно используемого топлива. Организация систем теплоснабжения является сложной задачей, так как требует значительных капиталовложений, тесно связана с экологическим и санитарным состоянием окружающей среды и является социально значимым сектором энергетического комплекса. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим признакам:
Источнику производства тепловой энергии;
Степени централизации;
Роду теплоносителя;
Способу подачи воды на горячее водоснабжение и отопление;
Количеству трубопроводов тепловых сетей;
Способу обеспечения потребителей тепловой энергией и т.д.
Не затрагивая технических аспектов всего комплекса этих признаков, которые являются предметом изучения отдельных дисциплин, рассмотрим организационные и экономические вопросы классификации по источнику производства тепловой энергии и степени централизации. Эти два элемента системы теплоснабжения являются определяющими, как для его функционирования, так и выбора формы управления.
По источнику производства тепла и степени централизации различают два основных вида теплоснабжения:
Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ (теплофикация) и от районных отопительных котельных;
Децентрализованное теплоснабжение от мелких котельных, индивидуальных отопительных приборов и т.д. При этом отсутствуют тепловые сети и связанные с этим потери тепловой энергии.
Централизованное теплоснабжение (ЦТ) в первую очередь получило развитие в городах и районах с преимущественно многоэтажной застройкой. Современная централизованная система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей и местных систем потребления - систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Для организации централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК) различной мощности.
Районные котельные большой мощности (150 - 200 Гкал/ч) сооружают для обеспечения теплом крупного комплекса зданий, нескольких микрорайонов или района города. Такая концентрация тепловых нагрузок позволяет использовать крупные агрегаты, современное техническое оснащение котельных. Это обеспечивает высокие показатели использования топлива и КПД теплотехнического оборудования и дает ряд преимуществ перед теплоснабжением от котельных малой и средней мощности. ТЭЦ экономически целесообразно сооружать при больших тепловых нагрузках (более 400 Гкал/ч).
На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива при получении электроэнергии (до 40%). При этом сначала тепло рабочего тепло-водяного пара используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала - для теплоснабжения. В этом состоят экономическое и энергетическое преимущества комбинированной выработки тепла и электроэнергии. В целом, эффективность совместного производства тепловой и электрической энергии при использовании одного и того же топлива обычно на 40% выше, чем при раздельном производстве электроэнергии на конденсационной электростанции и тепловой энергии в котельных.
Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельной к потребителям по специальным трубопроводам, называемым тепловыми сетями , которые представляют собой сложные инженерные сооружения. Их протяженность составляет десятки километров, а диаметр магистралей достигает 1400 мм. Тепловые сети разделяются на магистральные, прокладываемые на главных направлениях населенного пункта, распределительные - внутри квартала, микрорайона и ответвления к отдельным зданиям и абонентам.Для повышения надежности и во избежание перерывов в снабжении теплом потребителя предусматривают соединение отдельных магистральных сетей между собой, а также сооружают более сложные тепловые сети по кольцевой схеме.
Обеспечение эффективного функционирования систем теплоснабжения требует их четкой структурной организации. Наиболее удачной формой в данном случае является их иерархическое построение, при котором всю систему расчленяют на ряд уровней, каждый из которых имеет свою задачу, уменьшающуюся по значению от верхнего уровня к нижнему. Верхний иерархический уровень составляют источники тепла, следующий уровень - магистральные тепловые сети с районными тепловыми пунктами (РТП), нижний - распределительные сети с абонентскими вводами потребителей.Такая система теплоснабжения позволяет обеспечить ее управляемость в процессе эксплуатации.
Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная нагрузка изменяется с изменением наружной температуры. Для поддержания соответствия подачи тепла потребителям в нем применяют центральное регулирование на источниках тепла и дополнительное автоматическое регулирование на тепловых пунктах у потребителей. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно меняется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируют. При этом температура горячей воды должна поддерживаться постоянной и равной 65ºС.
Несмотря на преимущества централизованных систем теплоснабжения, им присущ ряд недостатков, например, значительная протяженность тепловых сетей, необходимость крупных капиталовложений при модернизации и реконструкции ее элементов.
Одной из основных проблем энергозатратности и неэкономичности систем централизованного теплоснабжения является массовое отсутствие приборов учета и регуляторов расхода тепловой энергии у потребителей. До начала текучего столетия в жилых зданиях и квартирах практически полностью отсутствовали какие-либо регуляторы систем отопления, и потребитель был лишен возможности регулировать затраты тепла для отопления и горячего водоснабжения. Только в конце прошлого века был принят курс на установку общедомовых приборов учета тепловой энергии и горячей воды. Это мероприятие позволило жильцам таких домов заменить действующую до сих пор систему оплаты тепла по нормативам на систему оплаты в соответствии с реально потребляемой тепловой энергией. Таким образом, исключается возможность включать стоимость тепловых потерь в сетях в выставляемые жителям счета. Дальнейшее более жесткое усиление таких требований предусматривает федеральный закон « Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» №261-ФЗ от 23.11.2009 г .,который более подробно будет рассмотрен в дальнейшем в специальной главе, посвященной энергоэффективности и энергосбережению.
Необходимо отметить, что в ряде случаев может возникнуть серьезная конкуренция между централизованными и автономными системами . Такой ситуации способствуют:
Существующие перекосы в тарифообразовании (низкие цены на газ);
Значительные потери при транспортировке теплоносителя, которые фактически оплачиваются потребителем;
Частые отключения из-за аварий и длительное отключение ГВС в летний период.
Вся совокупность этих факторов заставляет потребителя искать выход в создании автономной системы, которая на данном этапе обеспечивает к тому же более дешевым теплом. Однако централизованная система в случае своевременной модернизации и нормального функционирования имеет существенные преимущества перед автономной системой.
В целом для больших городов автономные котельные не являются конкурентами крупных ТЭЦ и районных котельных, а служат их разумным дополнением. По мнению специалистов, целесообразная доля автономных котельных в городах должна составить 10 - 15% от потенциального рынка тепловой энергии. Область применения автономных котельных включает:
Отдельные вновь строящиеся или модернизируемые здания в районах плотной застройки, охваченные централизованным теплоснабжением, где из-за ограниченной пропускной способности тепловой сети невозможно подключение к ней дополнительных потребителей, а перекладка либо прокладка новых тепловых сетей затруднена;
Здания, удаленные от районов ЦТ;
Дома малоэтажной усадебной застройки;
Здания с временным подключением к передвижному автономному источнику;
Объекты с повышенными требованиями к режиму теплопотребления, которые не могут быть гарантированно обеспечены подачей тепла из тепловой сети;
Вновь строящиеся объекты в районах, где наблюдается дефицит тепла основного источника.
В заключение следует отметить, что стихийное развитие автономных систем может существенно ухудшить сложившуюся в течение десятилетий инфраструктуру города и даже привести к ее разрушению. Поэтому необходимо обеспечить достаточно жесткое градостроительное регулирование этого процесса с одновременной интенсивной реконструкцией систем ЦТ, позволяющих сократить тепловые потери, снизить тарифы на отпускаемую тепловую энергию, сделав тем самым стихийное строительство автономных источников во многих случаях неконкурентоспособным.
Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества (т.е. теплоносителем требуемых параметров).
В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные .
В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприемники потребителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может осуществляться практически без промежуточного звена - тепловой сети.
Системы децентрализованного теплоснабжения разделяются на индивидуальные и местные .
В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения (участка цеха, комнаты, квартиры) обеспечивается от отдельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий.
В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому теплота от источника до потребителей передается по тепловым сетям.
В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:
- групповое - теплоснабжение от одного источника группы зданий;
- районное - теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);
- городское - теплоснабжение от одного источника нескольких районов;
- межгородское - теплоснабжение от одного источника нескольких городов.
Процесс централизованного теплоснабжения состоит из трех последовательных операций:
- подготовки теплоносителя;
- транспортировки теплоносителя;
- использования теплоносителя.
Подготовка теплоносителя проводится в специальных так называемых теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (квартальных) или промышленных котельных. Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям. Используется теплоноситель в теплоприемниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. Для транспорта теплоты применяются, как правило, два теплоносителя: вода и водяной пар. Для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения в качестве теплоносителя используется обычно вода, для промышленной технологической нагрузки - пар.
Для передачи теплоты на расстояния, измеряемые многими десятками и даже сотнями километров (100-150 км и более), могут использоваться системы транспорта теплоты в химически связанном состоянии.
С началом нового отопительного сезона в прессе как обычно разгорается дискуссия: что предпочтительнее для нашей обширной и холодной страны - традиционные сети центрального отопления или новомодные индивидуальные котельные? Казалось бы, в пользу последних свидетельствуют солидные экономические выкладки, обширный опыт, накопленный западными странами, несколько успешных российских проб и общая тенденция развития многострадального отечественного ЖКХ. Но, разрабатывая концепции и давая безапелляционные рекомендации, не слишком ли мы увлекаемся? Так ли уж устарела и отстала от сегодняшних реалий централизованная система отопления, и нет ли возможности и способов сделать ее более эффективной? Попробуем разобраться в этом непростом вопросе.
Обращаясь к истории, можно увидеть, что успешные попытки организации центрального отопления городских кварталов предпринимались еще в XIX в. Вызваны они были как насущной необходимостью, так и техническим прогрессом. Все разумно: проще обслуживать один большой нагревательный котел, делать один дымоход, подвозить топливо и т.п. Как только появились электрические сети и достаточно мощные надежные насосы, чтобы перекачивать значительные объемы горячей воды, возникли и крупные сети централизованного теплоснабжения.
По многим причинам, как объективного, так и субъективного характера, широкое развитие централизованных систем отопления в Советском Союзе началось в 20-х годах XX в. Объективными причинами стали экономические и технические доводы, а субъективными - стремление к коллективизму даже в такой сугубо бытовой области. Развитие теплосетей было связано с осуществлением плана ГОЭЛРО, который и по сегодняшний день считают выдающимся инженерно-экономическим проектом современности. Работа по прокладке коммуникаций не прерывалась даже во время Великой Отечественной войны.
В результате этих титанических усилий к концу XX в. (а заодно к закату существования СССР) в стране насчитывалось около 200 тыс. км тепловых сетей, худо-бедно обогревавших большинство крупных, средних и даже мелких городов и поселков. Вся эта инфраструктура довольно успешно управлялась, чинилась и поддерживалась на работоспособном уровне. Обратной же стороной по-своему уникальной и достаточно эффективной системы стали чрезвычайно высокие тепло- и энергопотери (в основном, за счет недостаточной теплоизоляции труб и энергоемких насосных подстанций). Этому не придавалось большого значения - богатейшая энергоресурсами страна не считала затрат на теплоносители, и исходящие паром траншеи с зеленеющей травой были привычным зимним пейзажем по всему Советскому Союзу.
Все изменилось в начале 90-х годов. Гигант рухнул и помимо прочего погреб под руинами и жилищно-коммунальный комплекс, включающий в себя коммуникации центрального теплоснабжения. За 10 лет, прошедших с начала распада державы, сети, которые ремонтировались от случая к случаю, практически пришли в негодность. В результате, с начала нового тысячелетия на Россию обрушился целый ряд техногенных катастроф. Дальний Восток, Сибирь, Карелия, Ростов-на-Дону - география размороженных отопительных систем обширна. В отопительный сезон 2003-2004 гг. по самым скромным подсчетам без отопления в разгар зимы оказались более 300 тыс. человек. Фатальность ситуации в том, что количество аварий на теплоцентралях из-за прорыва труб, отказа изношенного до крайности и малоэффективного оборудования растет экспоненциально. Теплопотери на еще функционирующих теплопроводах составляют до 60%. Стоит учесть, что стоимость прокладки 1 км теплотрассы составляет около $300 тыс., при этом для того, чтобы ликвидировать существующий критический износ теплосетей, нужно заменить более 120 тыс. км трубопроводов!
В сложившейся ситуации стало ясно, что для выхода из этой чрезвычайно сложной ситуации потребуются системные решения, связанные не только с прямым вложением денег в «точечный» ремонт теплотрасс, но и с кардинальным пересмотром всей политики в отношении ЖКК в общем и централизованного отопления - в частности. Именно поэтому и возникли проекты по переходу коммунальной отрасли на системы индивидуальных котельных. Действительно, западный опыт (Италия, Германия) свидетельствовал, что организация таких мини-котельных снижает теплопотери и уменьшает энергозатраты. При этом, впрочем, игнорировался тот факт, что страны, где наиболее развиты такие системы отопления, обладают довольно мягким климатом, да и применяются такие системы в домах, прошедших дополнительное (и весьма недешевое!) переоборудование. Пока в России отсутствует конкретная целевая программа санации жилья, массовый переход на автономные источники теплоснабжения выглядит, по меньшей мере, утопично. Однако, надо признать, что в ряде случаев они могут стать весьма удачным решением: например при строительстве новых районов, удаленных от общих городских коммуникаций, при невозможности крупных земляных работ или на Крайнем Севере, в условиях вечной мерзлоты, где прокладка теплоцентралей нежелательна по целому ряду причин. Но для крупных городов автономные котельные не являются реальной альтернативой центральному отоплению и, по мнению специалистов, их доля при самых радужных перспективах не превысит 10-15% от общего теплопотребления.
В то время как в Центральной Европе активно лоббируют идею автономного теплоснабжения, в странах Северной Европы (где климат близок к нашему) централизованное теплоснабжение, наоборот, весьма развито. Причем, что интересно, во многом благодаря советскому опыту.
В крупных городах, таких как Хельсинки и Копенгаген, доля центрального отопления приближается к 90%. Может возникнуть вполне резонный вопрос: почему в России теплоцентрали - это головная боль коммунальщиков и населения и черная дыра, поглощающая деньги, а в развитых европейских странах - способ дешево и эффективно доставить тепло туда, где это необходимо?
Ответ на этот вопрос сложен и включает в себя много аспектов. Обобщая, можно сказать, следуя известной поговорке: дьявол сидит в деталях. А детали эти довольно просты: используя современное оборудование, можно добиться того, что теплопотери в центральных сетях сведутся к минимуму, а поскольку накладных расходов у большой ТЭЦ в пересчете на отапливаемую площадь меньше, то и стоимость тепловой единицы тоже ниже, чем у автономного пункта. Кроме того, крупная, хорошо оснащенная ТЭЦ создает меньше экологических проблем, чем несколько мелких, дающих суммарно то же количество тепла. Есть и еще один аспект: теплотехники знают, что только в крупных установках возможна реализация наиболее результативных термодинамических циклов для когенерации (совместного производства тепловой и электрической энергии), что является на сегодня наиболее передовой технологией. Все это и привело скандинавов к выбору в пользу централизованного теплоснабжения. Особенно интересен в этом контексте опыт самой энергоэффективной страны Европы - Дании.
К началу 90-х годов произошло смещение интересов государства и общества с вопросов энергонезависимости к социальным и экологическим аспектам. При этом приоритетом государственной политики стало правило «3Е», т.е. соблюдение баланса между экономическим развитием, энергетической безопасностью и экологической корректностью (Economic Development, Energy security, Environmental protection). Надо сказать, что Дания, наверное, единственная страна в мире, в которой за энергетику и экологическую обстановку отвечает одно ведомство - Министерство охраны окружающей среды и энергетики. В 1990 г. датский парламент принял план «Энергия 2000», предлагающий к 2005 г. снижение эмиссии СО2 в атмосферу на 20% (по сравнению с уровнем 1998 г.). Стоит сказать, что этот показатель был достигнут уже к 2000 г. во много благодаря последовательной политике, направленной на модернизацию и укрупнение существующих теплосетей. Уже к середине 90-х годов доля систем централизованного теплоснабжения составляла около 60% от общего потребления тепла (в крупных городах до 90%). К системе централизованного теплоснабжения подключено более 500 тыс. установок, обеспечивающих теплом более 1 млн зданий и промышленных сооружений. При этом потребление энергоресурсов на 1 м2 только за десятилетие с начала реформы 1973 г. (см. справку на полях «Опыт Дании») сократилось в 2 раза.
Экономичность датских сетей центрального теплоснабжения обуславливается низкими потерями в трубопроводах благодаря введению новых материалов и технологий: труб из полимеров (к примеру, разработки UPONOR), эффективной теплоизоляции и современного насосного оборудования. Дело в том, что в отличие от большинства стран в Дании работа систем централизованного теплоснабжения регулируется не изменением температуры теплоносителя, а изменением скорости циркуляции, автоматически подстраивающейся под спрос потребителей. При этом широко распространено применение насосов с частотным регулированием, позволяющих значительно снизить энергопотребление. В этой нише лидирующее положение занимает насосное оборудование концерна GRUNDFOS: его использование позволяет сэкономить до 50% потребляемого насосами электричества.
Благодаря перечисленному комплексу инноваций, теплопотери магистральных и распределительных трубопроводов Дании составляют всего около 4%, при этом КПД ТЭЦ достигает 90%. На сегодня в стране осталось 170 тыс. зданий (из общего количества в 2,5 млн), не подключенных к централизованному теплоснабжению. Большая их часть должна в ближайшее время перейти на централизованное теплоснабжение.
В Дании законодательно закреплено, что местные власти несут ответственность за выполнение программ тепло- и энергосбережения и гарантируют экологическую и экономическую их корректность. Это в целом по стране привело к тому, что почти все новые здания проектируются с учетом подключения к централизованному теплоснабжению. Системы централизованного теплоснабжения используются повсеместно в районах плотной застройки, причем ТЭЦ, использующие когенерацию энергии, составляют большинство среди энергопроизводящих предприятий.
В результате этих реформ за 30 лет Дания стала самой энергоэффективной страной Европы, где тарифы на тепло и электроэнергию не только не растут, но часто снижаются. При этом экологическая обстановка в целом по стране явно улучшилась.
На этом убедительном примере отчетливо видно, что централизованное теплоснабжение отнюдь не является фактором, сдерживающим развитие ЖКК. Более того, централизованное теплоснабжение стало причиной значительной экономии энергии и тепла и улучшения как качества жизни, так и экологической обстановки.
Можно возразить, что опыт Дании неприменим в нашей обремененной множеством проблем стране. Однако начавшаяся реформа коммунального комплекса должна способствовать привлечению инвестиций в эту сферу хозяйственной деятельности и этими вливаниями надо распорядиться по возможности разумно. Тем более, что и в России уже существует положительный опыт реконструкции центрального теплоснабжения, использующий в т.ч. и опыт Дании в этой области. К примеру, в Ижевске на средства кредита Международного Банка Реконструкции и Развития в рамках оздоровления коммунального хозяйства была проведена санация изношенных теплосетей. Проект включал в себя в том числе и модернизацию нескольких десятков квартальных ИТП и внутриквартальных сетей тепло- и водоснабжения. При этом была произведена полная замена теплообменников на современные пластинчатые модели, КПД которых около 98%, высокоэффективное регулирующее и насосное оборудование. В обновляемых системах были установлены новые сетевые насосы GRUNDFOS серии ТР, циркуляционные насосы систем отопления и насосы CRE с частотно-регулируемым электроприводом для системы горячего водоснабжения. Надо сказать, что благодаря экономии электроэнергии это оборудование окупило себя уже через 2 года эксплуатации, при этом система была полностью автоматизирована. Одновременно проводилась модернизация теплосетей с применением современных пластиковых предизолированных труб и эффективной теплоизоляции, что позволило снизить теплопотери в трубопроводах в 2-3 раза и увеличить срок службы труб за счет многократного замедления коррозии.
В результате была получена обновленная эффективная система централизованного отопления и ГВС, при этом выплаты по кредиту не легли тяжким бременем на бюджет, поскольку экономия тепла и энергии оказалась столь значительной, что с лихвой окупала эти издержки.
Таким образом, дискуссии о целесообразности модернизации и развития существующих систем центрального теплоснабжения или тотальной замены их на автономные тепловые пункты, крышные котельные и поквартирное отопление стоит отвлечься от политических аспектов и обратить внимание на опыт развитых и успешных стран. А он показывает, что в сложном комплексе жилищно-коммунального хозяйства не существует единых решений на все случаи жизни, и не стоит отказываться от давно проверенных временем и практикой схем, подчиняясь только веяниям моды. Зарубежный опыт показал, что при использовании современного оборудования и материалов реконструированное централизованное отопление в комплексе с другими техническими решениями (в т.ч. и индивидуальными системами теплоснабжения) может стать ключом к развитию новых энергосберегающих технологий и обновлению всего ЖКК.
по материалам журнала Еврострой.
Cтраница 1
Централизованная система теплоснабжения включает источник теплоснабжения (ТЭЦ или районная котельная), трубопроводы для транспорта тепла (тепловые сети) и абонентские установки, потребляющие тепло.
Централизованные системы теплоснабжения от тепловых электрических станций (ТЭС) наиболее эффективны. В настоящее время начинается осуществление принципиально нового направления в централизованном теплоснабжении крупных городов на базе мощных атомных станций теплоснабжения.
Паровые централизованные системы теплоснабжения применяются в Советском Союзе, как правило, в промышленных районах.
В котельных централизованных систем теплоснабжения применяются паровые барабанные котлоагрегаты с естественной циркуляцией и прямоточные водогрейные котлоагрегаты серийного изготовления, а также по согласованию с заказчиком котлоагрегаты новых типов, изготавливаемые на монтажных площадках. Тип котлоагрегатов зависит от вида и способа сжигания топлива, производительности, вида и параметров теплоносителя. Технические характеристики котлов принимаются по данным заводов-изготовителей.
Выполнение раздельных и объединенных централизованных систем теплоснабжения для жилых и производственных зон зависит от расстояния между ниши.
Указанное вызвало необходимость в создании специального справочника по проектированию котельных установок централизованных систем теплоснабжения.
В случаях, когда экономически целесообразна раздельная схема энергоснабжения или концентрация тепловых нагрузок для строительства ТЭЦ недостаточна, в качестве основных источников тепла централизованных систем теплоснабжения проектируются котельные установки.
Более половины отпуска Тепловой энергии (51 %) от централизованных источников обеспечивается теплоэлектроцентралями. К началу одиннадцатой пятилетки централизованные системы теплоснабжения были развиты в 800 городах страны.
Оптимальная мощность систем централизованного теплоснабжения от котельных определяется схемой теплоснабжения района или промышленного узла и зависит от характера тепловых нагрузок потребителей, входящих в район теплоснабжения (коммунально-бытовые нагрузки или промышлен-ио-отопительные с определенным соотношением пара и горячей воды), капитальных вложений в строительство котельных и тепловых сетей и эксплуатационных расходов по системе в целом. Критерием, определяющим границы выбора единичных мощностей котельных и централизованных систем теплоснабжения, являются приведенные затраты, определяемые, с одной стороны, положительным экономическим эффектом при переходе от умеренных к более мощным источникам тепла, с другой стороны, отрицательным экономическим эффектом, связанным с дополнительными затратами по тепловым сетям.
Малоэкономичные источники теплоснабжения, состоящие из индивидуальных мелких котельных, не могли удовлетворить осуществляемое в нашей стране грандиозное строительство. В поисках решения этой проблемы и появилась идея централизованной системы теплоснабжения, которая основана на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии. Различают две системы централизованного теплоснабжения: теплофикацию и районное теплоснабжение. В первой источником тепла является теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), а во второй - крупная районная котельная. На ТЭЦ горячая вода приготовляется в специальной теплофикационной установке, которая оборудована основными и пиковыми водопо-догревателями (бойлерами), циркуляционными и подпи-точными насосами, деаэраторами и грязевиками.
Наиболее эффективными источниками теплоснабжения, как известно, являются централизованные системы теплоснабжения от ТЭЦ. Несмотря на очевидное преимущество централизованных источников, удельный вес индивидуальных и квартальных котельных малой и средней мощности в общем объеме источников теплоснабжения еще довольно велик.
Повышение нижней границы эффективности применения комбинированной схемы энергоснабжения и соответствующее расширение-диапазона тепловых нагрузок для раздельной схемы связано с укрупнением тепловой мощности котельных и относительным повышением технико-экономических показателей систем теплоснабжения. В связи с этим к проектным решениям пи котельным централизованных систем теплоснабжения предъявляются повышенные требования в части экономичности и современного технического уровня. Между тем при разработке проектов котельных многочисленными проектными организациями до сих пор встречается подход к их проектированию как к решению локальной задачи, без учета требований схем теплоснабжения по выбору источников тепла.
Отопительно-вентиляционная техника имеет многовековую историю развития. От отопления жилищ путем разведения огня на земляном полу, применявшегося в глубокой древности, до современных централизованных систем теплоснабжения с радиусом действия в несколько километров и автоматически действующих установок по созданию искусственного климата в жилых, общественных и промышленных зданиях - таков путь, пройденный техникой отопления и вентиляции.
Инструкция по проектированию крышных котельных с использованием в качестве топлива природного газа содержит дополнительные требования к действующим нормативным документам при размещении источников тепла на крышах зданий. Применение таких котельных вызывается в основном дефицитом тепловой мощности централизованного источника тепла или нецелесообразностью подключения здания к централизованной системе теплоснабжения по технико-экономическому расчету.
