Экономия теплоты, воды и электроэнергии в системах водоснабжения жилых зданий

В статье рассматриваются централизованные системы горячего водоснабжения с ЦТП и водоразборными стояками, к каждому из которых подключается циркуляционный стояк с установленными на нем проточными полотенцесушителями – системы, имевшие широкое распространение до 1980 года и продолжающие эксплуатироваться в настоящее время.

Повышение гидравлической устойчивости системы

Несмотря на то, что при эксплуатации централизованных систем холодного и горячего водоснабжения от ЦТП нередко возникают жалобы населения на периодическое прекращение подачи воды на верхние этажи зданий или на низкую температуру горячей воды (вследствие нарушения гидравлического режима), в этих же системах наблюдается значительный перерасход воды, теплоты и электроэнергии. Основной причиной перебоев водоснабжения является недостаточный напор подкачивающей установки, а в системах горячего водоснабжения, кроме того, увеличенное сопротивление водонагревателей и перегрузка начальных (общих) участков сети из-за гидравлической разрегулировки системы.

Вследствие низкого сопротивления колец, состоящих из водоразборного и циркуляционного стояков, смонтированных друг за другом, интенсивная циркуляция осуществляется через ближайшие к ЦТП стояки, а в удаленных стояках она значительно ниже или отсутствует совсем, в результате чего в водоразборные краны вода поступает охлажденной. С целью доведения циркуляции до дальних стояков на практике часто циркуляционные насосы заменяют более мощными, при этом циркуляционный расход приближается к расчетному секундному расходу на водоразбор. Однако помимо того, что это мероприятие приводит к перерасходу электроэнергии, оно ухудшает работу системы. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водонагревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи.

Для устранения разрегулировки централизованной системы горячего водоснабжения необходимо сокращать число циркуляционных колец и повышать их сопротивление, как это принято сейчас при проектировании секционных узлов.

Установка полотенцесушителей на водоразборные стояки и объединение последних кольцующей перемычкой позволили снизить диаметр стояков за счет возможности питания водоразборного крана с двух сторон (при загрузке стояка, где установлен кран, питание будет осуществляться снизу и через перемычку из соседних менее загруженных стояков). Переход на меньший диаметр стояка, помимо снижения металлоемкости, снизит теплопотери трубопроводами (500 ГДж на 1000 квартир) и сократит расход циркуляционной воды. В Москве и ряде других городов секционные узлы применяются уже во всех крупнопанельных жилых домах.

При реконструкции существующих систем с полотенцесушителями на циркуляционном стояке для наладки теплового и гидравлического режимов следует отрезать циркуляционные стояки от магистрали, объединив их по подвалу в пределах одной секции дома кольцующей перемычкой, которую в одном месте трубопроводом повышенного сопротивления надо подключить к магистральной циркуляционной линии. Это значительно повысит гидравлическую устойчивость системы и как минимум в 4 раза уменьшит число циркуляционных колец.

Возможность отключения полотенцесушителей – резерв экономии тепловой энергии

Существенным резервом экономии является также возможность периодического отключения полотенцесушителей от стояков горячего водоснабжения. В южных районах страны в жаркие летние месяцы сокращение теплопоступлений необходимо для улучшения микроклимата квартир. Экономически нелепой является работа полотенцесушителя в квартире, в которой имеется кондиционер для понижения температуры воздуха в летние месяцы, т. к. последний должен расходовать энергию на понижение температуры воздуха в квартире и на выброс теплоты, поставляемой в квартиру полотенцесушителем.

Наиболее рациональной в этом случае является схема с замыкающими участками и запорным вентилем на одной из ветвей полотенцесушителя. Прогреваемость полотенцесушителя, присоединенного к водоразборному стояку с замыкающим участком, будет достаточной, а при перекрытии вентиля полотенцесушитель полностью отключается и остывает. Однако при таком подключении полотенцесушитей в горизонтальных участках их будет выпадать шлам, что приведет к процессу коррозии. Перенос полотенцесушителя с циркуляционного на водоразборный стояк позволит резко сократить коррозионные процессы, т. к. значительные расходы на водоразбор смывают шлам с горизонтальных участков.

Радикальным решением повышения долговечности полотенцесушителей было бы покрытие их с внутренней стороны слоем силикатной эмали толщиной 200–400 мкм. При этом целесообразно по технологическим соображениям обеспечить и наружное покрытие изделия эмалью. Это наряду с повышением коррозионной стойкости резко улучшит эстетический вид изделий. Качественное улучшение может быть настолько существенным, что позволит полностью отказаться от производства латунных хромированных полотенцесушителей, т. е. сократить потребление цветного металла.

Эффективность изоляции стояков системы горячего водоснабжения

Еще один резерв экономии в системах горячего водоснабжения – это изоляция стояков, проходящих в шахтах санитарно-технических кабин либо открыто в ванных комнатах. При изоляции стояков сокращаются не только потери теплоты, но и расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды, т. к. из-за меньших теплопотерь снижается требуемый циркуляционный расход.

Расчеты по секционным узлам жилых зданий с четырьмя водоразборными стояками диаметром 32 мм показали, что в каждой квартире при отсутствии теплоизоляции теряется 1,1 кДж теплоты в 1 ч и требуемый циркуляционный расход составляет 31,33 л/ч. При изоляции стояков теплопотери сокращаются до 0,77 кДж, а циркуляционный расход – до 21,96 л/ч.

Эффективность применения изоляции стояков настолько высока, что целесообразно выполнить изоляцию действующих систем.

Влияние точечной застройки на эффективность систем водоснабжения

При проектировании новых жилых микрорайонов или улучшении архитектурной выразительности застройки прежних лет встраиваются отдельные здания, возвышающиеся над основной массой зданий в тех или иных местах. Системы водоснабжения этих зданий присоединяют к существующим квартальным системам холодного и горячего водоснабжения, а в центральном тепловом пункте устанавливают повысительные насосы с напором исходя из расчета обслуживания микрорайона с этажностью, равной этажности наиболее высокого здания. При этом часто в микрорайоны с 9-этажной застройкой встраиваются 16-этажные дома. Кроме того, встречаются микрорайоны со значительно большей разноэтажностью, в которых системы водоснабжения работают под давлением, в 2–3 раза превышающим необходимое для зданий малой этажности.

Повышенное давление в системе приводит к перерасходу воды в зданиях малой этажности и, как следствие, перерасходу теплоты, которая затрачивается на нагрев сливаемой горячей воды. Годовой перерасход воды и теплоты растет не только в зависимости от коэффициента неравномерности застройки, но и от этажности диктующего здания.

Экономический ущерб от объединения в одну систему разноэтажных зданий не ограничивается только потерями воды и теплоты. Он усугубляется также и потерями электроэнергии, необходимой для подачи воды повысительными установками в ЦТП. При установке регуляторов давления на вводе водопровода во все здания давление воды в системе будет поддерживаться на уровне, необходимом для диктующего здания микрорайона, а на вводах в зданиях меньшей этажности оно будет дросселироваться до необходимого для данного здания.

В системах горячего водоснабжения установка регуляторов давления на вводах может резко сократить, а при определенных условиях и прекратить вообще циркуляцию воды в зданиях малой этажности. Расчеты, выполненные еще 30 лет назад, подтвердили, что решение системы теплоснабжения с ИТП эффективней системы с ЦТП как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным затратам, но отсутствие в то время необходимого оборудования (компактных теплообменников, малошумных циркуляционных насосов, приборов авторегулирования и учета тепла) и монополизм некоторых служб оставили это решение нереализованным, за исключением нескольких демонстрационных объектов.

В настоящее время в связи с ростом стоимости энергоносителей, актуальным является переход от групповых тепловых пунктов к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это позволяет применить более эффективную систему пофасадного авторегулирования отопления для протяженных зданий или центральную с коррекцией по температуре внутреннего воздуха в точечных зданиях, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, снизив потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Причем это целесообразно делать не только в новом строительстве, но и при реконструкции существующих зданий. Такой опыт есть в Восточных землях Германии, где так же, как и у нас сооружались ЦТП, но сейчас их оставляют только как насосные водопроводные подкачивающие станции (при необходимости), а теплообменное оборудование вместе с циркуляционными насосами, узлами регулирования и учета переносят в ИТП зданий. Внутриквартальные сети не прокладывают, трубопроводы горячего водоснабжения оставляют в земле, а трубопроводы отопления, как более долговечные, используют для подачи перегретой воды в здания.

Переход на ИТП сократит затраты на установку узлов учета тепловой энергии, потребляемой системами отопления и горячего водоснабжения здания. Сейчас при ЦТП приходится на каждом здании устанавливать два теплосчетчика – один на отопление, другой на горячее водоснабжение, а при последовательном подключении нескольких зданий на горячее водоснабжение приходится устанавливать теплосчетчик на входе системы горячего водоснабжения в дом и на выходе из него. В системе теплоснабжения с ИТП достаточно одного теплосчетчика на здание, который устанавливается на вводе тепловых сетей и измеряет суммарный расход тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение. По водосчетчику, измеряющему расход холодной воды, поступающей в водонагреватель горячего водоснабжения, оценивают отдельно количество тепла, потребляемого системой горячего водоснабжения, поскольку горячая вода имеет, как товар, свою цену с учетом ее нагрева вместе с циркуляцией. По разнице стоимости расхода тепла, измеренного теплосчетчиком, и расхода горячей воды, измеренной водосчетчиком, за минусом стоимости этой воды без нагрева (т. е. холодной), определяют стоимость тепловой энергии, потребляемой на отопление.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Устойчивость систем водоснабжения и водоотведения

Понятие «устойчивость» является базовым в науке, оно содержит в себе характеристики одной из главных форм поведения различных систем в экономике, технике, биологии, физике. И используется при описании стабильности процесса или последовательности его состояний. Устойчивая система водоснабжения и водоотведения подразумевает беспрерывную и безаварийную работу водопроводных и канализационных сетей.

Чаще всего устойчивость рассматривается как два взаимосвязанных явления:

• Возможность работать в нормальном режиме и сопротивляться раздражителям внешней среды.

• Способность процесса возвращаться к исходному состоянию после прекращения воздействия, которое нарушило это состояние.

Среди угроз национальной безопасности страны можно выделить опасность для здоровья людей, порожденную нестабильным водным фактором, поэтому нельзя недооценивать важность исправного функционирования систем питьевого водоснабжения. Поведение таких систем характеризуется открытостью, изменчивостью, стохастичностью и, в какой‑то мере, неопределенностью.

Хорошая работа централизованного водоснабжения подразумевает под собой бесперебойную подачу воды жителям. Еще один важный критерий — поддержание в пригодном для работы состоянии количественных показателей давления и расхода на конструкциях подачи и распределения воды. Была разработана единая тактика оценивания объектов водоснабжения и рассмотрен способ подсчета минимально-допустимых значений величин надежности при уменьшении объема подаваемой воды абоненту и напора по сравнению с их расчетными значениями. Ведется работа по планированию действий для сохранения устойчивой и надежной работы конструкций при ремонте систем водоснабжения или в периоды уменьшения потребления воды.

Несмотря на все вышесказанное, проблема трактовки понятия «устойчивость», вместе с полным описанием его характеристик, вплоть до сегодняшнего дня остается не полностью решенной, сюда же относится и возможность ее однозначной идентификации в рамках системы ИСО 704:2000. Тогда будет очевидным отсутствие логики беспочвенного употребления некоторых фразеологических оборотов, например, «устойчивое развитие водоснабжения», образованных путем сочетания разных понятий.

Основная цель — раскрыть сущность устойчивости водоснабжения и его интегрированного представления через системный подход.

Четкое определение главных понятий теории устойчивости, получившее широкое признание, выдвинул русский ученый А. Ляпунов в прошлом веке. Согласно его видению линия движения (развития) может называться устойчивой только при следующих условиях: система не выйдет за пределы промежутка константности, при определенных ограничениях колебаний, указанных исходя из малого предельного отклонения. Противоположность устойчивости — нестабильность. По мнению А. Ляпунова, она направлена на возмущения первичных показателей перемещения, когда изначально небольшие различия впоследствии ведут к серьезным расхождениям. Прослеживается обратно пропорциональная зависимость: чем серьезнее воздействие факторов, тем труднее сохранить нужные свойства.

Решения по повышению устойчивости работы источников водоснабжения и защите их от радиоактивных и отравляющих веществ

Источником водоснабжения объекта являются городские сети коммунального водопровода. Проектом не предусматривается использование подземных вод, воды из открытых водоемов и других поверхностных водоисточников.

На территории, прилегающей к проектируемому зданию школы, имеются ранее запроектированные внутриквартальные инженерные сети высоконапорного и низконапорного водопровода.

Расположение наружных сетей водоснабжения приведено в Приложении 10.

Водоснабжение здания школы предусматривается через один ввод из внутриквартального низконапорного ранее запроектированного водопровода по Туристской улице, материал – полиэтилен ПНД Дн=355×21,1мм. Врезка в водовод производится через универсальный врезной хомут трубой диаметром Дн=110мм, откуда прокладывается водопровод в одну нитку в водомерный узел здания. В месте врезки в ранее запроектированный внутриквартальный водопровод на вновь запроектированной трубе водопровода устанавливается задвижка «Hawle» №4000 Е2 диаметром Ду=100 мм в ковере со штоком фирмы «Hawle», для обеспечения отключения здания школы в случае необходимости.

Трубы приняты водопроводные полиэтиленовые ПНД SDR 17,0 ПЭ 100 питьевые Ф110×6,6 ГОСТ 18599-2001.

Хозяйственно-питьевой водопровод прокладывается на глубине 2-2,5 метра от поверхности земли до верха трубы.

В соответствии с требованиями СП 40-102-2000 для полиэтиленовых труб предусмотрен подстилающий слой песка 20 см и заполняющий слой песка 50 см.

Потребный напор холодной воды – 18,87 м в. ст.

Гарантированный напор в городской сети – 28 м в.ст. обеспечивает необходимый напор воды на хозяйственно-питьевые нужды.

На вводе в здание установлен водомерный узел со счетчиком диаметром 50 мм. После водомерного узла вода подается на хозяйственно-питьевые и технологические нужды.

Расчетный расход воды питьевого качества из системы коммунального водоснабжения с учетом работы бассейнов составляет:

Ø на хозяйственно-питьевые нужды – 164,6 м 3 /сут.;

Ø на полив территории – 15,95 м 3 /сут.;

Наружное пожаротушение 30 л/с обеспечено от пожарных гидрантов на коммунальной сети водопровода. Расположение гидрантов приведено в Приложении 10.

Система холодного водоснабжения запроектирована тупиковой, однозонной, с нижней разводкой.

Магистральные линии и отводы прокладываются из полипропиленовых труб (PPRС) диаметров 20–90 мм с номинальным давлением 10 и 20 атм. Магистрали прокладываются с уклоном 0,002 в сторону ввода для опорожнения системы. Диаметры полипропиленовых труб соответствуют следующим условным диаметрам: PPRС 90PN10 – Æ80, PPRС 75PN10 – Æ60, PPRС 50PN10 – Æ40, PPRС 40PN10 – Æ32, PPRС 32PN10 – Æ25, PPRС 25PN10 – Æ20, PPRС 20PN10 – Æ15 и Æ10.

Магистральный трубопровод прокладывается открыто по стенам и колоннам здания, в подвале. Все полипропиленовые трубопроводы на 1–3 этажах, во избежание поломки, прокладываются скрыто – за подвесным потолком, в штробах, каналах, коробах. Допускается открытая прокладка труб в санузлах и пищеблоке. Стояки прокладываются в коробах или штробах, а при проходе через перекрытия – в гильзах. Расположение стыков труб в гильзах не допускается.

Более подробно сведения о системе водоснабжения школы приведены в разделе СПЧ 55-ИНТ/11-08-12-ВК.

Надежность функционирования системы водоснабжения обеспечивается устойчивостью работы городских сетей водопровода и их защищенностью в соответствии с требованиями ГОСТ Р 22.6.01-95 «Защита систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Общие требования» и ВСН ВК4‑90 «Инструкция по подготовке и работе систем хозяйственно-питьевого водоснабжения в чрезвычайных ситуациях».

Качество питьевой воды непосредственно влияет на здоровье людей, поэтому к ней предъявляются определенные санитарные требования, зафиксированные в СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

В Санкт-Петербурге нормативным документом, организующим систему отслеживания соответствующих параметров, является «Рабочая программа производственного контроля качества питьевой воды в Санкт-Петербурге», согласованная с Главным государственным санитарным врачом по Санкт-Петербургу и утвержденная председателем Комитета по энергетике и инженерному обеспечению Санкт-Петербурга.

Контроль за качеством питьевой воды в системе ГУП «Водоканал СПб.» осуществляют химико-бактериологические лаборатории. Состав и свойства воды определяются по 76 показателям (по 10 из них – ежедневно). Независимый мониторинг качества питьевой воды осуществляет ГУП «Центр исследования и контроля воды», исследования проводятся по 100 показателям в более чем 500 точках отбора проб. Результаты поступают в единую базу аналитических данных ГУП «Водоканал СПб.» и передаются в государственные контролирующие организации, которые проводят выборочный контроль. Для выявления проблемных участков организован производственный мониторинг качества воды в системе транспортировки (водопроводной сети). Современный контроль качества питьевой воды проходит в три этапа: контроль собственно источника водоснабжения, контроль процессов очистки при водоподготовке и контроль на выходе с водопроводных станций и при транспортировке до потребителей.

Городская система хозяйственно-питьевого водоснабжения подготовлена к работе в чрезвычайных ситуациях, при которых в военное время произошло заражение водоисточников продуктами ядерного взрыва (ПЯВ), отравляющими веществами (ОВ), бактериальными средствами (БС) и в мирное время – загрязнение воды радиоактивными веществами (РВ) в результате аварий или нарушений штатных режимов работы на радиационно опасных объектах, при вспышке инфекционных заболеваний, а также аварийно химически опасными веществами (АХОВ) при авариях на химически опасных объектах.

На городском коммунальном водопроводе полностью реализованы технические решения, содержащиеся в ВСН ВК4‑90, которые используются при штатном режиме эксплуатации водопровода и обеспечивают быстрый переход на специальные режимы работы в чрезвычайных ситуациях, в том числе решения по забору воды из водоисточников, ее очистке и транспортированию питьевой воды к населению.

В чрезвычайных ситуациях применяются режимы специальной очистки воды из зараженного источника, что обеспечивает соблюдение требований по ее качеству. Содержание ПЯВ, ОВ, РВ и АХОВ в воде не должно превышать установленных предельно допустимых концентраций, а патогенные микроорганизмы и их токсины в питьевой воде не допускаются ни в военное, ни в мирное время.

Контроль содержания в воде опасных для жизни и здоровья людей веществ и микроорганизмов, качества питьевой воды, а также водоисточников проводится лабораториями «Водоканала» и органами санитарно-эпидемиологического надзора в установленные сроки и по утвержденным методикам.

В периоды заражения или загрязнения источников воды опасными для жизни и здоровья людей веществами и микроорганизмами, когда возникает необходимость в выключении из работы водозаборов, водоснабжение осуществляется из запасов воды в системе водопровода.

В качестве емкостей для хранения запасов питьевой воды используются подземные резервуары, резервуары водонапорных башен, водоводы и магистральные трубопроводы систем подачи и распределения воды.

Обеспечена полная герметичность резервуаров питьевой воды, эффективная циркуляция и обмен в них всей массы воды, исключающие отложение осадков и появление обрастаний. Вентиляционные колонки на перекрытии резервуаров заглушены, за исключением тех, от которых отходят воздуховоды к камерам фильтров-поглотителей.

Фильтры-поглотители предназначены для очистки воздуха, поступающего в резервуары питьевой воды как в обычных, штатных условиях, так и в чрезвычайных ситуациях.

Резервуары питьевой воды оснащены устройствами для раздачи воды в передвижную тару. Для доступа к ним автотранспорта оборудованы подъезды.

Пункты раздачи питьевой воды в передвижную тару оборудованы, также, на водоводах и магистральных трубопроводах.

Отбор воды осуществляется в пунктах раздачи воды в передвижную тару, из отводящего трубопровода в колодцах. К колодцам организованы подъезды для автонасоса с цистерной.

Доставка воды населению в рассматриваемом случае осуществляется автоцистернами для перевозки питьевой воды к оборудованным местам раздачи воды населению.

При дефиците питьевой воды, вызванном заражением водоисточников или выходом из строя систем водоснабжения, обеспечение питьевой водой из системы городского водопровода осуществляется по нормам водообеспечения, приведенным в Приложении 1 к ВСН ВК4‑90.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.