Нормы температуры теплоносителей

Требования к температуре теплоносителя в отопительной системе производственного или общественного объекта регламентируются нормативными документами, которые и устанавливают укладку, проектирование и использование инженерных систем. Таким пакетом документов являются:

• ДБН (В. 2.5-39 Тепловые сети);
• СНиП 2.04.05 «Отопление вентиляция и кондиционирование».

В качестве расчетной температуры воды или иного теплоносителя принимается та цифра, которая равняется показателю температуры воды на выходе из котла согласно паспортным данным отопительного оборудования. Что же касается индивидуального отопления, то выбор подходящей температуры рабочей жидкости в системе основывается на следующих факторах:

• Отопительный сезон начинается и заканчивается, как только среднесуточная температура окружающей среды опускается ниже или превышает значение +8 градусов на протяжении трех суток;
• Среднесуточная температуры внутри отапливаемого помещения общественных и жилищно-коммунальных зданий не должна опускаться ниже 20 градусов, а в промышленных зданиях – ниже 16 градусов;
• Средняя расчетная температура должна соответствовать требованиям ДБН В.2.2-10, ДБН В.2.2.-4, ДСанПиН 5.5.2.008, СП №3231-85.

Предельные показатели температуры теплоносителя указаны в пункте 3.20 СНиП 2.04.05 «Отопление вентиляция и кондиционирование»:

• В помещениях медицинских учреждений – 85 градусов, за исключением наркологических и психиатрических отделений больниц, а также помещений бытового и административного назначения;
• Для бытовых, общественных и жилых сооружений, за исключением спортзалов, торговых и развлекательных объектов – 90 градусов;
• Для ресторанов, производственных помещений категорий А и Б, зрительных залов кинотеатров – 105 градусов;
• Для предприятий общепита (за исключением ресторанов) – 115 градусов;
• Для производственных помещений категорий В-Д, в которых возможно выделение горючей пыли и аэрозолей – 130 градусов;
• Для вестибюлей, лестничных клеток, технических помещений жилых зданий, внутренних переходах для пешеходов, производственных помещений без наличия аэрозолей и загорающейся пыли – 150 градусов.

В различных отопительных системах температура воды обычно варьируется от 30 до 90 градусов в зависимости от ряда внешних факторов. При нагреве до температуры, близкой к кипению котловой воды, может наблюдаться разрушение лакокрасочного покрытия труб. Именно по этой причине больший нагрев запрещен действующими санитарными нормами.

Для вычисления оптимальных показателей специалисты обычно руководствуются специальными таблицами и графиками, в которых указываются нормы температуры в зависимости от состояния окружающей среды и сезона года:

• При среднесуточной температуре окружающей среды в 0 градусов подача теплоносителя для радиаторов с различной разводкой – от 40 до 45 градусов, для обратки – 35-38 градусов;
• При среднесуточной температуре -20 градусов для нагрева используется теплоноситель в диапазоне от 67 до 77 градусов, а для обратки – 53-55 градусов;
• При экстремально низкой температуре (40 градусов ниже нуля) все отопительные приборы должны работать на предельно допустимых значениях. Для нагрева – 95-105 градусов, для обратки – 70 градусов.

2.1.Показатели для индивидуальных систем отопления

Наличие систем индивидуального отопления позволяет избежать сложностей и проблем, связанных с перебоями в централизованной сети, а температура теплоносителя легко регулируется согласно сезону и климатическим условиям. Нормой при индивидуальном отоплении считается соотношение между теплоотдачей отопительного оборудования на единицу площади обогреваемого помещения. Обеспечение комфортного теплового режима возможно за счет правильного подбора конструктивных особенностей оборудования.

Специалисты рекомендуют следить, чтобы показатель температуры теплоносителя не опускался ниже 70 градусов. Оптимальная цифра – 80 градусов. При наличии газового котла контролировать указанные параметры гораздо легче, ведь нагрев теплоносителя легко регулируется на основании датчиков и регуляторов подачи газа.

С твердотопливными котлами все гораздо сложнее, ведь они не регулируют нагрев жидкого теплоносителя и могут легко превратить его в пар. Уменьшить нагрев при сгорании угля, пеллет или дров за счет поворота ручки невозможно. Именно по этой причине контроль над температурой воды в такой отопительной системе скорее относителен. Для него используются механические заслонки и поворотные термостаты.

2.2.Согласуем температуру теплоносителя и котла

Для установки оптимального соотношений температур воды и котла используются регуляторы. Это устройства автоматического контроля, которые позволяют эффективно управлять температурами обратки и подачи.

Как известно, температура обратки количественно зависима от объема прошедшей по системе жидкости. За счет использования регуляторов становится возможно уменьшить подачу теплоносителя и увеличить разницу между подачей и обраткой до требуемого значения. Необходимые значения просто задаются на датчике.

Для увеличения интенсивности потока в систему отопления можно добавить специальный повышающий насос с регулятором. Снижение нагрева осуществляется за счет так называемого «холодного пуска», когда часть прошедшей по сети жидкости после обратки снова перенаправляется на вход.

За счет наличия регулятора возможно эффективно перераспределять потоки теплоносителя и обеспечивать строгие нормы по показателям датчиков.

Влияние температуры обратной сетевой воды на эффективность работы районных отопительных котельных

Н.Н. Киселёв, начальник энергоинспекции филиала «Энергонадзор» РУП «Гомельэнерго»;
Ю.Н. Леонова, государственный инспектор Гомельского МРО, г. Гомель, Республика Беларусь

Критерии эффективности работы котельных

Эффективность работы районных отопительных (водогрейных) котельных при производстве тепловой энергии и тепловых сетей при её передаче, как известно, в значительной степени зависит от температуры обратной сетевой воды, возвращаемой от потребителей.

Основные параметры, которые определяют эффективность работы котельных, кроме КПД, это тепловая мощность (Гкал), расход сетевой воды (т/ч) и температуры прямой и обратной сетевой воды (°С). Причём первые три параметра поддерживаются на нужном уровне специалистами котельных в соответствии с температурным графиком и заданием диспетчера.

Эффективность работы тепловой сети при транспортировке и систем теплопотребления при распределении и использовании тепловой энергии в настоящее время оценивается энергетическими характеристиками по следующим показателям:

– разность температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах или температура сетевой воды в обратных трубопроводах (°С);

– удельный расход электроэнергии на транспортировку (кВт·ч/Гкал);

– удельный расход сетевой воды (т/Гкал);

– тепловые потери (Гкал);

– гидравлические потери (МПа);

– производственные потери сетевой воды (м 3 ).

В качестве универсального общего показателя эффективности работы любой системы теплоснабжения, как единого комплекса [1], целесообразно принять отношение фактической разности температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах к нормативной (расчётной, согласно температурному графику) температуре. И, если этот показатель будет равен или выше единицы, то в первом приближении можно с уверенностью говорить об эффективной работе комплекса: источник теплоты – тепловые сети – потребитель.

Таким образом, основным контролирующим критерием эффективности работы систем теплоснабжения является температурный график, который определяет количество тепловой энергии, необходимое для обогрева объектов потребителей на уровне, соответствующем требованиям социальных стандартов, и поддержания в целом эффективности работы теплоисточника.

Взаимоотношения между теплоснабжающей организацией и потребителем

Как правило, температура сетевой воды в подающих тепломагистралях задаётся в соответствии с температурным графиком по усреднённой температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 6-12 ч (инерционность системы), определяемый диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, способа их прокладки, диаметра трубопровода, скорости изменения климатических условий и других факторов.

Температура обратной сетевой воды является для районных отопительных котельных неуправляемым параметром и регламентируется только настройкой режимов работы всех систем теплопотребления, подключённых к данному теплоисточнику: ИТП с узлом учёта тепловой энергии, системы отопления помещений, системы теплоснабжения калориферов приточной вентиляции и тепловых завес, а также ГВС и теплоснабжения технологических процессов, подключённых к теплоисточнику через систему трубопроводов.

Общеизвестно, что на температуру обратной сетевой воды в основном оказывает влияние потребитель. Исключение составляют случаи нарушения гидравлического режима по вине теплоисточника, чаще всего связанные с некорректным (завышенным) расчётом сужающих устройств, что приводит к повышенному расходу сетевой воды, завышенной циркуляции теплоносителя, и, как следствие, – к росту расхода электроэнергии на привод сетевых насосов на теплоисточнике.

Задача потребителя – максимально полезно использовать температурный напор, предоставленный теплоисточником согласно величине подключенной нагрузки и социальному статусу объекта теплоснабжения (на рисунке схематично изображено распределение температурного напора в зависимости от температуры обратной сетевой воды). Другими словами, потребитель должен максимально использовать потенциал теплоносителя (параметр (температура или давление), характеризующий энергию сетевой воды). Причём, если верхний предел Т₁ (°С) обусловлен прочностью оборудования, то нижний Т₂ (°С) полностью зависит от степени его использования потребителем и является важным показателем, определяющим расход сетевой воды.

Рисунок. Схема распределения температурного напора в зависимости от температуры обратной сетевой воды.

В настоящее время взаимоотношения между энергоснабжающей организацией и потребителем в части соблюдения режимов теплопотребления в Республике Беларусь регулируются Гражданским кодексом РБ (§ 6 «Энергоснабжение», ст. 512-517); ТКП 458 «Правила технической эксплуатации теплоустановок и тепловых сетей потребителей»; Правилами пользования тепловой энергией; ТКП 411 «Правила учёта тепловой энергии и теплоносителя»; договорами на теплоснабжение и др.

Действующие правовые нормы допускают отклонение температуры сетевой воды в подающих тепломагистралях до +3 % от заданного режима и регламентируют отклонение фактической среднесуточной температуры обратной сетевой воды от температурного графика не более чем на 3 °С в плюсе. В то же время ими не оговорён предел снижения температуры сетевой воды в обратных тепломагистралях котельных по сравнению с температурным графиком (максимальное использование температурного напора), следовательно, этот фактор может быть рассмотрен как один из способов оптимизации работы теплоисточника.

Нормативными документами также определено, что, в случае превышения температуры обратной сетевой воды более чем на 3 °С при наличии у потребителя узла учёта тепловой энергии (теплосчётчика), расчёт отпущенной тепловой энергии осуществляется котельной по температурному перепаду, предусмотренному графиком при фактических величинах среднесуточной температуры прямой сетевой воды и её среднесуточному расходу.

Таким образом, теплоисточник вправе потребовать от потребителя плату не только за использованную тепловую энергию в соответствии с показаниями узла учёта тепла за расчётный ежемесячный период, но и дополнительную плату за «недоиспользованную» тепловую энергию, величину которой рассчитывает организация – владелец котельной по формуле:

где ∆W_{недоисп.} – величина «недоиспользованной» тепловой энергии за расчётный ежемесячный период, Гкал; М₂ – количество теплоносителя, возвращённого энергоснабжающей организации по обратному трубопроводу за расчетный ежемесячный период по показаниям узла учёта тепловой энергии, т; с – удельная теплоёмкость воды, принимается равной 1 ккал/кг · °С; Т_2факт. – фактическая среднемесячная температура в обратном трубопроводе по показаниям узла учёта тепловой энергии, °С; Т_{2график} – температура сетевой воды в обратном трубопроводе по температурному графику при фактической среднемесячной температуре сетевой воды в подающем трубопроводе по показаниям узла учёта тепловой энергии, °С; 3 °С – допустимая величина превышения температуры в обратном трубопроводе; 1000 – коэффициент для перевода в Гкал.

Дополнительная оплата за «недоиспользованную» тепловую энергию должна стимулировать потребителей на принятие дополнительных мер по строгому соблюдению температурного графика.

Температура обратной сетевой воды как фактор влияния на эффективность работы котельной

Рассмотрим характер влияния снижения температуры обратной сетевой воды на эффективность работы водогрейных котельных и тепломагистралей.

Большинство водогрейных котельных в настоящее время перешли на качественно-количественное регулирование отпуска теплоэнергии. При таком регулировании происходит изменение расхода (ступенчатое или плавное) и температуры сетевой воды в зависимости от величины отопительной нагрузки. В холодный период система теплоснабжения обеспечивает работу с расчётным расходом воды, а при повышении температуры наружного воздуха расход воды снижается. В диапазоне температур от – 6 °С до + 2 °С удельная циркуляция теплоносителя (т/ч/Гкал) резко снижается (от 30 до 40%).

В практике применяются два варианта работы отопительных котельных: с выделенной нагрузкой системы горячего водоснабжения (ГВС) на отдельный котёл и совмещённой нагрузкой отопления и ГВС.

В первом случае график отопительной нагрузки будет представлять собой прямо пропорциональную зависимость от температуры наружного воздуха, так как не привязан к социальному стандарту температуры горячей воды (50 °С). Во втором случае мы имеем стандартный температурный график с учётом требований к температуре горячей воды с нижней срезкой на уровне 55-63 °С.

Для снижения интенсивности наружной низкотемпературной кислородной и сернокислотной коррозии труб поверхностей нагрева стальных водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Другими словами, во избежание выпадения конденсата из дымовых газов на поверхности нагрева котлов при низкой температуре обратной сетевой воды, её необходимо подогреть до температуры, превышающей температуру насыщения водяных паров, находящихся в дымовых газах. Минимально допустимая рекомендуемая температура воды на входе в котлы составляет: при работе на природном газе – не ниже 60 °С, на малосернистом мазуте – не ниже 70 °С. Учитывая, что мазут используется в основном как резервное топливо, температуру сетевой воды на входе в котёл необходимо поддерживать на уровне 60 °С.

В связи с тем, что в течение отопительного периода температура обратной сетевой воды изменяется в диапазоне от +55 °С (для температур наружного воздуха ниже минус 5-7 °С) до +35 °С (окончание отопительного сезона при температурах наружного воздуха +10 °С), что ниже минимально допустимой температуры (+60-65) °С, в теплотехнических схемах водогрейных котельных, работающих независимо от подключённой или отдельно выделенной нагрузки ГВС, предусматривается установка рециркуляционных насосов между подающей и обратной магистралями для поддержания требуемых параметров температуры на входе в водогрейный котёл. Конечно, при устойчивых температурах от –9 °С и –12 °С при температурных графиках 95/70 и 150/70 соответственно, температура «обратки» составляет более 60 °С, и, следовательно, включение в работу рециркуляционных насосов не требуется. Тем самым мы получаем определённую экономию электрической энергии на их привод.

Таким образом, можно сделать вывод, что повышенная температура обратной сетевой воды (выше температурного графика), возвращаемой в водогрейную котельную, способствует:

– снижению потребления топлива котлами, так как чем выше Т₂, тем меньше необходимо топлива для нагрева теплоносителя до Т₁;

– снижению потребления электроэнергии двигателями рециркуляционных насосов, так как для повышения температуры теплоносителя Т₂ до 60-62 °С надо перекачать меньше теплоносителя с температурой Т₁;

– увеличению потерь тепловой энергии через теплоизоляционные конструкции теплопроводов, так как интенсивность теплообмена в первую очередь зависит от разности температур между средами, и, чем она больше, тем интенсивнее идут процессы теплообмена;

– увеличению скорости внутренней кислородной коррозии трубопроводов, которая наиболее активно проявляется при 60 °С;

– возникновению упущенной выгоды от недореализованной продукции в виде тепловой энергии.

Несмотря на сложность расчёта влияния указанных критериев на экономическую составляющую работы теплоисточника в зависимости от состава оборудования, срока эксплуатации, подключённой нагрузки, протяжённости сетей и т.д., надо отметить, что в целом увеличение температуры обратной сетевой воды снижает эффективность работы тепловой сети по всем фактическим показателям и повышает удельные финансовые затраты (руб./Гкал) на выработку тепловой энергии.

В свою очередь, нормативное снижение температуры обратной сетевой воды водогрейных котельных приводит к следующим эффектам:

– повышению потребления топлива котлами;

– увеличению потребления электроэнергии двигателями рециркуляционных насосов;

– снижению потерь тепловой энергии через теплоизоляционные конструкции теплопроводов;

– получению финансовых средств за дополнительную реализацию тепловой энергии;

– уменьшению скорости внутренней кислородной коррозии трубопроводов.

Считается, что в целом нормативное снижение температуры обратной сетевой воды повышает эффективность работы тепловой сети по всем фактическим энергетическим показателям и снижает удельные финансовые затраты на выработку тепловой энергии.

Однако, сверхнормативное снижение температуры обратной сетевой воды для тепломагистралей водогрейных котельных может привести к росту удельного расхода электроэнергии на единицу вырабатываемой тепловой мощности из-за значительного увеличения потребления электроэнергии двигателями рециркуляционных и сетевых насосов и повышения удельного расхода топлива. Целесообразность такого снижения температуры обратной сетевой воды для водогрейных котельных требует дополнительного технико-экономического расчета.

Таким образом, можно сделать вывод, что определение экономического эффекта от снижения температуры обратной сетевой воды ниже температурного графика требует проведения определённого экономического анализа с учётом особенностей и характеристик оборудования теплоисточника и потребителя. Проведение такого анализа позволит оптимизировать работу систем теплопотребления и, как следствие, повысить эффективность и экономичность работы оборудования.

Одним из технических решений, позволяющих поддерживать нормативную температуру обратной сетевой воды для потребителей, подключённых к тепломагистралям водогрейных котельных, является установка и использование в ИТП систем автоматического регулирования температур, в которых должны использоваться нестандартные алгоритмы управления, учитывающие не только температуру наружного воздуха, но и фактическую температуру в подающей тепломагистрали сетевой воды, и обеспечивать точность поддержания температуры в обратном трубопроводе сетевой воды в пределах ±0,5 °С.

О решениях данной проблемы в системах теплоснабжения потребителей Гомельской области, подключённых к районным отопительным котельным, и их эффективность будет рассказано позднее.

Литература

В.И. Рябцев, Г.А. Рябцев, В.М. Гребеньков. О некоторых показателях тепловых переменных режимов теплосети // Новости теплоснабжения. № 2. 2001. 28-31 с.

По материалам научно-практического журнала «Энергетическая стратегия», № 6, 2016 г.