Павильон «Инженерные решения энергоэффективных систем теплоснабжения» Сектор «Автономное и индивидуальное электро- и теплоснабжение»

Автономное и индивидуальное электро- и теплоснабжение

 Автономные и индивидуальные системы – развивающийся в России сегмент рынка теплоснабжения. По оценкам экспертов в ближайшее десятилетие доля автономного и индивидуального теплоснабжения в стране возрастет в 1,3-1,5 раза.
 Областью применения автономных источников теплоснабжения становятся здания предприятий малого и среднего бизнеса, торговые центры, культурно-оздоровительные, развлекательные и спортивные комплексы, гостиницы, офисы.
 Преобладающая сфера применения индивидуальных систем – теплоснабжение жилых одноквартирных и сблокированных домов, коттеджей, дач, а в последние годы и многоэтажных жилых домов.
 Настоящий раздел альбома посвящен, в основном, традиционным технологическим решениям систем теплоснабжения малой и средней мощности, но было бы неправильно не упомянуть о комбинированных системах.
 Прежде всего, в настоящее время проявляется все больший интерес к установкам когенерации тепловой и электрической энергии малой и средней мощности, другими словами, к МИНТ-ТЭЦ мощностью от 0,100 до 10 МВт. В стране на базе высокотехнологичных газотурбинных установок и двигателей внутреннего сгорания уже построено несколько десятков подобных систем.
 Другой класс быстро развивающихся систем – это установки тепло-холодоснабжения, применяемые в системах кондиционирования воздуха на базе хладоновых тепловых насосов. В этих установкам используются, в основном, винтовые и поршневые компрессоры, и в большинстве случаев их термодинамический цикл построен на теплообмене с наружным воздухом. Гамма серийно производимого оборудования включает машины от 2-х кВт до 1 МВт. К сожалению, область их применения по теплоснабжению ограничена наружной температурой не ниже –15^оС, и как правило, их используют в качестве систем воздушного отопления в переходные периоды года. Летом они работают в режиме воздушного охлаждения.
 Область применения подобных систем – здания с повышенными требованиями к тепловому комфорту – офисы, гостиницы, современные торговые, спортивные, развлекательные центры.

Автономные котельные
 Полностью автоматизированные котельные малой мощности, как правило, не более 5 МВт, получили распространение в стране для теплоснабжения отдельных зданий.
 Крышные, встроенные или пристроенные автономные котельные являются разумным дополнением централизованного теплоснабжения и с успехом применяются для теплоснабжения и жилых, и промышленных, и гражданских зданий.
 Отсутствие протяженных тепловых сетей, максимальное соответствие режимов теплопроизводства и теплопотребления, повышенная тепловая комфортность объекта - далеко не полный перечень достоинств автономного теплоснабжения. Управление и контроль за работой десятков автономных котельных может осуществляться без постоянного обслуживающего персонала с центрального компьютера диспетчерского пункта.
 Оборудование котельных рекомендуется применять в блочном или контейнерном исполнении высокой заводской готовности. В помещениях котельных должна предусматриваться возможность ремонта и замены оборудования или его элементов. Для крышных или пристроенных котельных целесообразно использовать малогабаритное оборудование модульного типа: котлы, теплообменники, насосы.
В большинстве случаев рекомендуется использовать газопроводы низкого давления; при использовании газопроводов среднего давления котельная должна быть укомплектована шкафным регуляторным пунктом.
 Важное внимание должно уделяться энергоэффективности и экологичности оборудования. КПД котлов должен быть не менее 92%, а содержание в продуктах сгорания вредных веществ не должно вызывать предельно допустимых концентраций в приземном слое атмосферы.
 Все основное оборудование должно иметь сертификат соответствия и подробную сопроводительную документацию на русском языке.
 Рабочее давление оборудования котельной, включая котлоагрегаты, насосы, теплообменники, арматуру, должно соответствовать гидравлическому режиму систем теплопотребления. Теплообменники систем отопления и вентиляции, как правило, рекомендуется применять пластинчатого типа. Для систем горячего водоснабжения могут быть рекомендованы емкостные теплообменники, снижающие пиковые нагрузки на котельные и менее чувствительные к жесткости сетевой воды.
 Насосы рекомендуется использовать бесфундаментного типа малой мощности. Это положение реализуется с использованием коллекторных или групповых схем присоединения теплопотребителей.
 Сравнительно небольшая емкость теплоносителя в контуре автономного теплоснабжения позволяет отказаться от промоздкого оборудования водоподготовки, и в большинстве случаев ограничиться дозатором специальных противонакипных добавок – комплексонов.
 Запорная арматура, используемая в котельных, как правило, применяется дисковая или шаровая. Оптимальность теплогидравлических режимов обеспечивается балансировочными и регулирующими клапанами, управляемыми по заданной программе контроллерами. В большинстве случаев используются свободно программируемые контроллеры, связанные модемной связью с компьютером диспетчерского пункта.
 Помимо управляющих функций система автоматизации котельных обязательно должна обеспечивать звуковую и световую сигнализацию в диспетчерский пункт о пожаре, несанкционированном проникновении посторонних лиц, загазованности, срабатывании газового отсечного клапана, останове основного оборудования.
 На рис. 1-3 приведены примеры компоновочных решений автономных газовых котельных.
 Пристроенная или отдельно стоящая котельная средней мощности (от 3 до 10 МВт) для удобства размещения оборудования может основываться на двухуровневой компоновке оборудования (рис. 1). В пристроенных и встроенных котельных малой мощности от 0,5 до 3 МВт) для размещения теплообменников, насосов, арматуры, как правило, используется пристенная зона, что обеспечивает удобство обслуживания и ремонтопригодность (рис. 2).

                рис. 1.

В крышных котельных (рис. 3) применяется малогабаритнаое легкое модульное оборудование в блочном исполнении, сочетающее возможность ремонта и замены оборудования без специальных подъемно-транспортных средств с компактностью и эргономичностью.
 Учитывая, что автономные котельные находятся в непосредственной близости

                                   рис. 2.                                                    от обслуживаемого здания, они должны удовлетворять повышенным требованиям пожаровзрывобезопасности, а также оборудованы специальными средствами защиты от шума и вибрации.
 Первый опыт применения автономных котельных, наряду с достоинствами этого способа теплоснабжения, выявил и ряд серьезных проблем: ошибки в проектировании, неправильный выбор оборудования, слабый уровень технического обслуживания, слабая адаптация к реальным характеристикам газо-, электро-, водоснабжения.
 Приведенные в этом разделе материалы ведущих отечественных и зарубежных предприятий свидетельствуют об успешном решении сложных проблем автономного теплоснабжения.

                 рис. 3.

Поквартирное теплоснабжение многоэтажных и индивидуальных жилых домов
 По энергетической эффективности индивидуальное теплоснабжение на базе современного высокотехнологичного бытового котла в квартире или индивидуальном доме почти в 2 раза превосходит районную котельную и соответственно в 1,2-1,3 раза автономный источник теплоснабжения.
 Индивидуальное теплоснабжение один из самых перспективных секторов теплоэнергетики. В стране находится в эксплуатации около 2 млн. бытовых котлов и специалисты оценивают ежегодный прирост в 35-40000 теплогенераторов. При этом надо учесть, что основной объем потребления котлов приходится на замену физически и морально устаревшего оборудования (160-180000 ед. в год).
 Непрерывно растет доля применения современных высокотехнологичных котлов с высокой степенью автоматизации и КПД не менее 92%, в основном импортного производства.
 Индивидуальное теплоснабжение - эффективное решение для индивидуальных и сблокированных малоэтажных домов.
 Но наиболее перспективным направлением применения бытовых газовых котлов могут стать многоэтажные жилые дома с поквартирным отоплением.
 В каждой квартире устанавливается настенный газовый двухконтурный котел, обеспечивающий и отопление, и горячее водоснабжение. Как правило, для этой цели в наибольшей степени подходят котлы мощностью 15-20 кВт с герметичной топкой. В котлах с герметичной топкой подвод воздуха для горения и отвод продуктов сгорания осуществляется газоплотными воздуховодами, сообщающимися с атмосферой и не связанными с воздушным пространством квартиры. Выбор мощности котла осуществляется по горячеводной нагрузке, поскольку для компенсации теплопотерь, как правило, достаточно 8-10 кВт даже для самых больших квартир.
 Реализация этого направления в многоэтажных жилых домах-новостройках позволит обеспечить прирост объемов продаж котлов на 8-10 тыс. шт. в год в первые 2-3 года, а в последующем стабильный рост на 10-12% в год.
 В настоящее время эксплуатируется более 10 многоэтажных домов с таким способом теплоснабжения, в основном, высотой до 5-ти этажей (этажность ограничена действующими строительными нормативами.
 В порядке эксперимента Госстрой РФ и ГУПО МВД РФ разрешили строительство 9-14 этажных домов с поквартирным отоплением в Смоленской, Московской, Тюменской, Саратовской областях.
 Поквартирное отопление обладает рядом неоспоримых преимуществ перед традиционными способами теплоснабжения:

• высокая энергетическая эффективность и, как следствие, экономия газа и значительное сокращение эмиссии вредных выбросов в атмосферу;

• высокая регулируемость и автоматизация в соответствии с потребностями потребителя;

• низкие капитальные затраты и отнесение их на счет владельцев квартир;

• удобство технического обслуживания сервисными службами (на одном объекте обслуживается 100-200 однотипных сравнительно простых агрегатов);

• удобство оплаты за потребленные теплоресурсы по показаниям газового счетчика.

 Госстрой в 2000 г. поручил Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (АВОК) разработку строительных норм и свода правил по проектированию поквартирных систем отопления в многоэтажных жилых домах. Разработку нормативов планируется завершить в 2002 г.
 Вместе с тем имеется серьезный недостаток в поквартирном отоплении – это повышенная пожаровзрывоопасность. Обитатели квартиры должны соблюдать правила безопасной эксплуатации котлов, включая и пенсионеров, инвалидов, детей. Современные газовые настенные котлы с герметичной топкой имеют 5-8 систем защиты и на порядок более безопасны, чем газовые плиты и традиционные газовые колонки, но, тем не менее, требуют определенной культуры эксплуатации.
 В отличие от Западной Европы, где опыт эксплуатации подобного оборудования насчитывает десятилетия и статистика аварий в основном связана с неадекватным поведением людей (пренебрежение элементарными нормами, случаи суицида), в России, по-видимому, потребуется более жесткий контроль за эксплуатацией этого оборудования со стороны надзорных органов, а не исключено и применение специальных систем запрета с отсечными газовыми клапанами в каждой квартире и детекторами на метан и угарный газ.
 Следует отметить, что в таких западноевропейских странах, как Италия, Испания, Франция, Германия поквартирное отопление является преобладающим и рынок настенных газовых котлов в многоэтажных домах исчисляется миллионами штук в год. В этих странах, а также в рамках ЕС разработана и успешно применяется система нормативных документов, регламентирующих проектирование, монтаж и эксплуатацию поквартирного отопления в многоэтажных зданиях.
 Можно ожидать, что программа реализации поквартирного отопления будет поддержана региональными администрациями. Уже на сегодняшний день действующие в регионах тарифы на тепловую энергию и горячую воду при поквартирном отоплении позволяют исключить бюджетную дотационную составляющую. В дальнейшем же при реализации жилищно-коммунальной реформы и общем сокращении и ликвидации бюджетных дотаций, этот сектор теплоснабжения при разумной тарифной политике может стать и доходной составляющей регионального бюджета. Это обстоятельство обусловлено отсутствием непроизводительных потерь теплоты:

• внутрикотельных расходов тепла;

• потерь теплоты и теплоносителя в тепловых сетях;

• потерь, связанных с несоответствием режимов теплопроизводства и теплопотребления;

• потерь из-за несовершенства систем отопления и тепловых пунктов;

• потерь из-за несовершенства систем управления и автоматизации.

 Основные схемные решения поквартирного теплоснабжения                        рис. 4       многоэтажных жилых домов приведены на рис.4.                                                                                     
 Отличия связаны с вариантами подвода воздуха к котлу для горения газа и отвода продуктов сгорания. На схемах I и II показаны схемы индивидуального отвода и подвода газоходов. Причем, вторая схема имеет оригинальную конструкцию «труба в трубе».
 Недостатком этих схем является нарушение архитектурного облика фасадов здания и вероятность конденсата и инея на поверхности наружной стены, прилегающей к отводящему газоходу.
 Схема 4 позволяет избежать указанных недостатков, так как и подвод воздуха к котлам и отвод продуктов сгорания осуществляется через коллективные вертикальные коллекторы, которые предусматриваются на стадии архитектурно-планировочных решений. Кроме того, размещение отводящего коллектора в лестничной клетке позволяет решить проблему ее отопления. Схема III является комбинированной: индивидуальный подвод воздуха и коллекторный отвод продуктов сгорания.
 В схеме обвязки двухконтурного котла предусматриваются элементы обвязки: расширительные баки, насосы, регулирующая арматура, - размещены в коридоре котла.
 Для больших индивидуальных домов и коттеджей схемы индивидуального теплоснабжения немного сложнее и выбор элементов оборудования осуществляется в соответствии с расчетными динамическими характеристиками систем теплопотребления, количество которых может достигать 3-х и более.