Энергосбережение в системах водоснабжения и канализации

Энергосбережение в водоснабжении и канализации напрямую зависит от мероприятий, позволяющих уменьшить потребление электроэнергии для забора воды, ее очистки, обработки, подачи и распределения.Энергосберегающие мероприятия по затратам разделяют на беззатратные, мало-, средне- и высокозатратные.

Беззатратные и малозатратные энергосберегающие мероприятия

На осуществление малозатратных, а тем более беззатратных энергосберегающих мероприятий не требуется существенных вложений. Они окупаются в течение нескольких месяцев вследствие снижения эксплуатационных расходов. К числу беззатратных и малозатратных мероприятий по энергосбережению в водоснабжении и канализации относят:

1. Соблюдение правил эксплуатации систем водоснабжения и канализации и применяемого в них оборудования. Эти правила предусматривают своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов, замену набивки и подтяжку уплотнений насосов, вентилей и задвижек, замену неисправной арматуры, устранение утечек и т.д.
2. Замена асбестографитовых уплотнений насосов уплотнениями на основе тефлона, обеспечивающих увеличение срока эксплуатации в среднем в 6 раз. Затраты окупаются в течение не более 6 месяцев.
3. Замена арматуры устаревших типов на современную (в рукомойниках, раковинах, смесителях, в сливных бачках унитазов и т.п.).

Среднезатратные энергосберегающие мероприятия

Это мероприятия, затраты на проведение которых окупаются за 2-3 года. К ним относят:

• Обеспечение экономичных режимов эксплуатации насосов.
• Изменение диаметра трубопроводов, применение труб из полимерных материалов изменение принципиальной схемы конструктивного исполнения систем водоснабжения и водоотведения.
• Экономия электроэнергии и воды при переходе к оборотным системам водоснабжения.
• Борьба с отложениями в системах водоснабжения и водоотведения.
• Устранение утечек воды.
• Организация учета водопотребления.
• Диспетчеризация и АСУ.
• Стимулирование заинтересованности населения и персонала предприятий в снижении перерасхода воды и тепла.
• Анализ режимов системы водоотведения (режимов работы насосного оборудования станций перекачки и очистных сооружений).
• Использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки.

Расскажем о каждом из перечисленных выше способов энергосбережения в водоснабжении и канализации подробнее.

1. Обеспечение экономичных режимов эксплуатации насосов. Для реализации энергосберегающих мероприятий по обеспечению экономичных режимов эксплуатации насосов рекомендуется следующее:

• замена группы малопроизводительных насосов более производительными;
• замена насоса, гидравлическая характеристика сети которого не соответствует его паспортным данным;
• повышение КПД насосов до их паспортных значений путем установки новых уплотнений в сочетании с тщательной балансировкой рабочих колес;
• замена агрегатов, передача вращающего момента на вал которых от вала двигателя осуществляется через редуктор или клиноременную передачу. Замена осуществляется на насосы, у которых рабочее колесо находится непосредственно на валу двигателя (в результате чего устраняются потери энергии в передаче);
• осуществление автоматизированного управления работой насосного оборудования для достижения максимально возможной загрузки насосов,
• регулирование производительности насосов изменением частоты вращения рабочего колеса с помощью частотно-регулируемого электропривода;
• при отсутствии регулятора частоты регулирование производительности насосной установки или станции может выполняться не только с помощью дроссельных заслонок (задвижек или вентилей и т.п.), но и путем ступенчатого включения-выключения параллельно установленных насосов меньшей производительности;
• в системах водоснабжения с насосными агрегатами, рассчитанными на максимальное потребление воды при максимальном напоре, целесообразно устанавливать емкости-накопители (аккумуляторы) воды на высоте требуемого напора с устройством автоматического отключения насосного агрегата при заполнении емкости водой.

2. Изменение диаметра трубопроводов, применение труб из полимерных материалов, принципиальное изменение схемы конструктивного исполнения систем водоснабжения и водоотведения. При увеличении диаметра трубы на 50% потери от трения жидкости можно уменьшить на 75%. Аналогичного результата при решении задач энергосбережения в водоснабжении удается добиться заменой труб из традиционных материалов на трубы из полимеров, отличающихся значительно меньшей шероховатостью. В результате такой замены срок службы сетей увеличивается с 3-10 до 30 лет и более. Кроме этого, гидравлическое сопротивление и затраты мощности на привод насосов при том же диаметре трубопровода и неизменном расходе воды снижаются примерно на 25 %.

3. Экономия электроэнергии и воды при переходе к оборотным системам водоснабжения. Переход от прямоточного к оборотному водоснабжению в системах охлаждения энергетического и технологического оборудования снижает потребление воды от внешних источников, а также нагрузку на насосное оборудование системы водозабора и очистные сооружения.

4. Борьба с отложениями в системах водоснабжения и водоотведения проводится как механическим, так и химическим способами и требует остановки сетей на ремонт. В настоящее время созданы и начали широко внедряться в системах отопления, горячего и оборотного водоснабжения дешевые автономные автоматизированные установки для обработки воды присадками типа «комплексонов», которые после добавления их в малых дозах (около 0,6 г/м3) в подпитывающую воду, не меняя жесткости воды, препятствуют образованию отложений.

5. Устранение утечек воды. Локализация мест этих утечек трудоемка и требует применения специальных акустических течеискателей, улавливающих звуковые колебания струй в местах повреждения системы. Эффективным средством выявления утечек является оснащение вводов в здания счетчиками холодной воды.

6. Организация учета водопотребления. Проводится во избежание неконтролируемых технологических потерь воды. С этой целью рекомендуется составить водный баланс предприятия, проанализировать схемы водопользования и расходы воды, экономически оптимизировать систему водопользования.

7. Диспетчеризация и АСУ в сочетании с применением частотно регулируемых электроприводов, позволяет значительно повысить энергосбережение в водоснабжении и канализации за счет оптимизации режимов эксплуатации систем и более оперативного, точного определения утечек.

8. Стимулирование заинтересованности населения и персонала предприятий в энергосберегающих мероприятиях по экономии воды и тепла. Оснащение квартир узлами учета, введение оплаты за воду и тепло по фактическому расходу будет способствовать большей заинтересованности в энерго- и теплосбережении.

9. Анализ режимов системы водоотвода сводится в основном к анализу режимов работы насосного оборудования станций перекачки и очистных сооружений.

10. Использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки. Использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки. Дополнительные резервы энергосбережения в системах водоотведения связаны с возможностью использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки. Примером энергосберегающей технологии обезвреживания стоков может служить огневое обезвреживание сточных вод с высоким (порядка 50%) содержанием горючих веществ (спиртов, бензина, керосина, ацетона, масел и др.). Такие стоки фактически являются топливом, и обезвредить их можно, подавая в топки котлов.

Высокозатратные энергосберегающие мероприятия

1. Энергосберегающие мероприятия в электрохозяйстве систем водоснабжения и водоотведения связаны с внедрением автоматической системы контроля и учета энергопотребления (АСКУЭ) с последующим переходом с двухставочного тарифа оплаты электроэнергии на одноставочный.

Ожидаемый эффект обеспечивается:

на первом этапе ее реализации — за счет снижения заявляемой мощности, что становится возможным вследствие более оперативного учета электропотребления;

на втором этапе — переходом на более выгодные одноставочные зонные тарифы, дифференцированные по времени суток (переход допускается только при наличии у предприятия АСКУЭ).

2. Основные резервы энергосбережения в системах горячего водоснабжения подразумевают:

замену секционных (кожухотрубчатых) водоподогревателей пластинчатыми, имеющими меньшие габаритные размеры и более низкие потери теплоты, а также упрощающими их обвязку трубопроводами. Это ведет к снижению затрат мощности насосов на циркуляцию греющей и нагреваемой воды в тепловом пункте;

оснащение циркуляционных и подпитывающих насосов в тепловых пунктах частотно-регулируемыми электроприводами (ЧРП), позволяющими изменять расход воды в системах, не прибегая к открытию или закрытию имеющихся задвижек или других дроссельных органов. Такие энергосберегающие мероприятия ведут к экономии 10÷30% электроэнергии;

оснащение вводов зданий подмешивающими насосами и балансировочными клапанами (типа «BALLOREX»), водосчетчиками, имеющими выходы для передачи информации в компьютерную сеть; создание на этой основе системы диспетчеризации потребления теплоты, холодной и горячей воды и переход к регулированию расхода тепловой энергии на горячее водоснабжение — по разбору горячей воды, к поддержанию давления воды в системах в пределах допустимых значений, снижению утечек воды вследствие разгерметизации систем при превышении допустимых давлений.

3. Строительство очистных сооружений, оборудованных утилизационным оборудованием. Экономическая эффективность определяется не только получением пара или воды для теплоснабжения, но и извлечением ряда веществ, используемых в дальнейшим в качестве вторичного сырья.

4. Значительные резервы энергосбережения имеются в оборотных системах водоснабжения, через которые сбрасывается в окружающую среду значительное количество теплоты энергоносителей на многих промышленных предприятиях. Проблема использования данного резерва с целью энергосбережения в водоснабжении принципиально решается с помощью тепловых насосов, которые дают возможность возврата теплоты в производственный цикл. Они нашли широкое применение в странах западной Европы, в США, Японии. В Украине их применение незначительно.

Источник — Энергосбережение в водоснабжении и канализации

Энергосбережение при водоснабжении жилых зданий

В. И. Ливчак, начальник отдела Энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы, вице-президент НП «АВОК»

В тепловом балансе современных жилых зданий с повышенной теплозащитой наружных ограждений возрастает доля расхода тепла на горячее водоснабжение, достигая для муниципальных зданий потребности тепла на отопление в годовом исчислении. Это свидетельствует об актуальности и значимости задачи энергосбережения при водоснабжении зданий.

По величине удельного на 1 м 2 общей площади расхода тепла на горячее водоснабжение Россия почти в 4 раза превышает развитые страны Западной Европы. Это объясняется как более высокой плотностью заселения квартир (на одного жителя в России приходится в среднем в 2 раза меньше общей площади, чем на Западе), так и излишним расходованием воды, вызванным нарушениями в ее подаче и бесконтрольностью потребления.

По данным выполненных МНИИТЭП более 25 лет назад комплексных исследований работы ЦТП, через которые продолжается теплоснабжение жилых микрорайонов и сейчас, системы горячего водоснабжения в ряде случаев работают неудовлетворительно, не обеспечивая бесперебойного снабжения потребителей горячей водой нужной температуры, вследствие заниженной поверхности нагрева подогревателей второй ступени, недопоступления в требуемом количестве греющего теплоносителя, разрегулировки системы распределения циркуляции, сохранения большой циркуляции в часы максимального водоразбора и повышенного сопротивления водонагревателей.

С того времени устранили причину резкого снижения теплосъема в скоростных кожухотрубных теплообменниках, установив новую эффективную систему опирания трубного пучка и повысив теплообмен за счет применения профилированных трубок.

Реализация в типовых проектах смешанной схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения с ограничением максимального расхода сетевой воды на вводе и авторегулированием подачи тепла на отопление позволила обеспечить приоритетность поступления теплоносителя на горячее водоснабжение (используя аккумулирующую способность зданий при переменном режиме работы отопления) и тем самым стабильное поддержание заданной температуры горячей воды на выходе из водонагревателей независимо от уровня водоразбора.

Устранение колебаний в температуре горячей воды и увеличения ее выше 60°С за счет применения электронной системы авторегулирования снизило зарастание водонагревателей коррозионными отложениями и, соответственно, их сопротивление движению воды.

Однако вопросы разрегулировки систем горячего водоснабжения и излишней циркуляции остаются актуальными и сегодня, особенно при реконструкции существующих систем.

В условиях расчета за расходуемую горячую воду по водосчетчикам нарушения в циркуляции приведут к значительной переплате, т. к. недостаточная циркуляция вызовет слив воды до достижения воды нужной температуры, а при постоянно недостаточной температуре горячей воды – к сокращению подмешивания холодной воды и тем самым к увеличению потребления горячей воды, а вместе с ней и расхода тепла на горячее водоснабжение, поскольку последний получается умножением измеренного количества воды на постоянный расчетный перепад температур.

Современные централизованные системы горячего водоснабжения от ЦТП представляют собой разветвленные многокольцевые системы, требующие квалифицированного проектирования. На практике в их проектировании допускались серьезные ошибки. Не учитывались требования для обеспечения равномерной циркуляции в сети, заключающиеся в соблюдении определенного соотношения между сопротивлениями отдельных ответвлений и разводящих трубопроводов. В результате интенсивная циркуляция осуществлялась через ближайшие стояки; в удаленных стояках и секционных узлах она была меньше или отсутствовала совсем, вследствие чего в водоразборные краны вода поступала охлажденной.

На практике с целью доведения циркуляции до дальних стояков предусматривалась установка более мощного циркуляционного насоса. При этом циркуляционный расход приближался по величине к расчетному секундному расходу на водоразбор. Это мероприятие приводит только к отрицательному эффекту. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водоподогревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи. Это влечет за собой установку более мощных высоконапорных насосов хозяйственного водопровода, что приводит к значительному росту капитальных затрат и перерасходу электроэнергии на перекачку.

Учитывая, что потери давления в системе горячего водоснабжения из-за водонагревателей больше, чем в системе холодного водоснабжения, а давление в них создается одной и той же насосной установкой, вышеперечисленные мероприятия могут быть заменены более экономичным и рациональным инженерным решением – созданием дополнительной подкачивающей установки в системе горячего водоснабжения. Для этой цели могут быть использованы циркуляционные насосы путем перестановки их на подающий трубопровод (до или после водонагревателя второй ступени).

При такой схеме установки насосы работают как циркуляционно-повысительные. В циркуляционном режиме насос работает как циркуляционный, не нарушая принятого распределения расхода воды, а при водоразборе он становится циркуляционно-повысительным, компенсируя своим напором повышенные сопротивления подогревателей и трубопроводов и увеличивая давление в системе. В большинстве существующих ЦТП перестановку циркуляционных насосов можно выполнить без замены насосов в связи с тем, что последние, как правило, обеспечивают пропуск расчетного секундного расхода воды на водоразбор. В сравнении с общепринятой схемой такое решение позволяет сократить расчетный напор хозяйственных насосов и уменьшить период их использования.

Учитывая переменный режим водопотребления, а также то, что в часы максимального водоразбора наблюдается падение давления в городском водопроводе (из-за увеличения потерь давления в трубопроводах), целесообразно хозяйственные подкачивающие насосы устанавливать с регулируемым числом оборотов двигателя. Регулирование выполняется за счет поддержания заданного давления после первой ступени водонагревателей горячего водоснабжения, принимая изменяющееся сопротивление водонагревателя при прохождении через него воды на горячее водоснабжение за аналог изменения потерь давления в трубопроводах холодной воды до последнего водоразборного крана. Как показывает практика, при этом расход электроэнергии на перекачку сокращается более чем в 2 раза по сравнению с работой насоса в режиме максимального давления и создания необходимого напора регулирующим клапаном.

Регулирование числа оборотов циркуляционно-подкачивающих насосов проводить не следует, т. к. они работают в постоянном режиме – по мере сокращения водоразбора увеличивается объем циркуляции.

Для снижения разрегулировки потокораспределения циркуляции необходимо повысить гидравлическую устойчивость системы горячего водоснабжения. Это достигается увеличением сопротивления стояков системы, объединяя все стояки одной секции дома в единый секционный узел с одним циркуляционным стояком вместо распростаненного решения с самостоятельным стояком на каждый водоразборный стояк. При этом к водоразборному стояку подключаются полотенцесушители по проточной схеме, и все стояки, обслуживающие квартиры одной секции, в верхней части объединяются перемычками в один узел, от которого отводится один циркуляционный стояк малого диаметра.

Далее даже при обеспечении минимально необходимого давления у последнего водоразборного крана за счет описанных выше решений установки циркуляционных насосов по циркуляционно-повысительной схеме и регулирования числа оборотов хозяйственных подкачивающих насосов, остается разный уровень давлений у водоразборных кранов, расположенных на разных этажах из-за различия гидростатического давления. Для устранения этого системы водоснабжения разбивают на зоны, и, кроме того, на подводках холодной и горячей воды в каждую квартиру устанавливают самостоятельные квартирные регуляторы давления, снижающие при протекании через них воды давление в нижних этажах до уровня верхнего этажа.

Поддержание давления воды перед каждым водоразборным краном на минимально необходимом уровне – очень важное мероприятие с точки зрения сокращения потерь воды, а для горячего водоснабжения и теплопотребления – снижается расход воды при изливе и утечки через арматуру. По данным МНИИТЭП, подтвержденным позднее Академией коммунального хозяйства, при стабилизации давления в системе водоснабжения среднесуточный расход горячей воды на одного жителя соответствует норме СНиП – 105–110 л/(чел.•сут.). С повышением давления в системе выше минимально необходимого расход горячей воды резко возрастает, достигая, по данным Мосводоканала, 150–180 л/(чел.•сут.).

Дальнейшее сокращение водопотребления зависит от жителей – это мытье посуды и станков для бритья в непроточной воде, а бывают случаи, что хозяйка открыла воду и ушла по своим делам; это закрывание крана при намыливании и другие индивидуальные для каждого жителя мероприятия. Однако это будет выполняться только тогда, когда жители будут заинтересованы в сокращении водопотребления, т. е. когда будут платить не по норме, а по водосчетчику.

В соответствии с московскими территориальными нормами по энергосбережению МГСН 2.01-99 во всех строящихся зданиях должны быть установлены квартирные водосчетчики на холодную и горячую воду (в проектах они есть). Разработана и действует система автоматического считывания показаний этих водосчетчиков вместе с квартирными электросчетчиками («ЭНЭЛЭКО»), но по-прежнему расчет с жителями ведется по нормативам, которые по расходу воды в 1,5 раза превышают норму СНиП.

НП «АВОК» вместе с УТЭХ Правительства Москвы разработал методику распределения объемов и стоимости поставленной тепловой энергии между потребителями, где отражены вопросы распределения расхода тепла на горячее водоснабжение между жителями дома при подключении этого дома к ИТП или ЦТП, в которых установлены приборы учета тепла на тепловой сети. Внедрение этой методики будет стимулировать энергосбережение на всем пути производства, транспорта и потребления тепловой энергии и водных ресурсов.