Экспериментальные исследования тепловых вводов многоквартирных зданий

А. Гилюс, доктор техн. наук,

Э. Исявичюс, доцент, Каунасский технологический университет, Литва

Главной проблемой специалистов коммунального и жилищного хозяйства является бережное расходование тепла. Даже незначительное уменьшение расхода тепла за счет эффективного его использования дает возможность экономить дорогостоящее топливо и уменьшать загрязнение атмосферы продуктами сгорания.

В настоящее время в Литве главным потребителем тепла является жилищное и коммунальное хозяйство – тепло в основном идет на отопление зданий и на подготовку горячей воды. Большинство потребителей тепло получают централизованно, т. е. из городских тепловых сетей, а для его распределения и регулирования в подвалах зданий имеются тепловые вводы, оснащенные соответствующим оборудованием. Как правило, это физически и морально устаревшие тепловые узлы, в которых главным элементом является элеватор типа ВТИ [1].

Качество работы оборудования теплового ввода в основном зависит от стабильности параметров теплоносителя в тепловых сетях. Даже незначительные отклонения этих параметров во многом влияют на температуру воздуха в обслуживаемых помещениях, поскольку в зданиях старой постройки, как правило, смонтированы однотрубные системы отопления. Неравномерное распределение тепла в любом из стояков в здании имеет прямое влияние на расход тепла в целом, т. к. невозможно поддерживать одинаковую температуру воздуха в отдельно взятых помещениях: помещения, находящиеся в центре здания, перегреваются, а находящиеся у конечной стены – тепла недополучают. Учитывая то, что общий расход тепла на отопление здания между его жителями распределяется поровну, т. е. расчет ведется на основании занимаемой площади квартиры и не зависит от интенсивности отопления, то можно уверенно говорить о том, что существующее положение не способствует сбережению тепла.

Для изменения данной ситуации требуется в первую очередь переоборудовать тепловые вводы и только после этого приступить к реконструкции несовершенной однотрубной системы отопления, включая установку счетчиков тепла в квартирах.

Многие исследователи утверждают, что при современном переоборудовании тепловых вводов с установкой должной автоматики расход тепла на отопление может быть снижен до 20 % [2, 3], однако из-за сложности проведения экспериментов достоверных данных, подтверждающих это положение, на сегодняшний день нет. Кроме того, для осуществления такой модернизации требуются значительные капиталовложения, однако из-за низкого финансового потенциала жителей и государства в целом эти работы ведутся сравнительно медленно. Известно, что для модернизации одного теплового ввода требуется около $10–15 тыс.

1. Цель и объект исследований

Цель настоящей работы – на основании натурных исследований дать оценку проводимой реконструкции оборудования тепловых вводов и предложить пути решения этой задачи при отсутствии должного финансового обеспечения.

Для исследований был выбран многоэтажный 45-квартирный дом в Каунасе. Его отапливаемая площадь – 2 724 м², общая площадь наружных поверхностей (за исключением площади подвала) – 4 637 м². Дом построен в 1972 году, наружные стены выполнены из пустотелого керамического кирпича, перекрытие – бесчердачное. В тепловом пункте упомянутого дома установлен элеватор типа ВТИ. Для учета расхода тепла в 1994 году на тепловом вводе был установлен счетчик. В здании смонтирована однотрубная система отопления с «П»-образными стояками и трехходовыми кранами для гидравлического регулирования, которые установлены на подводках к отопительным приборам.

Тепловой ввод упомянутого здания был дважды реконструирован. Первая реконструкция на средства жителей дома была осущевлена в 1997 году (на это было израсходовано приблизительно $500). Схема реконструкции теплового ввода приведена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема реконструкции теплового ввода: 1 – циркуляционный насос; 2 – вентиль; 3 – задвижка; 4 – заглушка; РР – регулятор расхода; ГН – гидравлический насос (элеватор); Т1, Т2 – теплоноситель тепловых сетей

Вторая реконструкция оборудования того же теплового ввода по классической схеме осуществлялась на средства организации теплоснабжения в связи с тем, что в данном районе были упразднены квартальные бойлерные. Стоимость этой реконструкции составила $4–5 тыс. Именно здесь были идеальные условия для оценки эффективности различных вариантов реконструкции оборудования теплового ввода.

При выполнении первой реконструкции (рис. 1) параллельно существующему элеватору была смонтирована новая система, состоящая из циркуляционного насоса, запорно-регулирующей арматуры и трубопроводов. Существующий элеватор из системы выключается с помощью соответствующих вентилей и задвижек или путем установки в присоединительных фланцах заглушек. В случае выхода из строя циркуляционного насоса элеватор в рабочее состояние может быть введен немедленно без особого труда. В данном случае элеватор не демонтируется, а оставляется в резерве. Это очень важно в зимнее время, в выходные, праздничные дни и т. д.

После подбора соответствующих параметров циркуляционного насоса в системе отопления поддерживается повышенная циркуляция теплоносителя и таким образом удается уравновесить условия отопления всех помещений, независимо от их местонахождения в здании.

Регулирование интенсивности отопления осуществляется вручную регулятором расхода или вентилем, находящимся на подающей магистрали теплового ввода.

При осуществлении второй реконструкции оборудования теплового ввода была смонтирована полностью автоматизированная система управления, а система отопления отделена от тепловых сетей пластинчатым теплообменником. Вода для горячего водоснабжения приготовлялась отдельным пластинчатым теплообменником.

Рисунок 2. Изменение температуры воздуха в исследуемых помещениях здания при работе в тепловом вводе элеватора (а – помещения на 1 этаже, б – помещения на 5 этаже) и циркуляционного насоса (в – помещения на 1 этаже, г – помещения на 5 этаже)

2. Методика и результаты исследований

Оценка эффективности каждого способа реконструкции осуществлялась путем регистрации температуры воздуха в исследуемых помещениях, находящихся на первом и пятом этажах, температуры наружного воздуха и месячного расхода тепла на отопление.

Для приведения результатов исследования к единому знаменателю, на основании работы [4], для каждого месяца по уравнению (1) был подсчитан расход тепла q на подогрев воздуха на 1 °C:

(1)

где Q – месячный расход тепла на отопление, Вт•ч;

t – количество суток в рассматриваемом месяце, сут.;

Dt = t_n – t^*_H, °C;

t_n – температура воздуха в помещении, °C (t_n = 18 °C);

t^*_H – среднемесячная температура наружного воздуха, °C.

Учитывая то, что расход энергии q в значительной степени зависит от ряда показателей отдельно взятого здания (его отапливаемой площади, конфигурации и др.), в настоящей работе был вычислен удельный расход энергии q_t на отопление 1 м² помещения при подогреве воздуха на 1 °C в сутки:

(2)

где f – суммарная площадь отапливаемых помещений здания, м².

Кроме того, для регистрации неравномерности отопления в исследуемых помещениях, расположенных равномерно по всей длине здания, регистрировали температуру воздуха. Во избежание влияния солнечной радиации на результаты исследований, помещения в здании подобраны на северной стороне первого и пятого этажей. Данные получены при работе в тепловом вводе элеватора, циркуляционного насоса и при полностью переоборудованном вводе, т. е. при автоматическом регулировании всех параметров теплоснабжения. По зависимости (3) были вычислены изменения температуры воздуха Dt для каждого помещения.

Dt = t – t^*, (3)

где t – температура воздуха в исследуемом помещении, °С;

t^* – средняя температура воздуха в здании, °С.

Результаты исследований приведены на рис. 2. Из рисунка видно, что максимальное отклонение температуры воздуха в исследуемых помещениях от средней зафиксировано в центре здания (2,5–3,0 °С) и по краям здания (-2,5 °С). Установлено, что расположение помещений по этажам существенного влияния на колебание температуры воздуха не имеет. Изменение температуры воздуха в здании Dt при работе в тепловом вводе циркуляционного насоса, а также при работе полностью автоматизированной системы, не превышает ±1 °С.

На основании результатов исследований можно утверждать, что применение циркуляционных насосов (без дополнительного гидравлического регулирования системы отопления) дает возможность создать одинаковые условия теплообеспечения помещений, независимо от их расположения в здании, а также создает предпосылки для сбережения тепла.

Удельный расход тепла на отопление приведен на рис. 3. Из рисунка видно, что по проектным данным удельный расход тепла в среднем больше примерно на 25 % по сравнению с реально существующим элеваторным вариантом, а это указывает на необходимость установки в зданиях системы учета тепла. Замена элеватора циркуляционным насосом позволяет не только улучшить комфорт в помещениях, но и уменьшить удельный расход энергии в среднем около 10 Вт•ч/°С в сутки на м². Более значительный эффект получен при осуществлении полной модернизации оборудования теплового ввода. Это особенно очевидно в переходный период отопительного сезона, когда колебание температуры наружного воздуха является существенным, а тепловые сети не в состоянии подогнать график теплоснабжения к быстро меняющимся условиям.

Сравнительная оценка различных способов модернизации тепловых вводов приведена на рис. 4. Из рисунка видно, что замена элеватора циркуляционным насосом позволяет уменьшить расход тепла в среднем на 13 %, а при полной модернизации оборудования теплового ввода – еще на 20 %.

Учитывая то, что после проведения первой модернизации жителям дома был дан экономический стимул по сбережению тепла (многие жители заменили окна современными, были остеклены лоджии и т. д.), то зафиксированный эффект третьей модернизации является в некоторой степени завышенным, однако без сомнения можно утверждать, что экономический выигрыш по сравнению с базовым вариантом составляет не менее 20 %.

Выводы

1. Замена элеватора циркуляционным насосом позволяет уменьшить расход тепла на отопление здания в среднем на 13 % и создать условия для выравнивания теплообеспечения во всем здании.

2. Полная модернизация теплового пункта позволяет уменьшить расход тепла не менее чем на 20 %.

Литература

1. Лейв Ж. Я. и др. Справочная книга по санитарной технике. Л., 1966.

2. Креслинь А. Я., Скоробогат А. Б. Недостатки теплоузлов многоквартирных зданий в Риге и их модернизация // АВОК. 1999. № 6. С. 62–65.

3. Tamonis M., Dagys A., Kuprys A., Kveselis V. Perspectives for District Heating Boiler-Houses Reconstruction and Modernization in Lithuania // Proceedings of IAEE East-European Conference. Kaunas, Lithuania. 1992. P. 288–291.

4. Martinaitis V. Dе•l sezoniniuc silumos poreikiuc skaiciavimo paga; «laipsniuc dienas» // Vilniaus technikos universiteto mokslo darbai. Santechnika ir hidraulika. 1994. P. 54–56.