Снижение потерь в тепловых сетях. Причины теплопотери дома и как сохранить тепло

Потери воды в тепловых сетях: методы снижения объема утечек

Задача уменьшения потерь воды сегодня стоит весьма остро. Утечки теплоносителя и, как следствие, существенные потери тепла имеются на большинстве действующих сетей. В результате увеличивается объем необходимой подпиточной воды, расходы на ее подготовку.

Основные причины утечек:

• Разрушение труб под действием коррозии.
• Неплотная подгонка регулирующей и запорной арматуры.
• Нарушения целостности трубопровода под воздействием механических нагрузок, которые происходят по причине некачественного монтажа.

Для восполнения утечек необходима энергия источника теплоты (подпиточная вода подогревается до определенной температуры), что приводит к лишним затратам.

Потери горячей воды могут быть:

• аварийными;
• постоянными.

Постоянные в тепловых сетях зависят от площади неплотных участков и давления. Аварийные утечки связаны с разрывами трубопроводов. Потери холодной воды (остывшего теплоносителя) вследствие аварий встречаются довольно редко. Подавляющее большинство аварий происходит именно на подающих трубопроводах. По ним движется вода высокой температуры под достаточно большим давлением.

Согласно действующим нормативам при эксплуатации тепловой сети утечка теплоносителя должна за час составлять не более 0,25% от общего объема.

Для сокращения потерь тепла, причиной которого являются утечки воды, необходимо регулярно проводить профилактические мероприятия.

К таким мерам относятся:

• Защита труб от электрохимической коррозии. Для этого выполняется катодная защита, и наносятся антикоррозийные средства.
• Качественная водоподготовка. Для замедления коррозии трубопроводов снижают количества растворенного в воде кислорода.
• Периодическая оценка остаточного ресурса труб. Благодаря этому можно своевременно выявлять участки трубопровода, которые необходимо заменить. Это позволяет существенно снизить риск аварий и, как следствие, уменьшить потери воды.

Водный баланс тепловых сетей

На любом объекте, который поставляет тепло, каждый месяц определяют эффективность работы. В том числе, подсчитывают баланс отпущенной и доставленной конечным потребителям воды. Небаланс может свидетельствовать как о существенных утечках, так и о неправильно проведенных измерениях или расчетах. Например, при выполнении расчетов не учтена погрешность средств измерения.

Если наблюдается крупный небаланс, имеет смысл заказать диагностику сети, которая определит ее техническое состояние и возможность дальнейшей эксплуатации. Инженерная диагностика – это целый комплекс работ. Проводится визуальное обследование трубопровода, которое позволяет выявить очаги коррозии. При помощи ультразвуковой диагностики выполняется толщинометрия труб.

Скрытые утечки обнаруживаются посредством корреляционной и акустической диагностики. Также выполняется анализ технической документации и необходимые инженерные расчеты. Заказчику представляется заключение, в котором указан остаточный ресурс, техническое состояние сети и рекомендации.

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.

---IV. Повышение эффективности систем энергоснабжения
------4.4. Тепловые сети

4.4.3. Методы снижения потерь в тепловых сетях

Основными методами являются:

• 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;
• повышение pH сетевой воды;
• 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.

Первое, что сделали в теплоснабжающих предприятиях бывших стран СЭВ и Прибалтики после перехода к рыночным отношениям, - это осушили каналы тепловых сетей. Из всех возможных технических мер по снижению издержек эта оказалась самой экономически выгодной.

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.

Просим Вас оставлять свои замечания и предложения по стратегии . Для чтения документа выберите интересующий Вас раздел.

Энергосберегающие технологии и методы

Введение
Настоящая статья кратко описывает проблематику энергосбережения, сложившуюся сегодня на подавляющем большинстве отечественных объектов производства, транспортировки и потребления тепловой энергии, предлагая варианты их эффективного решения.

Существующие тепловые системы, в основной своей массе, проектировались и создавались без учета возможностей, появившихся на теплоэнергетичском рынке в течение последних 10 лет. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении. Например, возможность точного моделирования тепловых процессов на ЭВМ привела к появлению новых эффективных конструкций котлоагрегатов и схем отопления, а достижения электронной индустрии обеспечили возможность широкого применения средств учета тепловой энергии и высокоэкономичных регулирующих устройств.

Таким образом, в конце ХХ века энергосбережение получило на свое вооружение большое количество эффективных технологий и новое оборудование, позволяющее значительно (до 50%) повысить надежность и экономичность работы уже существующих тепловых систем и проектировать новые системы, качественно отличающиеся от уже существующих.

Энергосбережение. Аксиомы.

Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичнсти) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект, - цель энергосбережения, - имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его тепловых потерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

Однако, несмотря на уникальность в общем случае факторов, вызывающих потери в каждой конкретной тепловой системе, отечественные объекты имеют ряд характерных особенностей. Они очень похожи друг на друга, что связано с тем, что строились они по общим для "Союза" проектным нормам во времена, когда тепловая энергия стоила "копейки". Характерные проблемы и основные каналы тепловых потерь в энергосистемах "постсоветских" объектов хорошо изучены специалистами нашего предприятия. Решение подавляющего большинства проблем энергосбережения на них отработано нами на практике, что позволяет провести анализ, рассмотреть наиболее характерные ситуации с тепловыми потерями и предложить варианты их решения с прогнозированием результатов, основываясь на наш опыт работы с подобными ситуациями на других объектах.

Излагаемое ниже исследование рассматривает наиболее характерные проблемы существующих тепловых объектов, описывает наиболее существенные каналы непроизводительных потерь в них тепловой энергии и предлагает варианты снижения этих потерь с предварительным прогнозом результатов.

Тепловые системы. Источники потерь.

Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на 3-х основных участка:

1. участок производства тепловой энергии (котельная);

2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);

3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.

Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.

На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать:

Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6-8 %; Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2-5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами; Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2-3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4-5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы. Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%. При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2-5% Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два-три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание. На каждый цикл "Пуск-останов" котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной - ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной.

Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.

Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20-25%!

Алгоритм повышения экономичности работы уже существующего котлоагрегата в общем случае можно представить как последовательность определенных действий (в порядке эффективности):

1. Провести комплексное обследование котлоагрегатов, включая газовый анализ продуктов сгорания. Оценить качество работы периферийного оборудования котельной.

2. Провести режимную наладку котлов с инвентаризацией вредных выбросов. Разработать режимные карты работы котлоагрегатов на различных нагрузках и мероприятия, которые обеспечат работу котлоагрегатов только в экономичном режиме.

3. Произвести чистку наружных и внутренних поверхностей котлоагрегатов.

4. Оборудовать котельную рабочими приборами контроля и регулирования, оптимально настроить автоматику котлоагрегатов.

5. Восстановить теплоизоляцию котлоагрегата, обнаружив и устранив неконтролируемые источники присосов воздух в топку;

6. Проверить и возможно модернизировать систему ХВО котельной.

Вопрос тепло сбережения обоснован тремя главными причинами, к которым относят:

• значительный рост цен на энергоресурсы;
• уменьшение природных запасов энергетического сырья, из которого вырабатывается тепловая энергия;
• значительное негативное влияние выбросов от сжигания энергетического сырья на климат и природу.

Наружная теплоизоляция стен зданий

В современных строительных технологиях центральным техническим и технологическим средством, с помощью которого выполняется теплоизоляция наружных стен, является минеральная вата. Этот материл, изготавливается производителями в виде ватных плит из базальта и кремнезема, которые покрываются водостойким веществом. Основным способом укладки этого теплоизоляционного средства является его монтаж под облицовочную кирпичную кладку, что позволяет создать так называемую вентилируемую прослойку стен.

В строительной индустрии применяют следующие основные способы утепления стен:

• теплоизоляция при помощи пенополистирола – способ наклейки специального пенопласта или нанесение жидкого пенополиуретана на наружную сторону стен, которые могут быть с вентилируемой прослойкой и без нее;
• теплоизоляция при помощи создания, так называемого «мокрого» вида стен – этот способ предусматривает монтаж на стену ватных плит, на которые наклеивается специальная армирующая сетка, и дальнейшее покрытие их шпаклевочным материалом;
• наружная теплоизоляция стен дома с вентилирующей прослойкой, при которой используется, для предотвращения возможности появления разрушающего стены конденсата, пароизоляционный материал и ватные плиты, с последующей их обработкой фасадным материалом, через деревянную обрешетку.

Теплоизоляция тепловых магистралей

На сегодняшний день, одной из самых передовых технологий при утеплении трубных магистралей является создание специальной теплоизоляционной скорлупы из пенополистирола. Диаметр и толщина такого изоляционного материала изготавливаются производителями исходя из существующих размеров труб и по индивидуальному заказу.

Эффективность в снижении тепловых потерь при использовании в качестве утеплителя для труб изоляционной скорлупы достигается особенными его характеристиками:

• высокая степень водонепроницаемости;
• устойчивость к разным видам процессов гниения (грибки, плесень).