Ошибки при внедрении автоматизированных узлов управления систем отопления в Москве (2008–2009 годы)
А. М. Филиппов, начальник Инспекции по контролю за энергосбережением Государственной жилищной инспекции Москвы
С принятием Федерального закона от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» возрастает значение энергосбережения в жилых зданиях, особенно мероприятий, позволяющих не только автоматизировать, но и снизить потребление тепловой энергии многоквартирными домами, а также оптимизировать распределение тепла между потребителями в доме. Такими мероприятиями являются установка автоматизированных узлов управления систем отопления (далее – АУУ) вместо тепловых или элеваторных узлов, установка балансировочных клапанов на стояках систем отопления и термостатических клапанов на подводках к отопительным приборам.
Предпосылки внедрения АУУ
Впервые понятие АУУ появилось еще в 1995 году, когда в МНИИТЭПе была разработана и утверждена концепция «Современные энергосберегающие системы теплоснабжения и отопления зданий в массовом строительстве Москвы» и программа ее реализации. В дальнейшем внедрение АУУ было прописано в новой редакции МГСН 2.01–99 «Энергосбережение в здании», затем 27 апреля 2002 года состоялось заседание Комплекса архитектуры города Москвы, на котором, кроме прочих, рассмотрели вопрос «О типовых технических решениях по оснащению строящихся жилых домов автоматизированными узлами управления систем отопления».
В 2008 году ГУП «МосжилНИИпроект» совместно с ООО «Данфосс» был составлен альбом «Автоматизированные узлы управления» с использованием технических решений типового проекта, а в мае 2008 года теплоснабжающая организация ОАО «МОЭК» провела два совещания с участием проектировочных и подрядных организаций по монтажу АУУ по вопросам проектирования и разработки технических условий для привязки типового проекта установки АУУ при капитальном ремонте жилых домов программы 2008–2014 годов.
С августа 2008 года началось массовое внедрение (монтаж) АУУ в жилых домах взамен элеваторных и тепловых узлов, и в настоящее время в Москве численность жилых домов с установленными АУУ достигает 1000 зданий, что составляет примерно 3 % жилых зданий города.
Принцип действия и преимущества применения АУУ
Что представляет из себя АУУ, устройство и принцип его действия описывались неоднократно в работах М. М. Грудзинского, С. И. Прижижецкого и В. Л. Грановского, в том числе в [1, 2]. Кроме того, аналогичный принцип работы оборудования используется в ЦТП ОАО «МОЭК» (ранее – в тепловых пунктах ГУП «Мосгортепло») в системе автоматического регулирования зависимой системы отопления (САРЗСО), но только для переходных режимов осенью и весной.
Если коротко, то АУУ – это совокупность устройств и оборудования, обеспечивающих автоматическое регулирование температуры и расхода теплоносителя на вводе в каждое здание точно в соответствии с заданным для этого здания температурным графиком или в соответствии с потребностями жителей.
К преимуществу АУУ в сравнении с тепловыми и элеваторными узлами, имеющими фиксированное сечение проходного отверстия (сопла элеватора, дроссельной диафрагмы), через которое теплоноситель поступает во внутридомовую систему отопления, относится возможность изменения количества подаваемого теплоносителя в зависимости от температуры воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления с коррекцией по температуре наружного воздуха в соответствии с температурным графиком.
В отличие от элеваторных узлов, устанавливаемых на каждой секции дома, АУУ монтируется, как правило, один на здание (если в доме 2 тепловых ввода, то устанавливаются 2 АУУ), при этом присоединение выполняется после узла учета тепловой энергии системы отопления (при его наличии).
Принципиальная схема и вид АУУ в аксонометрии представлена на рис. 1, 2 (по материалам ООО «Данфосс»). Возможны конструктивные варианты, обусловленные схемой присоединения к тепловой сети, гидравлическими режимами на тепловом вводе, конкретной конструкцией системы отопления здания и условиями эксплуатации (всего 12 типовых решений).
Принциапиальная схема АУУ с насосами смешения на перемычке для температуры до АУУ t = 150—70 ˚C при одно- и двухтрубных системах отопления с термостатами (Р1 – Р2 ≥ 12 м вод. ст.)
Как видно из схемы, АУУ принципиально состоит из трех частей: сетевой, циркуляционной и электронной.
Сетевая часть АУУ включает клапан регулятора расхода теплоносителя с редукторным приводом, клапан регулятора перепада давления с пружинным регулирующим элементом и фильтр.
Циркуляционная часть АУУ включает циркуляционный (смесительный) насос и обратный клапан. В качестве насосов смешения устанавливаются два насоса фирмы Grundfos (или другие типы насосов, удовлетворяющие требованиям АУУ), которые работают попеременно по таймеру с цикличностью 6 ч. Контроль за работой насосов осуществляется по сигналу датчика перепада давлений, установленного на насосах.
Электронная часть АУУ включает электронный блок (щит управления), обеспечивающий автоматическое управление тепломеханическим и насосным оборудованием с целью поддержания заданного температурного графика и гидравлического режима в системе отопления здания, карту ECL (предназначена для программирования контроллера теплового режима), датчик температуры наружного воздуха (устанавливается на северной стороне фасада здания), датчики температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и редукторный электропривод клапана регулирования расхода теплоносителя в сетевой части АУУ.
Ошибки при внедрении АУУ
Основной темой данной статьи являются ошибки, допускаемые при планировании работ, проектировании и монтаже АУУ в Москве, которые свели на нет всю проделанную работу и не позволили получить запланированные показатели по энергоэффективности и энергосбережению. На протяжении полутора лет установленные АУУ практически не использовались по назначению либо использовались неэффективно, дорогостоящее оборудование зачастую простаивало в отключенном состоянии, а теплоноситель поступал во внутридомовые системы отопления через недемонтированные элеваторы.
Конечно, многие из ошибок в дальнейшем были исправлены, а работа АУУ налажена, однако ошибок можно было не допустить при правильной организации работ на всех стадиях процесса.
Так что же это были за ошибки?
1. На стадии планирования и организации работ.
При выборе технического решения, в нарушение требований МГСН 2.01–99 «Энергосбережение в зданиях» (п. 4.2.1.) не осуществлялось технико-экономическое сопоставление вариантов: 1) установка АУУ от распределительных сетей ЦТП или 2) устройство ИТП от городских магистральных теплопроводов и сетей водопровода. В результате при установке АУУ происходило дублирование функций оборудования, установленного в ЦТП, что противоречит «Правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок» Ростехнадзора РФ (п. 9.1.2.), а монтаж АУУ и балансировочных клапанов приводил к увеличению гидравлического сопротивления в системе и необходимости замены (реконструкции) тепломеханического оборудования ЦТП. Однако реконструкция ЦТП не предусматривалась, а АУУ внедрялись не кустовым методом, начиная с концевых домов, а некомплексно, только в отдельных зданиях в начале или середине привязки к ЦТП. Как следствие, некомплексная установка АУУ нарушала установившийся гидравлический и тепловой баланс во внутриквартальных тепловых сетях, приводила к ухудшению работы систем отопления большинства присоединенных строений и вызывала необходимость проведения дорогостоящей тепловой наладки (с расчетом диаметров сопел элеваторов и дроссельных диафрагм, их установкой на вводно-распределительных узлах и последующей корректировкой (заменой) в процессе эксплуатации в отопительный период.
2. На стадии проектирования:
– отсутствовали рабочие проекты, нередко вместо рабочих проектов использовались выкопировки из типового проекта без расчетов, подбора и привязки оборудования к местным условиям, что приводило к ошибочным решениям при выборе и установке оборудования и, как следствие, к нарушениям режимов теплоснабжения при его работе;
– выбранные схемы монтажа АУУ не соответствовали требуемым, что сразу негативно отражалось на теплоснабжении. Например, в трех жилых домах ЗАО в результате демонтажа элеваторного узла и применения в зависимой системе отопления схемы АУУ, предназначенной для независимых систем без узла смешения, был нарушен проектный температурный график работы системы (95–70 °С) и в отопительные приборы поступил первичный перегретый теплоноситель с температурным графиком (150/70 °С), что привело к перегреву ближайших по ходу теплоносителя жилых помещений и к нарушению циркуляции теплоносителя в концевых стояках (недогреву помещений, расположенных на концевых стояках). Эксплуатация системы в таком режиме была чревата ожогами жителей при прикосновении к приборам и трубопроводам. Только своевременное вмешательство помогло устранить эту ошибку до наступления холодов;
– выданные технические условия (ТУ) не соответствовали фактическим параметрам: например, в ТУ и проекте указывался график 150/70 °С вместо фактического 105/70 °С, что повлекло неправильный выбор схемы АУУ. Также при выдаче технических условий для АУУ не учитывалось то, что в ходе капитального ремонта системы отопления реконструировались (изменялись схемы с однотрубной на двухтрубную, диаметры разводящих трубопроводов и стояков, площади нагрева отопительных приборов и т. п.), при этом расчет АУУ производился для системы отопления до реконструкции.
3. На стадии монтажа и ввода в эксплуатацию:
– ошибочно было выбрано время для монтажа: АУУ зачастую монтировались уже в зимний период после окончания других работ, что приводило к жалобам жителей на несвоевременный пуск тепла, частые отключения отопления, к нарушениям температурного режима;
– напрасно отказывались от установки АУУ в случаях, когда в ходе капитального ремонта на стояках систем ЦО были установлены балансировочные клапаны. Их установка приводила к резкому увеличению гидравлического сопротивления в системах, а при отсутствии АУУ с насосным оборудованием и непроведении работ по замене насосов в ЦТП в таких жилых домах и соседних по привязке домах в отопительный период сразу возникали проблемы с теплоснабжением;
– датчики температуры наружного воздуха монтировались не на северной стороне здания, что приводило к некорректной настройке теплового режима из-за влияния солнечной радиации на датчик (его нагрев);
– работа АУУ осуществлялась во внештатном ручном режиме и не была переведена в автоматический режим;
– отсутствовали документы и карты ECL в связи с тем, что монтажная организация не передала их управляющей компании;
– отсутствовало резервное питание АУУ, что в случае отключения электроэнергии могло привести к остановке системы ЦО;
– не проводились регулировочно-наладочные работы и обесшумливающие мероприятия;
– отсутствовало техобслуживание АУУ.
Вследствие указанных ошибок и нарушений, в домах с установленными АУУ возникали многочисленные жалобы жителей на непрогревы системы отопления и шум от работы оборудования.
Все описанное выше стало возможным из-за плохой организации работ, отсутствия должного контроля со стороны заказчика за всеми стадиями процесса внедрения АУУ. Автор надеется, что опубликованная статья поможет избежать подобных ошибок в дальнейшем как в Москве, так и в других городах.
При внедрении АУУ необходимо четко организовать работу проектных организаций, соответствующих строительно-монтажных и ремонтно-эксплуатационных служб, тщательно проверять выданные технические условия на соответствие фактическим данным, вести технический надзор на каждой стадии работ и сразу же после завершения монтажа приступать к техобслуживанию АУУ силами специализированной организации. Иначе простой дорогостоящего оборудования АУУ или его неквалифицированное обслуживание приведет к выходу из строя, утрате техдокументации и к прочим негативным последствиям.
Эффективное применение АУУ
Применение АУУ наиболее эффективно в следующих случаях:
– в домах с абонированными элеваторными узлами системы отопления, непосредственно присоединенными к городским магистральным тепловым сетям;
– в концевых домах по привязке к ЦТП с недостаточным перепадом давления в системе ЦО с обязательной установкой насосов ЦО;
– в домах с газовыми водонагревателями (с децентрализованным горячим водоснабжением) и центральным отоплением.
Устанавливать АУУ следует комплексно, кустовым методом, охватывая все без исключения жилые и нежилые строения, присоединенные к ЦТП.
Монтаж и сдача-приемка в эксплуатацию системы отопления и оборудования АУУ должны вестись одновременно.
Следует отметить, что наряду с установкой АУУ, достаточно эффективными являются следующие мероприятия:
– перевод ЦТП с зависимой схемой присоединения систем отопления на независимую с установкой в тепловом пункте мембранного расширительного бака;
– установка в ЦТП с зависимой схемой присоединения оборудования автоматического регулирования отпуска тепла (САР ЗСО), аналогичного АУУ;
– наладка внутриквартальных сетей центрального отопления с установкой расчетных сопел элеваторов и дроссельных диафрагм на вводно-распределительных узлах зданий;
– перевод тупиковых систем горячего водоснабжения на циркуляционные схемы.
В целом, эксплуатация образцовых АУУ показала, что использование АУУ в совокупности с балансировочными клапанами на стояках системы ЦО, термостатическими вентилями на каждом отопительном приборе и проведением утеплительных мероприятий позволяет экономить до 25–37 % тепловой энергии и обеспечивать комфортные условия проживания в каждом помещении.
Литература
1. Грудзинский М. М., Прижижецкий С. И. Энергоэффективные системы отопления // «АВОК». – 1999. – № 6.
2. Грановский В. Л., Прижижецкий С. И. Система отопления жилых зданий массового строительства и реконструкции с комплексным автоматизированием теплопотребления // «АВОК». – 2002. – № 5.
АУУ — эффективная экономия тепловой энергии
Автоматизированный узел управления представляет совокупность оборудования и устройств, призванных обеспечивать автоматическую регулировку температуры и расхода теплоносителя, что производится на вводе каждого здания в соответствии с требуемым для отдельного здания графиком температур. Регулировка может быть произведена и в соответствии с тем, каковы потребности жителей.
Узел обвязки водяного калорифера.
Среди преимуществ АУУ, если сравнивать его с элеваторными и тепловыми узлами, которые обладают фиксированным сечением проходного отверстия, — возможность вариации количества теплоносителя, что зависит от температуры воды в обратном и подающем трубопроводах.
Автоматизированный узел управления устанавливается обычно один на все здание, что отличает его от элеваторного узла, который монтируется на каждую секцию дома.
При этом установка осуществляется после узла, учитывающего тепловую энергию системы.
Изображение 1. Принциапиальная схема АУУ с насосами смешения на перемычке для температуры до АУУ t = 150—70 ˚C при одно- и двухтрубных системах отопления с термостатами (Р1 – Р2 ≥ 12 м вод. ст.).
Автоматизированный узел управления представлен схемой, проиллюстрированной ИЗОБРАЖЕНИЕМ 1. Схема предусматривает: электронный блок (1), который представлен щитом управления; датчик уровня температуры наружной среды (2); датчики температур в теплоносителе в обратном и подающем трубопроводах (3); клапан для регулировки расхода, оснащенный редукторным приводом (4); клапан для регулировки перепада давления (5); фильтр (6); циркуляционный насос (7); обратный клапан (8).
Как показывает схема, узел управления принципиально имеет в составе 3 части: сетевую, циркуляционную и электронную.
Сетевая часть АУУ включает клапан регулятора расхода теплоносителя с редукторным приводом, клапан регулятора перепада давления с пружинным регулирующим элементом и фильтр.
Циркуляционная часть узла управления включает смесительный насос с обратным клапаном. Для смешения служит пара насосов. В этом случае должны быть применены насосы, которые удовлетворят требования автоматического узла: они должны работать попеременно с цикличностью в 6 часов. Контроль за их работой должен осуществляться по сигналу датчика, который отвечает за перепад давлений (датчик устанавливается на насосах).
Преимущества и принцип действия автоматического узла
Узел управления отопления и ГВС по открытой схеме.
Электронная часть узла управления имеет в составе электронный блок или так называемый щит управления. Он призван обеспечивать управление на автоматической основе насосным и тепломеханическим оборудованием для поддержания необходимого температурного графика. С его помощью осуществляется поддержка графика гидравлического режима, который должен лежать в основе системы отопления всего здания.
Электронная часть содержит и карту ECL, которая предназначается для программирования контроллера, последний отвечает за тепловой режим. Есть в системе и датчик температуры наружной среды, который установлен на северном фасаде здания. Среди прочего имеются датчики температур самого теплоносителя в обратном и подающем трубопроводах.
Ошибки в процессе внедрения автоматического узла
Узел управления отопления и ГВС по независимой схеме отопления и ГВС по закрытой схеме.
Ошибки могут возникнуть еще в момент планирования и последующей организации работ по внедрению системы отопления. Часто допускаются определенные ошибки в момент выбора технического решения. Не следует упускать правила устройства индивидуального теплового пункта. В конечном итоге в момент установки узла управления отопления может произойти дублирование функционала оборудования, которое устанавливается в ЦТП, это, в свою очередь, противоречит правилам эксплуатации тепловых установок. Так, установка узлов управления отопления с балансировочным клапаном может привести к высокому гидравлическому сопротивлению в системе, что повлечет необходимость замены или реконструкции теплового и механического оборудования.
Может называться ошибкой и некомплексный монтаж узлов управления отопления, что непременно нарушит установившийся тепловой и гидравлический баланс во внутриквартальных сетях. Это станет причиной ухудшения работы системы отопления почти каждого присоединенного строения. Необходимо сделать тепловую наладку в момент эксплуатации отопительного оборудования.
Часто ошибки случаются и в процессе ввода узла управления отопления на этапе проектирования. Это происходит по причине отсутствия рабочих проектов, использования типового проекта, лишенного расчетов, привязки и подбора оборудования к определенным условиям. Следствием становится нарушение режимов теплоснабжения.
Дополнительные требования при вводе узла управления отопления в эксплуатацию
Узел управления отопления и ГВС по независимой схеме .
Выбранные схемы установки узлов управления отопления могут не соответствовать требуемым, что негативно отражается на теплоснабжении. Случается и так, что в момент ввода системы используемые технические условия не соответствуют реальным параметрам. Это может привести к неправильному выбору схемы узла.
В момент ввода узла автоматизации следует учитывать, что система отопления могла ранее претерпевать капитальные ремонты и реконструкции, в процессе которых могла быть произведена смена схемы с однотрубной на двухтрубную. Проблемы могут возникнуть тогда, когда расчет узла производится для системы, которая была до реконструкции.
Процесс ввода системы в эксплуатацию следует осуществлять не в зимний период, чтобы запуск системы был произведен своевременно.
Схема автоматизированного узла управления системой отопления (АУУ) дома.
Следует помнить, что датчики температуры воздуха должны быть монтированы на северной стороне, что необходимо для корректной настройки температурного режима, в этом случае солнечная радиация не сможет влиять на нагрев датчика.
В процессе ввода должно быть обеспечено резервное питание узла, что поможет избежать остановки системы ЦО при отключении электроэнергии. Необходимо произвести регулировочные и наладочные работы, а также мероприятия по обесшумливанию, должно иметь место техобслуживание узла. Следует учесть, что несоблюдение одного или нескольких правил может привести к непрогревам системы, а отсутствие заглушающего оборудования приведет к возникновению дискомфортного шума.
Внедрение узла управления должно сопровождаться проверкой выданных технических условий, они должны соответствовать фактическим данным. А технический надзор должен быть проведен на каждой стадии работ. После того как вся работа над системой была завершена, следует начинать техобслуживание узла, что производится специализированной организацией. В противном случае простой дорогого оборудования автоматизированного узла либо его неквалифицированное обслуживание может привести к выходу из строя и иным негативным последствиям, включая утрату техдокументации.
Эффективное использование автоматизированного узла управления отопления
Пример выполнения схемы узла управления системами отопления и теплоснабжения установок.
Применение узла окажется наиболее эффективным в случаях, когда дом имеет абонированные элеваторные узлы систем отопления, которые непосредственно присоединены к городским тепловым магистральным сетям. Эффективным такое использование окажется и в условиях концевых домов по привязке к ЦТП, где отмечаются недостаточные перепады давления в ЦО с обязательным монтажом насосов ЦО.
Эффективность использования отмечается и в домах, которые оборудованы газовыми водонагревателями и центральным отоплением, такие постройки могут иметь и децентрализованное горячее водоснабжение.
Устанавливать автоматизированные узлы рекомендуется комплексно, охватывая все нежилые и жилые строения, которые были присоединены к ЦТП. Установка и сдача, а также последующая приемка в эксплуатацию всей системы и сопутствующего оборудования узла должны производиться одновременно.
Нельзя не отметить, что с установкой автоматизированного узла, эффективными будут являться следующие мероприятия:
Осуществление перевода ЦТП, который имеет зависимую схему присоединения отдельных систем отопления, на ту, что будет независима. В этом случае эффективным будет и установка расширительного мембранного бака в тепловом пункте.
Установка в условиях ЦТП, которому свойственна зависимая схема присоединения оборудования, аналогичного автоматизированного узла управления.
Осуществление наладки внутриквартальных сетей ЦО с монтажом дроссельных диафрагм и расчетных сопел на вводных и распределительных узлах.
Осуществление перевода тупиковых систем ГВ на циркуляционные схемы.
Эксплуатация образцовых автоматизированных узлов показала, что применение АУУ совместно с балансировочными клапанами, термостатическими вентилями и проведение утеплительных мероприятий может позволить экономить до 37% тепловой энергии, обеспечивая комфортные условия для проживания в каждом из помещений.
