Потери энергии в теплотрассах при централизованном теплоснабжении

Разрушенная теплоизоляция на магистральной теплотрассе.

Разрушенная теплоизоляция на магистральной теплотрассе.

В системе централизованного теплоснабжения тепловая энергия, получаемая на котельной передается теплоносителю и поступает в теплотрассу, по которой она поступает к потребителям.  Транспортировка энергии — это технологический процесс, имеющий как собственные затраты на организацию, так  и потери. В общем случае они складываются из следующих составляющих:

  • Затраты на транспортировку энергии. Прежде всего они состоят из затрат электроэнергии на сетевые насосы,  обеспечивающие движение теплоносителя по теплотрассе. Важнейшую роль в определении величины этих затрат, играет техническое состояние этих насосов, их общий КПД (электродвигателя и гидравлической части).
  • Потери тепла через теплоизоляцию. Очевидно: при наличии теплотрасс какое-то количество тепловой энергии теряется через теплоизоляцию. Величина этих потерь, разумеется, зависит от длины теплотрассы, способа укладки трубопроводов и состояния теплоизоляции.
  • Нарушение гидравлического баланса. Дополнительные (но менее очевидные) затраты на транспортировку тепла могут возникать при нарушении  гидравлического баланса в тепловой сети. В расчетном режиме работы каждому потребителю тепла, подключенному к общей теплотрассе, должно поставляться ровно такое количество теплоносителя, которое ему необходимо. Однако, если по каким-либо причинам вдруг возникает дисбаланс и, например, какому-то дальнему потребителю тепла не хватает, это вынуждает котельную поднимать параметры теплоносителя. При этом у ближних потребителей возникает переизбыток тепла, которое ими не используется. Избыточное тепло в этом случае возвращается на котельную в виде высокой температуры в обратном трубопроводе. Создается ситуация когда теплоноситель бесполезно путешествует по теплотрассе туда-сюда, растут затраты на его перекачку и потери через теплоизоляцию.
  • Аварийные ситуации. Данная составляющая потерь энергии обусловлена периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя.

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7%.

Каким образом могут возрасти потери в теплотрассе?

Нарушение теплоизоляции, выявляемое с помощью тепловизора

Нарушение теплоизоляции, выявленное с помощью тепловизора

Для того, чтобы теплотрасса вместо надежного мостика поставки энергии между котельной и потребителями не превращалась в своеобразную «дыру в кармане», через которую постоянно вытекают деньги, следует учесть следующее:

  • использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии. Современные импортные насосы, разработанные уже в течение последнего десятилетия имеют общий КПД примерно в 2 раза выше, чем у широко применяющихся сегодня отечественных, обладают высокой надежностью и качеством работы. Кроме этого серьезную помощь в снижении расхода электроэнергии на перекачку способны дать устройства частотного модулирования для автоматического управления скоростью вращения асинхронных двигателей насосов (т.н. «частотники»). Особенно полезны последние в случае, если потребители тепла в своих тепловых пунктах широко используют автоматические регуляторы температуры, которые нарушают постоянство расхода теплоносителя в теплотрассе.
  • при большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс. При возрастании выше средней величины тепловых потерь по длине, следует уделить внимание следующему факту: в настоящее время на рынке появились новые виды предварительно изолированных теплопроводов, например типа «Экофлекс». Тепловые потери такого трубопровода (например для «Экофлекс-Кватро» — 13,21 Вт/м против обычной стальной трубы с теплоизоляцией — 120 Вт/м) практически в 10 раз ниже (!), а надежность безаварийной работы в десятки раз выше. Последний показатель особенно актуален для снижения потерь, связанных с нештатными аварийными ситуациями, неконтролируемыми утечками теплоносителя и затратами на авральные ремонтные работы на теплотрассах. Другим вариантом выхода из сложившейся ситуации может быть монтаж крышной котельной прямо на объекте теплопотребления. Современное котельное оборудование и автоматика позволяет оборудовать на котельную прямо на крыше отапливаемого здания. Такая котельная работает полностью в автоматическом режиме с очень высоким КПД — порядка 85-90%.
  • гидравлическая сбалансированность теплотрассы является основополагающим фактором, определяющим экономичность ее работы. Подключенные к теплотрассе объекты теплопотребления должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления и возникает ситуация с возвращением части тепла по обратному трубопроводу на котельную. Помимо увеличения затрат на транспортировку,  разбалансированность зачастую ведет к снижению КПД котлов на котельной.
  • если вода для систем горячего водоснабжения (ГВС) подогревается на расстоянии от объекта потребления, то трубопроводы трасс ГВС обязательно должны быть выполнены по циркуляционной схеме. Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около 35-45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивается впустую. Одним из способов, позволяющих значительно снизить потери энергии в ГВС, является производство горячей воды прямо в теплопунктах зданий — потребителей. Эффективным и современным способом для этого являются пластинчатые теплообменники, обладающие рядом существенных преимуществ по отношению к традиционно используемым кожухотрубным.

Как снизить потери в теплотрассах?

Использование частотного управления вместо дросселирования способно существенно сэкономить затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя

Использование частотного управления вместо дросселирования способно существенно сэкономить затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя

Провести энергетический аудит: комплексное обследование теплотрасс от котельной к потребителям и выявить основные каналы появления в них тепловых потерь. Оценить величины этих потерь и на основании полученных данных предпринять следующие шаги:

  • Если имеющееся насосное оборудование имеет  низкий фактический КПД, возможно имеет смысл подумать об его замене.  На нашей практике достаточно часты случаи, когда такая модернизация окупается буквально за 1-2 тепловых сезона.
  •  При экономической целесообразности (прежде всего если присутствуют явные суточные колебания в нагрузке потребителей) на сетевых насосах необходимо использовать устройства частотного регулирования скорости («частотники»).
  • При выявлении неравномерностей в распределении тепла по потребителям (прежде всего — проблемы с теплоснабжением дальних объектов) обязательно провести гидравлическую наладку теплотрасс с шайбированием по фактически потребляемой тепловой нагрузке.
  • В зависимости от текущего состояния нужно восстановить или усилить теплоизоляцию теплотрасс. Или, при экономической целесообразности, переложить существующие трубопроводы использовав для замены предварительно изолированные трубопроводы.
  • Для систем ГВС нужно обеспечить циркуляционную схему включения. При большой удаленности бойлерных от потребителей — по возможности оборудовать теплопункты потребителей тепла пластинчатыми теплообменниками для нужд ГВС или блочными теплопунктами.
  • Произвести замену запорной арматуры на трассе с использованием современной арматуры (например — поворотных заслонок), что значительно снизит тепловые потери в нештатных и аварийных ситуациях, а также исключит варианты появления утечек теплоносителя через сальники задвижек.