Специфика теплоснабжения
Важность решения проблем теплоснабжения определяется несколькими факторами.

Затраты топлива на теплоснабжение колоссальны. Только на перекачку сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения необходимо около 50 млрд кВт. ч электроэнергии в год; а с учетом расхода электроэнергии на тепловых пунктах и на прямой электрообогрев, расхода природного газа и жидких углеводородов на местный обогрев жилищ, затраты органического топлива на теплоснабжение составляют более 40% от всего используемого в стране, т.е. почти столько же, сколько тратится на все остальные отрасли промышленности, транспорт и т.д. вместе взятые. Потребление топлива теплоснабжением сопоставимо со всем топливным экспортом страны.
Наибольшие резервы экономии энергоресурсов также сосредоточены в процессе обеспечения теплом. Экономию электрической энергии можно достичь в основном за счет улучшения энергоустановок (источники электроэнергии, транспорт, энергоиспользующие установки у потребителя), а экономию тепловой энергии можно достичь не только за счет совершенствования источников тепла, тепловых сетей, теплопотребляющих установок, но и за счет улучшения характеристик отапливаемых объектов (ограждающие конструкции зданий и сооружений, вентиляция, конструкция окон и т.д.).
В электроэнергетике с принятием пакета законов о реформировании, появились условия для развития конкуренции (зависимость цены на рынке электроэнергии от времени, конкуренция источников и т.п.), что создает финансовые стимулы для участников рынка совершенствовать свои энергетические процессы для снижения издержек. А федеральный закон «О теплоснабжении» до сих пор не принят, и даже с его введением возможности по созданию системы конкуренции будут сильно ограничены. Соответственно, там, где нет рыночных отношений трудно создать систему стимулов к энергосбережению.
Существует тесная связь теплоснабжения с системами топливо- и газоснабжения, а также электроснабжения. Электрическая энергия является замещающим видом энергии для систем централизованного теплоснабжения (ЦТ). Нарушения в системах ЦТ критичны для систем электроснабжения, при сильных похолоданиях потребности в тепле гораздо больше, чем в электроэнергии, и при нарушении режимов обеспечения теплом электрическая энергия используется самым нерациональным способом - на обогрев помещений. Также тепловая нагрузка систем ЦТ является основой для теплофикации, т.е. использования тепловых отходов процесса производства электроэнергии для целей теплоснабжения.
Что касается систем централизованного теплоснабжения, то далеко не у всех есть понимание огромных преимуществ ЦТ в плане экономии энергоресурсов, их надо разъяснять. Агрессивная реклама индивидуальных источников тепла, предлагаемых к внедрению в зоне действия систем ЦТ со ссылкой на зарубежный опыт, вводит потребителей в заблуждение. На Западе как раз принимаются программы поддержки развития систем централизованного теплоснабжения как основы когенерации. В отличие от нашей страны, где исторически развивается преимущественно ЦТ, основной из проблем там является трудность прокладки тепловых сетей в стесненных городских условиях и переориентация потребителей с автономного на централизованное теплоснабжение.

Фактические нагрузки и потери
По результатам энергетических обследований, расчетные и договорные присоединенные тепловые нагрузки существенно отличаются от фактических обычно в сторону превышения. Завышение нагрузок, при недостаточной оснащенности потребителей приборами учета и расчетах по приборам учета на источниках, дает возможность теплоснабжающим организациям занижать сверхнормативные потери в сетях и, соответственно, завышать объемы реализованной тепловой энергии.
Расчетные нагрузки являются основными исходными данными для разработки нормативных энергетических характеристик. При их отличии от фактических получаются расчетные режимные характеристики, недостижимые в реальности. Отсутствие достоверных нормативов не позволяет проводить полноценный анализ энергоэффективности сетей.
Фактические нагрузки также важны для определения резервов системы теплоснабжения.
Отпуск теплоты с источников = Потребление + Фактические потери в сетях
Для сведения баланса надо знать хотя бы две составляющие. При отсутствии 100% оснащенности приборами учета в большинстве случаев проще определиться с отпуском теплоты с источников и фактическими потерями в сетях. Отпуск, при условии проверки достоверности, можно определить по приборам учета тепловой энергии на теплоисточниках либо топливному балансу источника при наличии учета топлива. Фактические потери в сетях определяются по методикам, разрешенным к применению при процедуре энергоаудита, т.е. используются архивы имеющихся у потребителей приборов учета (минимум 20% потребителей). При применении этих методик нет необходимости проводить дополнительные измерения и испытания.
Определение фактических нагрузок и потерь должно быть составной частью разработки общего топливно-энергетического баланса муниципального образования.
Фактические потери сетевой воды, по результатам энергетических обследований, как правило, соизмеримы с нормативной утечкой, равной 0,25% объема тепловых сетей в час. В ряде регионов они не превышают нормативные. Так, в Москве фактические потери сетевой воды и, соответственно, потери тепловой энергии с ними в 2-3 раза ниже нормативных. Данный факт характеризует, прежде всего, не только удовлетворительное состояние тепловых сетей, а завышенные нормы, которые не отражают возможности новых технологий. Необходимо на федеральном и региональном уровнях скорректировать нормативы потерь сетевой воды в сторону уменьшения.
Определение потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию в соответствии с «Методическими указаниями по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях (РД 34.09.255-97)» практически нигде не проводится. Тем самым нарушаются требования «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ». Причина заключается в трудоемкости и дороговизне испытаний, в необходимости отключения потребителей.
Результаты энергоаудита систем теплоснабжения показывают, что фактические потери в обследованных тепловых сетях превышают нормативные в 1,2-2 раза.
Приведение тепловых потерь к нормативным значениям, помимо экономии тепловой энергии и снижения затрат электроэнергии на ее транспорт, обеспечит высвобождение тепловой мощности. При этом может исчезнуть необходимость строительства новых источников тепла. Таким образом, при оценке экономической эффективности перекладки участков тепловых сетей должны учитываться не только сэкономленное тепло, но и капитальные затраты на строительство новых источников.
Необходимо признать факт наличия сверхнормативных тепловых потерь, который становится все более очевидным при тенденции увеличения доли потребителей, оснащенных приборами учета.
В практику теплоснабжающих организаций необходимо ввести анализ состояния тепловых сетей не только по показателю отношения потерь тепловой энергии к отпуску, но и по показателю отношения фактических потерь к нормативным. Применяемый в настоящее время для анализа первый показатель некорректен, т.к. он характеризует не только состояние тепловой сети, но и ее конфигурацию и нормы проектирования тепловой изоляции.

Методы снижения потерь в тепловых сетях
Основными методами являются уменьшения потерь энергии:

периодическая диагностика и мониторинг состояния тепловых сетей;
осушение каналов;
замена ветхих и наиболее часто повреждаемых участков тепловых сетей (прежде всего, подвергаемых затоплениям) на основании результатов инженерной диагностики, с использованием современных теплоизоляционных конструкций;
прочистка дренажей;
восстановление (нанесение) антикоррозионного, тепло- и гидроизоляционного покрытий в доступных местах;
обеспечение качественной водоподготовки подпиточной воды;
организация электрохимзащиты трубопроводов;
восстановление гидроизоляции стыков плит перекрытий;
вентиляция каналов и камер;
установка сильфонных компенсаторов;
применение улучшенных трубных сталей и неметаллических трубопроводов;
организация определения в режиме реального времени фактических потерь тепловой энергии в магистральных тепловых сетях по данным приборов учета тепловой энергии на тепловой станции и у потребителей с целью оперативного принятия решений по устранению причин возникновения повышенных потерь;
усиление надзора при проведении аварийно-восстановительных работ со стороны административно-технических инспекций;
перевод потребителей с теплоснабжения от центральных на индивидуальные тепловые пункты.

Должны быть созданы стимулы и критерии для персонала. Сегодняшняя задача аварийной службы: приехать, раскопать, залатать, засыпать, уехать. Введение только одного критерия оценки деятельности - отсутствие повторных разрытий, сразу кардинально изменяет ситуацию (разрывы происходят в местах наиболее опасного сочетания коррозионных факторов и к замененным локальным участкам теплосети должны предъявляться повышенные требования в части защиты от коррозии). Сразу появится диагностическая аппаратура, появится понимание, что если эта теплотрасса затоплена, надо ее осушить, а если труба гнилая, то аварийная служба первая будет доказывать, что участок сети надо менять.
Можно создать систему, при которой тепловая сеть, на которой произошел разрыв, будет считаться как бы «больной» и поступать на лечение в службу ремонта, как в больницу. После «лечения» она будет возвращаться в эксплуатационную службу с восстановленным ресурсом.
Очень важны экономические стимулы и для эксплуатационного персонала. 10-20% экономии от снижения потерь с утечками (при соблюдении нормы жесткости сетевой воды) выплачиваемые персоналу срабатывает лучше всяких внешних инвестиций. Одновременно из-за уменьшения числа подтопленных участков снижаются потери через изоляцию и увеличивается срок службы сетей.
Потери тепла в тепловых сетях не должны превышать 5–7 %, как это происходит в странах Европы. Однако наши тепловые сети значительно уступают зарубежным. В настоящее время в большинстве тепловых сетей в странах СНГ технологический расход тепловой энергии на ее транспортировку достигает 30 % от передаваемой тепловой энергии. Эта величина зависит от состояния теплосетей и, в первую очередь, от состояния тепловой изоляции.
Необходимо кардинально улучшить качество замены тепловых сетей за счет:

предварительного обследования перекладываемого участка с целью определения причин невыдерживания нормативного срока службы и подготовки качественного технического задания на проектирование;
обязательной разработки проектов капитального ремонта с обоснованием прогнозируемого срока службы;
независимой приборной проверки качества прокладки тепловых сетей;
введения персональной ответственности должностных лиц за качество прокладки.

Техническая проблема обеспечения нормативного срока службы тепловых сетей была решена еще в 50-е годы XX в. за счет применения толстостенных труб и высокого качества строительных работ, в первую очередь антикоррозийной защиты. Сейчас набор технических средств гораздо шире.
Ранее техническая политика определялась приоритетом уменьшения капитальных вложений. С меньшими затратами требовалось обеспечить максимальный прирост производства, чтобы этот прирост компенсировал в дальнейшем затраты на ремонт. В сегодняшней ситуации такой подход не приемлем. В нормальных экономических условиях собственник не может позволить себе прокладывать сети со сроком службы 10-12 лет, это для него разорительно. Тем более это недопустимо, когда основным плательщиком становится население города. В каждом муниципальном образовании должен осуществляться жесткий контроль за качеством прокладки тепловых сетей.
Должны быть изменены приоритеты в расходовании средств, большая часть которых тратится сегодня на замену участков тепловых сетей, по которым были разрывы труб в процессе эксплуатации или летней опрессовке, на предотвращение образования разрывов путем контроля скорости коррозии труб и принятия мер по ее снижению.
Очевидным способом снижения потерь тепловой энергии при ее передаче по тепловым сетям является замена традиционной для России прокладки трубопроводов в минеральной вате в качестве тепловой изоляции на прокладку в пенополиуретане или в другой тепловой изоляции, не менее эффективной.
Замена сальниковых компенсаторов на сильфонные, устаревшей запорной арматуры – на новые шаровые клапаны и т. д. обеспечивает резкое снижение потерь теплоносителя вследствие его утечки, а значит, и потерь тепловой энергии.
Однако существует менее очевидный, но более дешевый путь снижения энергетических затрат в системах теплоснабжения – оптимизация гидравлических режимов функционирования тепловых сетей. Ликвидация разрегулировки тепловых сетей приносит снижение потерь тепловой энергии и затрат электроэнергии на передачу теплоносителя в системе теплоснабжения в некоторых случаях до 40–50 %. Объясняется это тем, что для «обогрева» потребителей, расположенных дальше остальных от источника теплоснабжения, ближайших потребителей приходится перегревать, увеличивая расход теплоносителя. Кроме того, для осуществления хоть какой-то циркуляции в системах отопления этих отдаленных зданий зачастую прибегают к работе «на слив». Вот почему ликвидация разрегулировки тепловых сетей и нормализация теплоснабжения приносят значительный экономический эффект.
Все затраты на новые трубы, пенополиуретановую изоляцию, сильфонные компенсаторы и шаровые клапаны становятся напрасными без регулирования тепловых сетей, то есть без проведения специальных работ по оптимизации гидравлических режимов. Дело в том, что водонагревательные установки источников теплоснабжения, их тепловые сети и системы теплопотребления, особенно при присоединении их к тепловым сетям по зависимой схеме, представляют собой единую сложную гидравлическую систему, объединенную общим режимом функционирования.
Организация гидравлических режимов функционирования тепловой сети, при которых было бы обеспечено требуемое распределение расхода теплоносителя между всеми потребителями, является одной из важнейших, но сложных задач. Ее необходимо решить, чтобы наладить эффективную работу системы теплоснабжения в целом и каждой системы теплопотребления в отдельности. Для этого нужны совместные усилия всех организаций, эксплуатирующих систему теплоснабжения, поскольку приходится иметь дело, как было сказано, с единой гидравлической системой – водяной тепловой сетью с многочисленными системами теплопотребления, по которым циркулирует теплоноситель – сетевая вода.
Из-за высокой плотности теплоносителя водяные тепловые сети отличаются низкой гидравлической устойчивостью. Вследствие этого они подвержены разрегулировке при любых возмущениях – подключении или отключении потребителей, изменении коммутации тепловой сети, изменении расхода теплоносителя в отдельных системах теплопотребления, например, при работе регуляторов горячего водоснабжения и т. п.
Системы централизованного теплоснабжения с момента создания находятся в непрерывном изменении. Протяженность трубопроводов растет или, наоборот, сокращается из-за отключения части потребителей. Это периодически создает трудности в организации гидравлических режимов тепловых сетей и управлении ими.
Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.
Возрастают потери тепла и при избыточном отоплении. Выходом из ситуации является установка снаружи зданий щитов из теплоизоляционного материала (теплошубы), а также замена оконных рам стеклопакетами. Поскольку стеклопакеты имеют несколько воздушных промежутков, их установка позволяет уменьшить потери тепла через окна в два раза. Эти мероприятия называют тепловой реабилитацией. Они позволяют уменьшить потери тепла в старых зданиях до 10–15 %. При постройке новых зданий тепловая реабилитация уже предусмотрена.
Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.
Основным условием нормального функционирования систем теплоснабжения является обеспечение в тепловых сетях, перед тепловыми пунктами потребителей, располагаемого напора, достаточного для возникновения в системах теплопотребления расхода теплоносителя, соответствующего их тепловой потребности. Однако из-за низкой гидравлической устойчивости тепловых сетей при различных возмущениях в них происходит разрегулировка – тем большая, чем ниже их гидравлическая устойчивость.
Существует возможность значительно повысить гидравлическую устойчивость тепловых сетей и систем теплоснабжения.
Анализ функционирования многих тепловых сетей показал, что их гидравлическая устойчивость тем выше, чем меньше потери напора в трубопроводах тепловых сетей и чем больше располагаемый напор перед тепловым пунктом самого отдаленного потребителя.
Для повышения гидравлической устойчивости тепловых сетей необходимо избыточную часть располагаемого напора дросселировать с помощью гидравлических сопротивлений постоянного или переменного сечения – дроссельных диафрагм и сопел элеваторов или регулирующих клапанов средств автоматического регулирования. Эти сопротивления должны быть установлены перед каждой системой теплопотребления или перед отдельными теплообменными аппаратами.
Итак, наладка водяных тепловых сетей базируется на всемерном повышении их гидравлической устойчивости путем повсеместной установки специально рассчитанных дросселирующих устройств – перед каждой из систем теплопотребления независимо от ее тепловой нагрузки. В результате каждая из систем теплопотребления в единой системе централизованного теплоснабжения ставится в одинаковые условия по сравнению с остальными. Все системы теплопотребления становятся гидравлически равноудаленными от источника теплоснабжения.
Регулирование водяных тепловых сетей заключается в распределении расхода теплоносителя между всеми подключенными системами теплопотребления пропорционально их расчетной тепловой нагрузке.
Регулирование тепловой сети сводится к регулировке функционирования отдельных систем теплопотребления путем изменения при необходимости гидравлического сопротивления, установленных дросселирующих устройств.
Критериями правильности регулирования тепловых сетей являются следующие показатели:
- установление расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети и в каждой из систем теплопотребления;
- соблюдение необходимого температурного перепада в каждой из систем теплопотребления;
- поддержание в отапливаемых зданиях расчетной температуры воздуха.
Регулированию тепловой сети обязательно должны предшествовать тщательное обследование системы теплоснабжения и разработка оптимальных для конкретной тепловой сети эксплуатационных режимов. На основании этого должны быть разработаны и осуществлены в полном объеме наладочные (оптимизационные) мероприятия.
Попытки регулирования тепловой сети без разработки конкретно для нее оптимального гидравлического режима и оптимизационных мероприятий (и их выполнения в полном объеме) приводят к еще большей разрегулировке системы теплоснабжения и, следовательно, к чрезмерным затратам топлива, электроэнергии и воды на подпитку тепловой сети.
Учет отпуска и потребления тепловой энергии и теплоносителей производится в соответствии с правилами учета тепловой энергии и теплоносителя, утвержденными первым заместителем Министра топлива и энергетики Российской Федерации 12 сентября 1995 г.
Однако степень оснащенности систем теплового потребления и некоторых источников теплоснабжения (в основном отопительных котельных систем коммунального теплоснабжения) не позволяет производить расчеты за полученные теплоэнергию и теплоносители на основании правил . Правила пользования электрической и тепловой энергией, утвержденные Приказом Министерства энергетики и электрификации СССР № 310 от 6 декабря 1981 г., отменены в 2000 г.
Таким образом, ст. 11 Федерального закона № 28-ФЗ от 03.04.1996 (редакция от 05.04.2003) «Об энергосбережении» не выполняется. Учет тепловой энергии и теплоносителей, который сам по себе не может дать энергосберегающего эффекта, но должен стимулировать энергосбережение в процессе теплоснабжения, в настоящий период не имеет должной нормативной базы.
Функции разработки и утверждения правил учета тепловой энергии не упомянуты ни в положении о Минэнерго, ни в положении о Минрегионразвитии. Вследствие этого правила коммерческого учета тепловой энергии, отражающие реальное положение, до сих пор не рассмотрены и не утверждены.
Программа повышения надежности тепловых сетей
Для реализации потенциала энергосбережения необходимо внедрение целого комплекса мероприятий, среди которых приоритетное значение имеют мероприятия, направленные на повышение надежности функционирования тепловых сетей. Та работа, которая ведется в тепловых организациях по реконструкции тепловых сетей, способствует повышению эффективности систем транспорта и распределения тепловой энергии. Но очень часто ожидаемый эффект не реализуется из-за нарушений требований нормативно-технических документов НТД, которые предъявляются к эксплуатации, строительству и капитальному ремонту тепловых сетей.
К числу таких нарушений при эксплуатации относятся:

отсутствие контроля фактического состояния теплопроводов в период эксплуатации, не проводятся периодические технические освидетельствования тепловых сетей;
не проводятся мероприятия по продлению срока службы действующих теплопроводов;
эксплуатационный персонал не владеет методами защиты от коррозии, учеба не проводится и не планируется;
не ведется постоянный контроль за состоянием трубопроводов в ППУ - изоляции с системами ОДК из-за отсутствия или неисправности приборов контроля;
низкое качество проведения аварийно-ремонтных работ;
не ведется контроль фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию теплопроводов, характеризующих состояние тепловых сетей.

Нарушения при строительстве и капитальном ремонте тепловых сетей:

капитальный ремонт осуществляется без проектов и анализа причин преждевременного выхода из строя теплопроводов, что приводит к повторению ранее допущенных ошибок;
в проектах нового строительства тепловых сетей не учитываются реальные условия прокладки трассы;
оформление проектов не соответствует нормативным документам, также на согласование поступают проекты низкого технического качества, ошибки в расчетах на прочность и цикличность, применение марок стали, не предусмотренных ГОСТом, непродуманная транссировка и т.д.
в техническом задании на проектирование не указаны данные, на основании которых разрабатываются основные мероприятия, необходимые для защиты от наружной коррозии и обеспечения расчетного срока службы теплопроводов, реальные условия эксплуатации и причины, сократившие расчетный срок службы;
в проектах отсутствует расчетный срок службы тепловых сетей;
интенсифицируются процессы коррозии из-за применения при прокладке тепловых сетей материалов и изделий, не отвечающих требованиям действующих НТД;
работы по проектированию, монтажу и приемке в эксплуатацию систем оперативно-дистанционного контроля трубопроводов в ППУ-изоляции ведутся с нарушением требований действующего НТД, что ведет к снижению срока службы тепловых сетей ниже расчетного, качество прокладки самих труб в ППУ-изоляции не всегда соответствует нормативным документам, некачественные узлы перехода с ППУ на стандартную тепловую изоляцию, отсутствие стыковки участков ОДК в единую систему, строительство зданий повышенной этажности в непосредственной близости от тепловой сети;
низкая квалификация персонала подрядных организаций, производящих работы;
в эксплуатацию принимаются теплопроводы, прокладываемые с нарушением положений действующих НТД (качество антикоррозионных покрытий, толщина тепловой изоляции и т.п.).

С учетом вышесказанного к числу первоочередных мероприятий необходимо отнести разработку программы повышения надежности тепловых сетей. В программе необходимо сформулировать все мероприятия по повышению надежности тепловых сетей, апробированных на действующих тепловых сетях, но не получивших широкого распространения.
Программа должна включать в себя перечень организационных и технических мероприятий, проводимых при эксплуатации, текущем ремонте, замене и новом строительстве тепловых сетей с обоснование каждого мероприятия.
Среди организационных мероприятий необходимо отметить следующее:

организация в теплоснабжающих предприятиях службы по защите от коррозии, возложением на нее ответственности за координацию работы по контролю коррозионного состояния тепловых сетей, внедрению защитных мероприятий, определению ресурса, внедрению методов экономического стимулирования, разработке технических заданий в части защиты от коррозии, подготовке планов научно-технических работ, учебе персонала;
восстановить государственную приемку в эксплуатацию тепловых сетей с проведением независимого приборного контроля качества прокладки;
произвести постепенный переход от разрушающих методов контроля тепловых сетей к неразрушающим, массово внедрять систему локального профилактического ремонта с заменой конкретных мест максимального коррозионного разрушения, с переориентацией аварийных служб, с устранения аварий на их предупреждение;
проводить обязательное расследование причин преждевременного выхода из строя трубопроводов тепловых сетей с определением причин, конкретных виновных и мер, необходимых для предотвращения подобных ситуаций, расследование должно проводиться с участием представителей Ростехнадзора.;
организовать обязательную учебу эксплуатационного персонала методами защиты от коррозии требованиям нормативных документов.

Разумеется, приводимый перечень мероприятий не претендует на исключительность и не является исчерпывающим. Ибо возможностей на пути к обеспечению энергетической эффективности – великое множество, а действенная программа энергосбережения – продукт интеллектуального труда, результат совместного труда энергоаудитора и энергетической службы организации – потребителя ТЭР.
Наладка систем теплоснабжения
Для повышения эффективности существующих систем энергоснабжения поселений необходима действенная система контроля над показателями эффективности их работы.
Существующий контроль качества прохождения отопительного сезона фактически сводится к учету аварий и инцидентов. Но это не говорит о действительном качестве теплоснабжения (достаточности количества потребленного тепла и его качественных показателей, эффективности использования температурного потенциала теплоносителя, минимальности затрат на транспорт и распределение тепла).
Существующая система оплаты за полученное тепло учитывает только его количество. Назрела необходимость наряду с количеством учитывать и качество получаемого тепла, что предусматривает повышение ответственности, как со стороны теплоснабжающих организаций, так и потребителей.
Все более важное значение приобретает наладка систем теплоснабжения, предназначенная для обеспечения надежного и экономичного режима распределения теплоносителя по потребителям в соответствии с их тепловыми нагрузками. Во всех регионах РФ наблюдается гидравлическая разрегулировка систем теплоснабжения, независимо от тепловой мощности источников тепловой энергии. Отсутствие производства наладочных работ является причиной перетопов у одних потребителей и непрогревов у других, при этом наблюдается значительный перерасход топлива, до 30%. Учитывая, что структура тепловых сетей в малых городах РФ развивается зачастую хаотично, необходимость производства наладочных работ особенно остра. При росте цен на энергоресурсы необходимость производства наладочных работ только возрастает.
Режимная наладка системы централизованного теплоснабжения заключается в обеспечении расчетных температур внутри отапливаемых помещений и заданных режимов работы калориферных, водоподогревательных и различного рода технологических установок, потребляющих тепловую энергию от тепловой сети при оптимальном режиме работы системы в целом.
Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения:

водоподогревательную установку ТЭЦ или котельную;
центральный тепловой пункт (ЦТП);
водяную тепловую сеть с установленными на ней контрольно-распределительными пунктами (КРП), насосными, дроссельными подстанциями и прочими сооружениями;
индивидуальные тепловые пункты (ИТП);
местные системы теплопотребления.

Задачи регулирования систем централизованного теплоснабжения включают:

обеспечение источником тепла заданных гидравлического и теплового режимов;
обеспечение расчетного расхода теплоносителя по всем подключенным к тепловой сети системам теплопотребления, а также по теплопотребляющим приборам;
обеспечение расчетных внутренних температур воздуха в помеще

Чтобы предложить действенные мероприятия по повышению эффективности использования тепловой энергии в здании требуется грамотно составить и рассчитать тепловой баланс здания и произвести оценку его энергоэффективности. Тепловой баланс включает в себя отопительную нагрузку здания, на которую влияют потери теплоты через ограждающие конструкции, потери теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, потери теплоты на нагрев вентиляционного воздуха, тепловыделения от солнечной радиации через световые проемы и внутренние бытовых тепловыделения.

Практика показывает, что 40...50 % всех тепловых потерь приходится на нагрев инфильтрующегося и вентиляционного воздуха, около 20...30 % теплоты теряется через световые проемы и лишь порядка 30 % составляют потери тепла через наружные стены, полы и покрытия.

В настоящее время расчеты между потребителем и поставщиком тепловой энергии производятся по старым отопительным нормам, которые не учитывают долю суммарных тепловыделений здания с учетом теплопоступлений от солнечной радиации, в то время как она доходит до 20 % от суммарных тепловых потерь в зданиях жилого и общественного назначения. Это приводит к излишнему отпуску теплоты, которая выбрасывается через форточки.

После постатейного определения доли тепловых потерь здания и его удельных тепловых характеристик можно произвести оценку энергоэффективности здания и предложить энергосберегающие мероприятия, которые приведут к существенной экономии тепловой энергии.

Таблица 9.2

9.3.2. Регулирование теплопотребления в тепловых пунктах.

Таблица 9.3

Энергосбережение в системах освещения

Во всем мире на наружное, бытовое и производственное освещение затрачивается значительная часть производимой электроэнергии. Для России актуальность решения задачи снижение затрат на искусственное освещение определяется большим расходом электроэнергии в расчете на миллион жителей (более чем в 1,5 раза, чем в Великобритании и Японии) и наличием дефицита электроэнергии в ряде регионов страны. Экономия электрической энергии при освещении может быть достигнута как за счет уменьшения установленной мощности, так и за счет уменьшения времени использования осветительного оборудования.

Приведем данные по эффективности источников излучения с точки зрения экономии электроэнергии и срока службы. Эффективность использования электроэнергии (Н) прежде всего определяется световой отдачей используемых источников излучения, равной отношению светового потока лампы (лм) к её мощности (Вт). В нижеследующей таблице приведены световая отдача и средний срок службы в часах различных наиболее распространенных в настоящее время типов источников света.

Таблица 9.1

Здесь: ЛН - лампы накаливания; ГЛН - галогенные лампы накаливания; ЛЛ - люминесцентные лампы; КЛЛ - компактные люминесцентные лампы; ДРЛ - дуговые ртутные лампы; МГЛ - металлогалогенные лампы; НЛВД - натриевые лампы высокого давления.

Из приведенной таблицы видно, что компактные люминесцентные лампы и лампы накаливания, применяемые в быту по светоотдаче отличаются примерно в 5 раз, т.е. на получение одного и того же светового потока для компактных люминесцентных ламп требуется в пять раз меньше электроэнергии. За время срока службы одна компактная люминесцентная лампа мощностью 20 Вт позволяет сэкономить, по сравнению с лампой накаливания, 800 кВт ч электроэнергии, для выработки которой потребовалось бы 250 кг каменного угля или 200 литров мазута. Тем не менее у нас в стране компактные люминесцентные лампы применяются ограниченно. Причины две: высокая стоимость и ограниченный выпуск этих ламп.

Достоинства современных источников света в полной мере могут быть реализованы с соответствующими пускорегулирующими аппаратами. В настоящее время для включения источников света используются: как электромагнитные пускорегулирующие аппараты (ЭМПРА, обычные, с пониженными потерями, с минимизированными потерями), так и электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА, неуправляемых и управляемых).

К достоинствам ЭМПРА следует отнести чрезвычайно высокую надежность и относительно низкую стоимость.

К достоинствам комплектов "лампа-ЭПРА" следует отнести:

практически полное отсутствие пульсаций светового потока ламп, что позволяет использовать данные комплекты для освещения помещений с тяжелой зрительной работой;

высокие световые отдачи комплекта "КЛЛ - пускорегулирующий аппарат", достигающие световой отдачи самих ламп при их работе на частоте 50 Гц, что позволяет обеспечить экономию электроэнергии в осветительной установке на 25 %;

больший на 30-40 % срок службы ламп при их работе с ЭПРА, по сравнению с ЭМПРА;

возможность регулирования световым потоком ламп при работе с ЭПРА.

Однако при реализации указанных возможностей потенциал снижения установленной мощности искусственного освещения в общественных зданиях весьма ограничен. Например, лучшие из применяемых в настоящее время для внутреннего освещения общественных зданий источники света по характеристикам световой отдачи практически достигли “потолка” в 96–104 лм/Вт, а для современных типов светильников реальные значения КПД составляют 70–80% и резерв его повышения практически исчерпан. Все шире применяются отделочные материалы с высокими (до 0,8) коэффициентами отражения.

Тем не менее, возможно значительное уменьшение потребления электроэнергии в осветительных установках. Анализ показывает, что, например, в структуре энергопотребления общественных зданий доля расхода энергии на цели освещения достигает 70%, четкая же персональная ответственность и материальная заинтересованность в экономии электроэнергии трудно реализуемы. В этом случае оптимизировать энергопотребление можно за счет применения автоматизированных систем управления. Системы управления освещением поддерживают требуемые (нормируемые) уровни освещенности в процессе эксплуатации осветительной установки в соответствии с заданной программой, исключая перерасход электроэнергии.

При использовании системы управления освещением экономия электроэнергии достигается за счет нескольких факторов.

Во-первых, в начальный период эксплуатации люминесцентных ламп, а также при избыточном (по строительно-конструктивным, архитектурным или другим соображениям) количестве светильников создаваемая в помещении освещенность завышена и может автоматически уменьшаться до требуемого значения, что по оценке снижает энергопотребление на 15–25%.

Во-вторых, наиболее значительную экономию электроэнергии позволяет обеспечить рациональное использование естественного освещения (переход от искусственного освещения к совмещенному), так как в течение достаточно большого времени суток освещение может быть вообще отключено либо включено на минимальную мощность (1–10% от номинальной). Экономия может достигать 25–40%.

В-третьих, часовая наработка осветительной установки при отсутствии автоматического управления также превышает рациональные значения, так как при стихийном управлении искусственное освещение остается включенным при достаточном естественном освещении и отсутствии в освещаемых помещениях людей, а также в нерабочее время из-за забывчивости персонала.

Количество потребляемого энергосистемой топлива в значительной мере зависит от потерь тепловой и электрической энергии. Чем выше эти потери, тем больше топлива потребуется при прочих равных условиях. Снижение потерь электроэнергии на 1 % позволит сэкономить 2,5–4 % топливных ресурсов. Одним из путей, способствующих уменьшению потерь тепловой и электрической энергии, является внедрение АСУ ТП и АСКУЭ.

Главной причиной потерь тепловой энергии является низкий коэффициент полезного действия (КПД) тепловых электростанций. В настоящее время износ энергетических установок на белорусских электростанциях составляет порядка 60 %, а темпы обновления основных фондов в энергетике отстают от темпов старения ранее введенных мощностей. По этой причине значительная часть основного оборудования уже отработала положенный срок эксплуатации. Оборудование крупных ТЭЦ и ГРЭС в Беларуси сегодня соответствует среднему зарубежному уровню 1980-х гг. КПД на наших конденсационных электростанциях составляет не более 40 % при полной загрузке энергоблоков, а при неполной загрузке он еще ниже. На электростанциях типа ТЭЦ в отопительный сезон и при полной загрузке энергоблоков КПД составляет примерно 80 %, в неотопительный сезон и при неполной загрузке энергоблоков – примерно 50 %. Значительная часть тепла теряется и в котлоагрегатах. В старых котлоагрегатах КПД составляет около 75 %. При их замене на новые, более совершенные котлоагрегаты КПД котельной части увеличивается до 80–85 %. Однако это не решает проблему снижения потерь тепловой энергии кардинально.

Ведется также преобразование котельных в мини-ТЭЦ. В этих работах используются газотурбинные, газопоршневые двигатели и котлы-утилизаторы. Применение частотного электропривода позволяет существенно повысить КПД тепловых электростанций и котельных.

Для уменьшения потерь тепла в теплосетях стали применять предизолированные трубы (ПИ-трубы). Благодаря их использованию потери тепла уменьшаются примерно в 10 раз по сравнению с применением обычных стальных труб с теплоизоляцией 120 Вт/м.

Одним из способов уменьшения потерь тепловой энергии является также переход с централизованной системы теплоснабжения к децентрализованной, при которой отсутствует потребление тепла от ТЭЦ или от центральной котельной через тепловые сети.

Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.

Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.

Со временем ожидается внедрение в энергетику высокоэкономичных дизельных и газотурбинных установок средней и малой мощности, высокоинтенсивных теплогенераторов для электро- и теплоснабжения отдельных домов и малых предприятий. Планируется также применение топливных элементов и тепловых насосов для выработки тепла, холода и электроэнергии.

Предисловие

Причин потери тепла в доме несколько, и каждая из них может быть если не полностью устранена, то хотя бы частично локализована. Согласно исследованиям Госстроя, две трети энергии, вырабатываемой в стране, «растворяется в воздухе».

Cодержание

Причин потери тепла в доме несколько, и каждая из них может быть если не полностью устранена, то хотя бы частично локализована. Согласно исследованиям Госстроя, две трети энергии, вырабатываемой в стране, «растворяется в воздухе». Перед тем как снизить теплопотери дома, нужно выяснить, почему вместо обогрева помещения отапливается улица и, несмотря на огненные батареи, в квартире холодно.

Понять, как дом теряет тепло, можно, если вспомнить некоторые физические законы.

Основными причинами теплопотери дома являются следующие факторы:

• проводимость . Поскольку дом построен на холодной земле, то вследствие теплопроводности тепловые потоки уходят в почву;
• конвекция . При включенном отоплении стены и крыша изнутри становятся теплыми. В результате действия теплопроводности тепло перемещается и на наружную сторону стен и крыши. При этом окружающая их атмосфера, будучи более холодной, нагревается за счет них и отбирает часть тепла, унося его вверх.

Таким образом, можно сказать, что теплопроводность стройматериалов и разница между температурами в доме и на улице - два главных фактора, влияющих на потери домом тепла.

При этом основные потери тепла происходят через ограждающие конструкции дома: на долю стен приходится 35% теплопотерь, на крышу - 25%, через подвальное перекрытие и всевозможные щели - по 15%, через окна - 10%. Определенная часть тепла может выносить из дома .

Установить, что именно из них повинно в том, что в доме холодно, несмотря на огненные батареи, поможет специальная экспертиза, которая называется тепловизионной диагностикой. Если пригласить службы, специализирующиеся на ней, то проведенное обследование выявит конкретные места утечек тепла; качество, дефекты и повреждения теплоизоляции чердачного и подвального перекрытий и труб; мостики холода; состояние и и т. д.

Как уменьшить теплопотери дома: теплоизоляция стен и окон

Понимание причин потери тепла вызывает естественный вопрос: как устранить теплопотери дома хотя бы значительно снизить? Ответ очевиден - кардинально улучшить теплоизоляцию стен, крыши, перекрытий, окон, что позволит повысить температуру в доме без увеличения затрат на отопление.

При качественной теплоизоляции дома даже при понижении температуры воздуха до -25 °С и выключенном отоплении температура внутри дома за сутки упадет всего лишь на 1 °С. Понятно, что и расходы на отопление в таком доме не столь обременительны.

Если вы не знаете, как уменьшить теплопотери дома, начните с осмотра окон: проверьте механизмы открывания и закрывания, при необходимости отрегулируйте их. Если будут обнаружены зазоры между оконными блоками и стенами, их тоже нужно герметично заделать. На стекла можно нанести отражающее покрытие. Поможет снизить теплопотери и остекление балкона и лоджии.

Ещё один способ, как снизить теплопотери дома - утепление дверей, причем желательно установить вторую дверь, которая дополнительно будет играть роль звукоизолятора.

Как снизить теплопотери дома: утепление крыши и подвала

Кроме того, стены, крышу и подвал необходимо утеплить. При этом надо заметить, что утеплять дом надо не изнутри, а снаружи. Если сделать это со стороны помещения, то между стеной и внутренней теплоизоляцией будет скапливаться конденсат, что не только ухудшит теплоизоляцию дома, но и приведет к повреждению отделки и размножению грибов. Для внешней теплоизоляции подходит такой материал, как экструдированный пенополистирол; хорошо себя зарекомендовало устройство вентилируемого фасада и т.д.

Для теплоизоляции крыш, как правило, используют каменную или минеральную вату, которые реализуются в виде плит. При этом нельзя забыть о пароизоляции (желательно, чтобы ее сторона, обращенная внутрь, была покрыта алюминиевой фольгой, что предотвратит потери тепла от излучения).

Если дом еще только в проекте, то необходимо заранее подумать о том, как уменьшить периметр внешних холодных стен (чем больше квадратура наружных стен, тем значительнее потери тепла; дом, украшенный многочисленными выступающими элементами, теряет много тепла), не допустить образования мостиков холода.

Снижение теплопотерь дома: возведение монсарды

Возведение мансарды - еще один способ снижения теплопотерь дома и сокращения потери тепла через крышу, поскольку ее часть используется в качестве стен мансардного помещения. О том, что для кровли следует выбрать качественный материал, наверное, можно не говорить.

Уменьшение теплопотерь дома до нуля вряд ли удастся, но реально предпринять меры, благодаря которым можно перестать обогревать улицу. Первое, что приходит на ум,- это необходимость утепления дома. При этом заметим, что стоимость теплоизоляции по сравнению с тем, во сколько обойдется строительство дома, просто мизерна. Экономия на теплоизоляции непременно обернется еще большими потерями в будущем, тем более что цены на энергоносители постоянно растут. Подойдя к утеплению дома в комплексе, можно сократить расходы на отопление примерно на 40%. Это означает, что теплоизоляция выгодна вдвойне, поскольку снижает теплопотери и минимизирует затраты на энергоресурсы.

Уменьшение теплопотерь дома: теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы должны отвечать целому ряду требований, среди которых:

• долговечность (это важно для длительной его эксплуатации);
• экологичность (отсутствие вредных для здоровья выделений);
• горючесть (отсюда и пожаробезопасность);
• повышенная паропроницаемость (благодаря чему из помещения будет выводиться влага и конструкции дома будут оставаться сухими);
• небольшой вес (не придется , не возникнет проблем с монтажом, транспортировка материала и покупка крепежа обойдутся не слишком дорого
• естественно, цена (для многих это главный показатель, определяющий ).

Теплопотери в зданиях

Искусственно возникают хорошие условия переходу теплоты от обогревающих приборов в строительные ограждающие конструкции при применении распространенного способа крепления отопительных батарей к стене. Речь идет о забивке подвесных крюков или с помощью закладных анкерных болтов. Наличие такого металла в стене создает более легкие пути движения теплоты наружу. Даже близкое расположение к стене стояков внутренней системы отопления квартир способствует тоже усиленной теплоотдаче наружу (рис. 4). Получается, что важно очень строго оценить зазор между стояком и стеной и рекомендовать его величину строителям. А может быть, возможно стояки крепить к внутренней сте стене квартиры, а не к наружной. Хотя схемы поквартирного учета теплоты исключают квартирные стояки, но появляются так называемые подъездные, с которыми следует избежать упомянутой ситуации.

Общеизвестны строителям и эксплуатационникам схемы нижней или верхней разводки греющей сетевой воды внутри жилого дома. Это когда сетевая вода остывает в многоэтажном доме снизу вверх (рис. 5, а) и сверху вниз (рис. 5, б). При фактической разлаженности внутридомовой сети и частым не выдерживанием температуры подающей сетевой воды (tn) по схеме «а» может быть жарко на нижних этажах и холодно на верхних. По схеме «б» все наоборот при одной и той же температуре обратной сетевой воды (to).

Известна и смешанная схема. Последнюю важно использовать не вообще, как это делается сегодня, а целенаправленно для поддержания комфортных температур адресно по высоте всего дома внутри угловых квартир, которые отличаются повышенной теплоотдачей наружу. В целом в таких комнатах и квартирах по смешанной схеме будет усредненная довольно высокая температура греющей сетевой воды по всем этажам дома, приближающаяся к расчетной (рис. 5, в), а не такая, как указано выше по схеме «а» и «б». Это может снизить дискомфорт в угловых и неблагополучных квартирах и сократить потери от перегрева других более теплых помещений.
Таким образом, перечисленные факты подсказывают решения более эффективного использования теплоты. С другой стороны прямые потери тепловой энергии непосредственно усиливают парниковый эффект планеты и ускоряют глобальное потепление климата. Происходит переплетение экологических и экономических вопросов, обязывающее вести энергосбережение уже с гражданских позиций для сохранения окружающей нас природы и уменьшения заболеваний людей.

1. Эскиз неподвижной опоры трубопровода.

2. Термограмма промежуточной скользящей опоры трубопровода теплосети.

3. Эскиз подвижной опоры с минимальным оттоком теплоты.

4. Схемы остывания греющей сетевой воды в 6-тиэтажом доме: а - с верхней разводкой, б - с нижней разводкой, в - со смешанной разводкой.

С анализом российского рынка теплоизоляции Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок теплоизоляционных материалов в России ».

к.т.н. В.И.Рябцев, член-кор. МАН, доцент, Курский технический университет; к.т.н. М.А.Литвиненко, инженер; А.Н.Плетнев, инженер; Г.А.Рябцев, инженер, Курские муниципальные тепловые сети