XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019

Разработка технических решений по повышению эффективности системы горячего водоснабжения

Актуальность проблем отопления.

Изменение экономической ориентации России привело к необходимости проведения реформы в жилищно-коммунальной сфере. До сих пор значительные бюджетные средства выделяются для дотации жилищно-коммунального хозяйства, а одна из самых затратных частей — отопление. Уже сегодня стоимость отопления составляет больше половины от всех коммунальных платежей. Анализ состояния систем отопления показал, что на него тратится 25-35% энергетических ресурсов России, а из них около 30% — это прямые потери [1,2]. Износ трубопроводов по стране составляет 50 — 70%. Значительные потери связаны с эксплуатацией устаревших и малоэффективных котельных, с большой протяженностью и неудовлетворительной изоляцией теплотрасс, плохой теплозащитой подъездов зданий и отсутствием у населения мотивации к экономии тепла из-за отсутствия системы учета и контроля потребляемой тепловой энергии. Следует отметить, что дома, построенные в России до 2000 г. имеют неудовлетворительные теплозащитные характеристики и по сравнению с современными строительными нормами требуют для отопления примерно в 2 ÷ 2,5 раза больших энергетических затрат. Кроме прямых потерь тепла значительный объем финансирования требуется и для эксплуатации существующей традиционной системы отопления, а также для устранения постоянно возникающих аварийных ситуаций (вскрытия и ремонта теплотрасс, восстановления жилищного фонда после протечек). Существующая практика организации отопления и используемое устаревшее оборудование часто приводят к загрязнению окружающей среды и значительному ухудшению экологической ситуации в городах. Есть несколько путей решения проблем отопления, и один из них — переход на современное стационарное прямое электроотопление. В России пока в массовом сознании электроэнергия прежде всего ассоциируется с освещением, бытовыми приборами, работой различных механизмов и только в незначительной степени — как источник тепловой энергии. Во многих Европейских странах электроотопление занимает важное место. Так в странах Скандинавии (кроме Дании) 90% загородных, не городских жилых объектов отапливается электричеством, во Франции ≈54%. Следует отметить, что для развитых стран доля бытового потребления электроэнергии все время возрастает и достигает по различным оценкам 25% от всей производимой электроэнергии. По прогнозам эта доля может достигнуть 40÷60 %. В России же бытовое потребление электроэнергии в зависимости от регионов пока не превышает 12-15%.

В работе [2] приводится структура индивидуального потребления электроэнергии населением Швеции:

— 50 ÷ 55 % — отопление;

— 30 ÷ 35 % — горячая вода;

— 15÷ 20 % — приготовление пищи, освещение и эксплуатация бытовых электроприборов.

Таким образом, можно сделать вывод, что отопление является самой энергоемкой сферой, и именно в этой области имеется значительный резерв для экономии энергоресурсов.

Сравнение двух подходов к отоплению.

Рассмотрим и проанализируем обобщенную схему реализации применяемого в настоящее время в коммунальном хозяйстве традиционного централизованного отопления и децентрализованного стационарного прямого электроотопления. Последнее обеспечивается при использовании электрических конвекторов, кабельных «теплых полов», инфракрасных обогревателей, а также различных термостатов. При традиционном способе к объектам — потребителям тепла подводятся трубы для отопления и горячего водоснабжения, а также электроэнергия. А при электроотоплении -только электроэнергия, но большей мощности

Рассмотрим экономические показатели обоих подходов к отоплению.

Капитальные затраты на котельную и долю электростанции на бытовые нужды больше капитальных затрат на строительство только электростанции на отопление и бытовые нужды: Зк + Зэл> Зэл. В некоторых регионах Сибири и Заполярного круга, где отсутствуют единые электросети, строят электростанцию и тепловую котельную на одном и том же виде топлива (уголь, мазут и др.). Затраты на котельную оказываются сопоставимы с затратами на электростанцию.

Капитальные затраты на прокладку теплотрасс Зтт выше затрат на подвод электроэнергии: Зтт > Зэс. Воздушные и кабельные электросети в целом дешевле и долговечнее водяных трубопроводов, стоимость которых очень сильно зависит от местных условий. В скалистой, горной местности прокладка подземных коммуникаций крайне затруднительно и затратная. В условиях вечной мерзлоты, трубопроводы ведутся над поверхностью земли, это требует повышенных затрат на теплозащиту и обслуживание. При этом воздушные и кабельные электросети существенно долговечнее водяных трубопроводов, эксплуатация которых также требует дополнительных расходов, а повреждение (особенно в зимний период) может привести к значительным утечкам, сопровождающимися длительными нарушениями транспортного сообщения в оживленных районах города и замерзанию жилых кварталов. Кроме того, время устранения повреждения электрических сетей намного меньше времени устранения повреждения трубопроводов.

Потери при транспортировке энергии от котельной до потребителя Рт значительно больше, чем потери электроэнергии на проводах: Рт > Рэ. Потери в электрических сетях составляет 3÷5%, а в трубопроводах при удовлетворительном уровне теплоизоляции потели составляют от 20 до 30%. При нарушении теплоизоляции, они могут достигать 70%.

Стоимость обслуживания теплотрасс От значительно превышает затраты на эксплуатацию линий электропередач или кабельных сетей От > Оэ. Ситуаций, которые приводят к разрушению теплотрасс и возникновению аварийных ситуаций много больше, чем при электропередаче. Даже отключение электроэнергии в зимний период часто приводит к разрывам в теплотрассах.

Капитальные затраты на установку традиционного отопления выше аналогичных при электроотоплении: Кт > Кэ. Стоимость традиционной системы отопления очень сильно зависит от производителя, но самое дешевое водяное отопление оказывается дороже оборудования для прямого стационарного электроотопления. Импортное и отечественное высококачественное оборудования дороже электроотопления в 2÷3 раза.

Монтаж и обслуживание традиционного отопления дороже электроотопления. Монтаж традиционных систем требует привлечения квалифицированных специалистов, специального оборудования, а иногда сварочных работ и значительного времени. Монтаж электроотопления может быть выполнен электриками любой квалификации за относительно короткое время. При этом электроотопление не требует периодической профилактики и обслуживания. Потери тепла у потребителя при традиционном отоплении выше, чем при электроотоплении. При отсутствии покомнатной и поквартирной системы регулирования температуры в помещениях потребитель либо перегревает своё помещение, и тогда зимой открываются окна, либо приходиться включать дополнительные электрообогревательные приборы, не всегда удовлетворяющие требованиям безопасности. При электроотоплении у потребителя наивысшая мотивация в экономии и рациональном использовании тепловой энергии, так как он непосредственно контролирует свои затраты и у него есть средства контроля за температурой в каждом помещении.

Срок службы электроотопительных систем в 2-3 раза больше чем у традиционных: Тт . 7.

[3] Filaretov V.F., Katsurin A.A. Designing an Output Voltage Regulator for Standalone Wind Power Plant // Proc. of the European Control Conf. (ECC 2001). Porto, Portugal, 2001, pp. 2308-2312.

[4] Филаретов В.Ф., Кацурин А.А. Разработка системы автоматической стабилизации параметров выходного напряжения автономной ветроэнергетической установки // Электричество. № 7, 2001. С. 37- 42.

[5] Филаретов В.Ф., Кацурин А.А., Ковалев О.П., Волков А.В. Комбинированная ветро- солнечная система энергообеспечения автономных объектов // Proc. The Fifth Int. Scientific Forum AIMS for Future of Engineering Scienc. Paris, France, 2004, pp. 40 — 45.

[6] ГорбачевВ . С . Использованиеэлектроотоплениявинфраструктурегорода // Proc. of the Third Intern. HVAC Forum on Heat & Vent Exhibition, Moscow, 2001, pp.121 — 126.

[7] ГорбачевВ . С ., ЦырилСвозил . Некоторые аспекты использования электроотопления в многоквартирных домах // Proc. of the Fourth Intern. HVAC Forum On Heat&Vent Exhibition, Moscow, 2002, pp. 94 — 97.

Совершенствование системы горячего водоснабжения

Библиографическая ссылка на статью:
Еприкян Г.Э., Борисов Б.Н. Способы совершенствования систем горячего водоснабжения // Современные научные исследования и инновации. 2021. № 2 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2021/02/94666 (дата обращения: 21.04.2021).

Систему горячего водоснабжения можно рассматривать как один из показателей качества жизни. По своей сути система горячего водоснабжения – это система, которая снабжает горячей водой жилые дома, коммунальные и промышленные предприятий для всех видов нужд, а также входящее в эту систему необходимое оборудование и другие устройства, которые обеспечивают работу всей системы [1]. По качественным характеристикам для горячей воды требования такие же, как и для холодного водоснабжения населения – т.е. после проведения процесса подогрева воды каким-либо способом, она должна соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям водопотребления.

По способу применения теплоносителя системы горячего водоснабжения бывают закрытыми и открытыми. Закрытая система горячего водоснабжения характеризуется тем, что воду, поступающую из хоз.-пит. водопровода нагревает вода, поступающая с ТЭЦ или водогрейной котельной. Т.е. вода с ТЭЦ используется только как теплоноситель, и из сети не отбирается. Нагревание воды из хоз.-пит. водопровода происходит в специальных теплообменниках воды. В отличие от закрытой системы, в открытой системе горячего водоснабжения вода отбирается непосредственно из системы теплоснабжения. Т.е. открытая система горячего водоснабжения является совмещенной системой с системой отопления. В результате такой особенности раздачи (когда вода из теплосети, которая была нагрета на ТЭЦ или в котельной, подается одновременно и на систему отопления и на систему горячего водоснабжения объектов) характеристики качества горячей воды могут не соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к горячему водоснабжению [2].

В связи с данным обстоятельством, в статью 29 ФЗ “О теплоснабжении” были внесены изменения, согласно которым запрещается подключать новых потребителей к открытым системам водоснабжения для реализации поставки горячего водоснабжения потребителям путем отбора теплоносителя системы централизованного теплоснабжения. Также ФЗ предусматривает начало перехода от применения открытых систем для теплоснабжения и горячего водоснабжения к закрытым системам.

Рассмотрим некоторые из способов улучшения работы системы горячего водоснабжения и возможности модернизации оборудования, которое входит в состав системы.

Новые технологии подготовки и обработки горячей воды. Горячая вода при любой системе горячего водоснабжения нагревается в оборудовании, осуществляющем нагрев воды, на его теплопередающих поверхностях. Из-за качественных характеристик поступающей воды, на теплопередающих поверхностях подогревателей осаждается накипь. Этот процесс снижает производительность по теплу теплопередающих поверхностей нагревателей. Кроме этого, происходит и процесс образования накипи на трубопроводах системы водоснабжения, что повышает гидравлическое сопротивление, оказываемое воде при движении жидкости и ведет к изменениям расходов горячей воды, доходящих до потребителя. Для снижения процессов образования накипи при нагреве воды применяются различные методы и технологии подготовки. Одна из перспективных технологий подготовки воды для системы горячего водоснабжения, которая направлена на уменьшение концентраций накипеобразующих веществ, это технология хлор-анионирования. Она позволяет снизить концентрации накипеобразующих веществ в подготавливаемой воде и уменьшить процесс накипеобразования на теплопередающих поверхностях. Проведенные экспериментальные испытания установок по данной технологии подготовки воды, позволили выявить существенное уменьшение отложений солей на поверхностях и трубопроводах, а также определить, что данная технология позволяет сохранить в подготавливаемой воде необходимые для человеческого организма элементы кальция и магния.

Система горячего водоснабжения с использование одного теплообменника. Во многих последних реализованных на практике многофункциональных комплексах был использован способ организации такой системы горячего водоснабжения, при котором система горячего водоснабжения не получает разделения на зоны в центральном тепловой пункте, как это было принято на практике ранее. Вместо устаревшей системы предложена новая, с организацией в центральном тепловом пункте установки одного единого теплообменника, который был бы запроектирован и рассчитан на необходимое покрытие по мощности системы горячего водоснабжения всех существующих зон объекта. Это осуществляется с помощью установки повысительных насосных станций для каждой зоны объекта, которые качают подогретую воду непосредственно в свою зону работы. При теоретическом рассмотрении возможностей данного способа организации системы горячего водоснабжения, были опасения, связанные с возможными денежными затратами на реализацию такой системы. Однако, эксплуатационная практика и экономические расчеты эти опасения не подтвердили. Данный способ совершенствования системы горячего водоснабжения повышает надежность системы всего водоснабжения объекта в целом. При такой организации системы, объект делится на несколько зон, и на каждую зону объекта проектируются отдельные повысительные насосные станции для системы горячего водоснабжения и системы холодного водоснабжения. При этом системы можно переводить в работе между собой. Итогом является то, что при любой нештатной аварии или ситуации, потребитель будет обеспечен необходимой водой в любом случае. Опыт эксплуатации такого варианта организации системы горячего водоснабжения показал работоспособность предложенного метода и его большую надежность.

Использование индивидуальных тепловых пунктов для систем горячего водоснабжения. Этот способ совершенствования системы горячего водоснабжения способен привести к снижению тепловых потерь и в целом повышению эффективности процесса теплоснабжения и горячего водоснабжения. Он заключается в том, что подогрев воды для горячего водоснабжения осуществляется в установленных индивидуальных тепловых пунктах у потребителя с индивидуальными подогревателями [3]. Из очевидных преимуществ такого способа совершенствования системы является: при таком режиме работы и осуществления подогрева воды система горячего водоснабжения может держать постоянную температуру воды без осуществлений ее перегрева; при осуществлении подогрева воды непосредственно у потребителя уменьшается возможности ухудшения качества воды, что было бы при транспортировке горячей воды от центральных пунктов нагрева; такая система горячего водоснабжения изолирована от влияния других потребителей в сети, что приводит к более гидравлической устойчивости данной системы водоснабжения. Система горячего водоснабжения с использование индивидуальных тепловых пунктов позволяет за счет исключения из системы сетей горячего водоснабжения от центральных тепловых пунктов уменьшить протяженность внутриквартальных тепловых сетей. Это в свою очередь также ведет к уменьшению тепловых потерь по системе в целом. Системой горячего водоснабжения с установкой индивидуальных тепловых пунктов осуществляется рекомендуемый ФЗ переход на закрытую схему теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителя. Такие существовавшие ранее проблемы, как: суточные скачки давления у потребителей, коррозионный износ трубопроводов, снижение расхода воды, образование накипеотложений в трубопроводах и оборудовании – решаются при такой системе работы горячего водоснабжения объекта.

Библиографический список

1. Башмаков И.А. Повышение энергоэффективности в системах теплоснабжения // Энергосбережение, 2010. – №2. – С. 46-51.
2. Запольская И.Н., Ваньков Ю.В., Зиганшин Ш.Г., Валеев А.Ф., Зверев О.И. Снижение тепловых потерь энергоснабжающей организации модернизацией систем горячего водоснабжения // Вестник КГЭУ. 2017. №4(36). С. 54-64.
3. Звонарева Ю.Н., Вантков Ю.В. Работа системы теплоснабжения при поэтапном внедрении автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2017 Т.19, №1-2. С. 164-169.
4. Семенов В.Г., Разговоров А.С. Индивидуальные тепловые пункты нового поколения // Энергосбережение. 2017. №7. С. 30-37.

Количество просмотров публикации: Please wait