Наладка гидравлического режима тепловой сети – нераскрытый потенциал энергосбережения в сфере ЖКХ

А. В. Воробьев, главный специалист отдела энергоаудита и технической экспертизы КОГУП «Агентство энергосбережения»

Тепловые сети после монтажа и во время долгой эксплуатации нуждаются в проведении гидравлической наладки для правильного распределения потоков рабочей среды по системе. Очень часто в процессе эксплуатации сети подвергаются изменениям (прокладываются новые ответвления или ликвидируются существующие, присоединяются новые потребители или изменяется нагрузка у потребителей). Все это оказывает серьезное влияние на гидравлический режим системы. Одной из главных проблем теплоснабжения является неравномерное распределение тепла между потребителями. На практике абоненты часто самовольно устанавливают дополнительные радиаторы или изменяют схемы их подключения, что приводит к нарушению теплового и гидравлического режима работ тепловой сети. Для решения данной проблемы необходимы расчет и наладка гидравлического режима работы сетей.

Гидравлический режим систем теплопотребления определяется параметрами установленных насосов и пропускной способностью трубопроводов тепловых сетей и систем теплопотребления. Рабочая точка работы системы устанавливается на основе указанных факторов. Поэтому если не будет проведена гидравлическая регулировка, расход теплоносителя через систему отопления не будет соответствовать расчетному для каждого потребителя и велика вероятность отсутствия его циркуляции в наиболее удаленных от источника участках тепловой сети. Нарушение теплового и гидравлического режимов тепловой сети ведет к изменению температурного графика в системе отопления отдельных потребителей. Данное изменение температурного графика является частой причиной недотопа или перетопа. Последствия таких изменений у потребителей проявляется в виде ухудшения условий в отапливаемых помещениях.

Если расход теплоносителя в системе теплопотребления значительно завышен, то имеет место перерасход электроэнергии на сетевых насосах и заниженное значение температуры сетевой воды после водонагревательного оборудования и, как следствие, низкое качество и надежность всех абонентов системы теплоснабжения. Сетевой насос изначально был подобран в проектной организации, которая осуществляла проектирование тепловой сети и расчет тепловой нагрузки потребителей, очень часто с перспективой развития строительства и соответственно подключения новых потребителей. После монтажа системы теплоснабжения эксплуатирующая организация не анализирует работу котельной и тепловой сети с целью снижения затрат на выработку единицы тепловой энергии.

Большинство руководителей не уделяет внимания данному виду деятельности экспертных организаций по причине неполного понимания необходимости проведения гидравлической наладки и стоимости этой работы. В основе наладки заложен гидравлический расчет. Результатами данного расчета является подбор и установка балансировочных клапанов для каждого потребителя, а также окончательная настройка клапанов после их установки

Конечно, при упоминании балансировочных клапанов многие сразу подумают про их стоимость и, разумеется, тут же вспомнят про шайбы. Но шайбирование ушло в далекое прошлое по причине обязательной и необходимой корректировки результатов гидравлического расчета с поправкой на техническое состояние внутренней поверхности трубопроводов. При наладке данным способом на месте проводится корректировка результатов расчета для обеспечения необходимого расчетного расхода теплоносителя у потребителя путем рассверливания шайб с предварительным сливом и последующим заполнением всей системы. Балансировочные же клапана одновременно являются не только регулирующей, но и запорной арматурой. Таким образом, при использовании балансировочных клапанов таким проблем не возникает и их достаточно установить один раз, а корректировка расхода осуществляется выставлением расчетного расхода теплоносителя для каждого потребителя путем корректировки перепада давления за счет изменения положения штока балансировочного клапана. Балансировочные клапаны, как и дроссельные шайбы, могут засоряться, но для восстановления их работы достаточно очистить сопутствующий фильтр, исключая слив всей системы. Как показывает практика, после 3–4 лет эксплуатации система теплоснабжения с установленными ранее дроссельными шайбами работает без гидравлической регулировки из-за отказа от использования. Причинами являются частые засорения и дальнейшее рассверливанию для обеспечения потребителей необходимым количеством тепловой энергии, что влечет за собой установку более мощного насоса. Такое решение ведет к увеличению удельной нормы расхода электроэнергии на отпуск единицы тепла и возвращает систему в первоначальное состояние гидравлического режима работы тепловой сети, не окупая первоначальных затрат.

Монтаж балансировочных клапанов осуществляется подобно установке стандартной запорной арматуры. После монтажа и запуска системы теплоснабжения ведется наладка системы теплоснабжения на основе гидравлического расчета с помощью специализированного портативного расходомера. На каждом участке тепловой сети выставляется требуемый расчетный расход теплоносителя с учетом дополнительных условий трубопроводов (загрязненность внутренних поверхностей, дополнительные местные сопротивления и т. д.) для правильного распределения тепловой энергии между потребителями. После проведенной гидравлической наладки у существующего насоса уменьшается КПД с одновременным увеличением удельной нормы расхода электрической энергии. Как известно из курса физики, напор и расход насоса являются основными множителями для расчета электрической мощности. Для решения данной задачи осуществляется замена сетевого насоса и подбирается, как правило, импортный насос ведущих производителей для получения максимального КПД сетевого насоса при работе его в рабочей точке, которая образуется при пересечении его характеристики с характеристикой сети, которая была получена на основе гидравлического расчета. Номенклатурный ряд импортных насосов имеет широкий диапазон для выбора насоса и в последние годы вытесняет отечественные насосы с рынка продаж. Отечественные насосы так же могут являться заменой существующих насосов до гидравлической наладки при условии совпадения требуемых параметров с характеристикой насоса. Но поскольку они имеют очень узкий ряд параметров, то в большинстве случаев неэффективны.

Стоимость работ по гидравлическому расчету и наладке системы теплоснабжения в каждом случае индивидуальна и зависит от количества потребителей тепловой энергии, а также от технических характеристик тепловой сети.

ЖКХ в России

Наладка системы отопления

Наладка системы отопления

Любая система отопления, вновь смонтированная, подвергнутая ремонту или реконструкции, или разрегулированная в течение длительной эксплуатации, требует тепловой и гидравлической наладки.

Одной из главных задач наладки системы отопления является распределение теплоносителя по домам, а затем по стоякам и отопительным приборам (далее наз. – радиаторы) пропорционально их тепловым нагрузкам.

Расчет системы отопления

Первый этап наладки: расчет системы отопления, цель которого — определить, какие расходы теплоносителя необходимо пропускать по вводному узлу каждого дома, а затем по стоякам и отопительным приборам при расчетных условиях, то есть:

• при расчетных тепловых потерях через наружные ограждения (стены, окна, потолки, полы) отапливаемого помещения;
• при установленных радиаторах с расчетными поверхностями нагрева;
• при расчетной температуре теплоносителя в подающем трубопроводе;
• при расчетных величинах напоров воды в подающем и обратном трубопроводах на выводах источника теплоснабжения,

Выбор способа регулирования расхода теплоносителя

Второй этап наладки: выбор способа регулирования расхода теплоносителя, который должен поступать в систему отопления каждого дома, и установка соответствующего оборудования..

Расход теплоносителя регулируется одним из четырех способов или одновременно несколькими из них в зависимости от конкретных условий:

1. Выбором типа и производительности гидроэлеватора (диаметра его сопла) (см. статью «Элеваторный узел»);
2. Выбором диаметра дроссельных диафрагм и места их установки — на подающем или обратном трубопроводе (или на обоих трубопроводах) в зависимости от необходимого для системы гидравлического режима (профессиональное жаргонное название дроссельной диафрагмы – «шайба», а процесс их установки – «шайбирование»);
3. Установкой на стояках, кроме запорной арматуры, дополнительно балансировочных (регулирующих) клапанов или дроссельных диафрагм, позволяющих проводить балансировку системы отопления (этот способ эффективен, но пока еще имеет ограниченное распространение);
4. Выбором автоматических устройств регулирования расхода и температуры теплоносителя.

Проверка правильности и эффективности системы отопления

Третий этап наладки: проверка правильности и эффективности выполненной наладки и, при необходимости, проведение дополнительной регулировки.

Основными показателями правильности наладки системы отопления являются:

— соответствие фактических расходов воды расчетным значениям в подающем и обратном трубопроводах дома, в отдельных стояках дома и в отдельных радиаторах. Эти расходы воды могут быть определены как непосредственно по показаниям соответствующих приборов-расходомеров, так и расчетным методом по результатам измерений трех фактических температур: теплоносителя на входе и выходе из здания, в отдельных стояках дома и в отдельных радиаторах и температуры воздуха в помещении (как определить фактический расход воды через радиатор в вашей квартире, см. статью «Неисправность отопления в вашей квартире»).

Показателем правильности наладки служит коэффициент относительного расхода воды, который должен находиться в пределах 0,9 — 1,15 (расчетный расход воды принимается за единицу);

— соответствие фактической температуры воздуха в помещениях нормативным (расчетным) значениям. Усредненное значение замеренных температур не должно быть ниже расчетного более чем на 0,5 °С или выше расчетного более чем на 2 °С.

После установки или замены сопл элеваторов или дроссельных диафрагм на тепловых вводах следует проверить температуру воздуха не менее чем в 15 % помещений.

В случае, если коэффициент относительного расхода воды отличается от нормы 0,9 — 1,15 или усредненное значение замеренных температур воздуха в помещениях ниже расчетного более чем на 0,5 °С или выше расчетного более чем на 2 °С, должна быть произведена смена сопел элеваторов и дроссельных диафрагм, а также настройка автоматических регуляторов температуры.

Результаты испытаний оформляются актом и вносятся в паспорт системы отопления и здания.

Если уважаемые коллеги заинтересуются более подробными сведениями о наладке систем отопления, Вы можете воспользоваться следующей литературой:

1. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети.
2. Отраслевой стандарт ОСТ 36-68-82 1982 г. Тепловые сети. Режимная наладка систем централизованного теплоснабжения
3. Типовая инструкция по технической эксплуатации тепловых сетей систем коммунального теплоснабжения МДК 4-02.2001
4. И. Манюк Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. В М. Стройиздат, 1988.
5. Е.Я. Соколов Теплофикация и тепловые сети. М. Энергоиздат, 1982.

Составил специалист ЖКХ Юрий Калнин

О наладке и режимах систем отопления

И.М. Сапрыкин, ООО ПНТК «Энергетические технологии», г. Нижний Новгород

В статье предлагается метод определения расхода теплоносителя через отопительные приборы по результатам измерения трех температур: теплоносителя на входе и выходе; температуры воздуха в помещении. Метод может быть полезен при проектировании и наладке систем отопления зданий и является более точным по сравнению с существующим методом для практических расчетов в нерасчетных режимах, особенно при малых температурных напорах и малых расходах теплоносителя.

Качество теплоснабжения (отопления) предполагает обеспечение расчетной температуры внутреннего воздуха в отапливаемом помещении независимо от колебаний температур наружного воздуха. Для этого разработаны специальные температурные графики центрального или местного регулирования.

Любая вновь смонтированная или подвергнутая реконструкции система теплоснабжения требует тепловой и гидравлической наладки.

Одной из главных задач наладки систем теплоснабжения является распределение теплоносителя по потребителям пропорционально их тепловым нагрузкам.

О методе контроля качества наладочных мероприятий в системах теплоснабжения

Ранее в [1] был предложен метод контроля качества наладочных мероприятий в системах теплоснабжения, включающих источник тепловой энергии, тепловые сети и внутренние системы отопления.

Метод содержит безразмерные показатели, позволяющие осуществлять контроль за обеспечением тепловых нагрузок и расходов теплоносителя, которые можно получить по результатам измерения двух температур теплоносителя до и после системы отопления.

Если для отдельного отапливаемого помещения определить qоб просто, измерив температуру внутреннего воздуха, то для здания в целом это довольно сложно.

Однако информация о qоб здания содержится в «отклике» системы — значении температуры теплоносителя τ2 в обратном трубопроводе на выходе из системы отопления. Эта температура зависит от ряда постоянных и переменных параметров, главными из которых являются температура наружного воздуха tнр, температура теплоносителя на входе в систему τλ, суммарная поверхность нагрева отопительных приборов F. Так как температуры относительно легко поддаются измерению, то информацию о qоб здания можно получить, измерив фактические температуры теплоносителя и температуру наружного воздуха. Естественно, что при этом заранее должны быть известны расчетные температуры теплоносителя и расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха.

Параметр g имеет постоянное значение во всем диапазоне температур наружного воздуха. Параметр g может быть определен не только для отдельной системы отопления, но и для системы теплоснабжения в целом.

В налаженных системах теплоснабжения (с принудительной циркуляцией теплоносителя) несоблюдение на источнике теплоты температурного режима приведет к отклонению qоб от нормы qоб≠1, а расход теплоносителя при этом останется в норме g=1. При изменении гидравлического режима на источнике, или при несанкционированном изменении пропускной способности сужающего устройства (например, дроссельная диафрагма) у потребителя изменятся оба параметра qоб и g. Последнее обстоятельство может быть выявлено по отклонению g от 1.

В уравнении (2) отсутствует значение температуры внутреннего воздуха, т.к. для систем теплоснабжения в целом эта температура неизвестна. Однако, усредненная в целом по системе температура внутреннего воздуха определяется через qоб: t_B=t_H+Δtp*q_TeK*qo6·

На основании показателей qоб, g возможно определить: текущее фактическое теплопотребление отдельного здания; суммарный расход теплоносителя в системе отопления; величину коррекции сужающего устройства.

Используя уравнения (2) и (3), можно достаточно просто осуществлять наладку и контроль режимов теплоснабжения.

Данный метод начал успешно применяться с 2001 г. сначала для наладки, а затем для контроля тепловых и гидравлических режимов в системах теплоснабжения на базе 18 водогрейных котельных в г. Дзержинске Нижегородской области.

Наладка систем отопления

Одной из главных задач наладки системы отопления является распределение теплоносителя по стоякам и отопительным приборам пропорционально их тепловым нагрузкам. При расчетных тепловых потерях через наружные ограждения отапливаемого помещения через отопительные приборы с расчетными поверхностями нагрева необходимо пропускать расчетные расходы теплоносителя.

Установить расчетные расходы через отопительные приборы или стояки при наладке системы отопления не представляет трудностей в случае обеспечения на вводе системы в подающем трубопроводе расчетной температуры теплоносителя. Для этого необходимо изменением сопротивления дроссельного устройства установить температуру теплоносителя на выходе, соответствующую температурному графику.

Если же температурный график на вводе не обеспечивается, то становится неясно, какую температуру теплоносителя устанавливать на выходе из отопительного прибора или стояка.

В стационарном (неизменном во времени) состоянии системы отопления достаточно достоверными показателями потокораспределения теплоносителя по отопительным приборам и стоякам являются температуры теплоносителя на входе и выходе и температура внутреннего воздуха помещения, в котором установлен данный прибор (средневзвешенная по помещениям, в которых проходит стояк). Для отдельного отопительного прибора или стояка системы отопления влияние температуры внутреннего воздуха может быть весьма существенно.

Для определения относительного расхода теплоносителя через отдельный отопительный прибор, стояк или ветку системы отопления в зависимости от фактических температур теплоносителя и температуры внутреннего воздуха предлагается уравнение:

Из уравнения (4) следует, что расход теплоносителя в отопительном приборе (стояке) при его известных расчетных параметрах может быть определен путем измерения трех температур: теплоносителя на входе и выходе прибора и температуры внутреннего воздуха в помещении.

Знание фактического расхода теплоносителя через отопительный прибор (стояк) открывает возможность выбора или целенаправленной коррекции сужающих устройств (дроссельных диафрагм, балансировочных клапанов и т.д.).

Для практического определения фактического расхода теплоносителя удобно пользоваться заранее составленной табл. 1, рассчитанной по уравнению (4). Пример: T1=43 °C,T2=34 0 C,,tB=16 О C — относительный расход g=0,77.

В качестве следующего примера приведена реакция на изменение температурных режимов отпуска теплоты трех отопительных приборов, принадлежащих одной системе отопления. Установленные поверхности нагрева приборов равны расчетным f=1. Рассмотрены три температурных режима: нормальный (температурный график) τ1=τΓ; «недотоп» τ^ τΓ. Расчетные температуры: наружный воздух tнр=-30 ОC; теплоноситель в подающем трубопроводе τ1ρ=95 ОC; в обратном трубопроводе τ2ρ=70 ОC. Текущие температуры: наружный воздух tн=-12 ОC; теплоноситель по температурному графику в подающем трубопроводе τ1г=71,7 ОC; в обратном трубопроводе τ2г=55,7 ОC.

В результате измерений температур прибора № 1 определено, что через прибор протекает расчетный расход теплоносителя д»1. В режиме «не-дотопа» при снижении температуры теплоносителя на входе до τ1=60 ОC температура воздуха в помещении снизится до tв=15,2 ОC, температура теплоносителя на выходе снизится до τ2=47 ОC, при этом «недотоп» составит 15% (qоб=0,85). В режиме «перетопа» при повышении температуры теплоносителя на входе до τ^δΟ ОC температура воздуха в помещении повысится до tв=23,5 ОC, температура теплоносителя на выходе повысится до τ2=62 ОC, при этом «перетоп» составит 11% (qоб=1,11).

В результате измерений температур приборов № 2, 3 определено, что: через прибор № 2 протекает заниженный расход д»0,7; через прибор № 3 протекает завышенный расход g≈1,42.

Результаты расчета сведены в табл. 2.

Уравнение (4) получено следующим образом.

В основу расчета температурных графиков регулирования тепловых нагрузок систем отопления положена эмпирическая зависимость коэффициента теплопередачи отопительного прибора kср от среднего по площади прибора температурного напора: kcp=a-(tcp-tB)n, где a — постоянная, зависящая от конструкции отопительного прибора и способа подачи теплоносителя.

Методика, базирующаяся на применении тср, показывает достаточную точность для практических расчетов в тех случаях, когда температуры теплоносителя существенно больше температуры внутреннего воздуха в помещении. В нерасчетных режимах, особенно при малых температурных напорах и малых расходах теплоносителя, вычисления по этой методике дают завышенные результаты. Предлагаемая ниже методика в этих диапазонах режимов дает более точные результаты, что существенно при наладке.

Граничные условия интегрирования уравнения (6): по поверхности от 0 до R по температурам от хл до τ2.

В результате интегрирования получится уравнение, описывающее зависимость расхода теплоносителя от площади поверхности теплообмена и 3-х температур: теплоносителя на входе и выходе прибора и температуры внутреннего воздуха в помещении:

Расход теплоносителя относительно своего расчетного значения — см. уравнение (4).

Средний интегральный температурный напор:

Из последнего выражения (8) видно, что температурный напор не зависит от закона изменения коэффициента теплопередачи вдоль поверхности прибора, а зависит только от конечных температур.

Сравнение методов с различными законами формирования коэффициентов теплопередачи, постоянным k=const и переменным k=var вдоль отопительного прибора, приведено в табл. 3. По форме табл. 3 аналогична табл. 2, только в ячейках дано отношение расходов gk=const/gk=var.

Из табл. 3 следует, что при расходах существенно меньших расчетных значений g