Модернизация отопительной системы спортивно-зрелищного комплекса

В. Г. Бартенев, Г. В. Бартенев, ОАО «ВНИИРТ»,

М. Ю. Чернов, Волгоградский УСЗК

В Волгоградском Универсальном спортивно-зрелищном комплексе (УСЗК) ранее использовалась традиционная отопительная система централизованного теплоснабжения. Однако к середине 90-х годов прошлого столетия старая система конвективного отопления УСЗК была изношена на 80 %. И фактически встал вопрос либо о полном капитальном ремонте конвективной системы, либо о переходе на отопительную систему другого типа на основе новых энергосберегающих технологий.

При этом оказалось, что затраты на техническое переоснащение отопительной системы с использованием уникальных энергосберегающих электрических отопительных приборов – инфракрасных потолочных обогревателей – и энергосберегающей системы терморегулирования «Синтал Термолинк», а также последующая экс-плуатация этой отопительной системы требовали существенно меньших затрат, чем вложения в капитальный ремонт системы централизованного теплоснабжения, из-за высокой материалоемкости конструкции и больших объемов строительно-монтажных работ. К тому же на время проведения капитального ремонта надо было бы приостановить деятельность УСЗК. Следует также учесть, что спортивные сооружения УСЗК, кроме основного функционального назначения, стали местом проведения общественных мероприятий, театрально-эстрадных представлений, выставок-ярмарок. Помещения сдаются в аренду под офисы, магазины, склады и прочее. Подобная универсальность стала необходимостью в последние годы вследствие резкого подорожания энергоносителей, что привело к значительному увеличению эксплуатационных расходов. Поэтому предоставление отопительных услуг требовало индивидуального подхода к конкретному месту, времени и пользователю.

Все это было положено в основу модернизации отопительной системы УСЗК многоцелевого назначения. И в феврале 1999 года энергосберегающая система отопления была введена в эксплуатацию взамен традиционной централизованной конвективной системы.

Энергосберегающий эффект возник благодаря: высокой эффективности инфракрасных потолочных обогревателей и информационным цифровым технологиям, положенным в основу работы АСУ ТП. Рассмотрим кратко работу каждой составляющей.

Рисунок 1. (подробнее) Сравнительная диаграмма расходов на эксплуатацию различных отопительных систем Волгоградского УЗСК

Инфракрасные обогреватели – уникальные энергосберегающие электрические отопительные приборы, действующие по принципу лучистого тепла. В отличие от традиционных конвекторов потолочные обогреватели не используют воздух в качестве теплоносителя. Длинноволновые лучи теплового спектра почти беспрепятственно проходят сквозь воздух, преобразуясь в тепло лишь при соприкосновении с какой-либо поверхностью. Таким образом, около 90 % тепловой энергии передается преграждающим поверхностям, полу и мебели, которые в свою очередь отдают воздуху вторичное тепло. В этом случае наиболее комфортный режим – тепловой, сохраняется на уровне человеческого роста, что позволяет исключить необходимость обогрева бесполезного с энергетической точки зрения пространства под потолком. Необходимая тепловая мощность для обогрева помещений с высотой потолков 3,2 м снижается как минимум 30 % по сравнению с традиционными системами отопления. Здесь уместно отметить и ряд дополнительных особенностей таких обогревателей: пожаробезопасность, экологичность, высокая надежность (гарантийный срок эксплуатации – 25 лет), отсутствие переноса пыли, равномерный поверхностный нагрев, возможность работы в среде с повышенной влажностью (в УЗСК обогреватели установлены даже в душевых).

Быстрый легко управляемый обогрев помещений с помощью инфракрасных обогревателей позволяет дополнительно повысить энергосбережение за счет второй составляющей системы – информационных технологий. Она наилучшим образом реализует основную концепцию энергосбережения, развиваемую в ОАО «ВНИИРТ» [1, 2], основанную на адресном учете теплозатрат и адресном регулировании подачи тепла потребителям по месячной программе. Реализация этой концепции основана на применении современного аппаратно-программного комплекса с установкой цифровых датчиков температуры, сетевых контроллеров, управляющих компьютеров. Основной энергосберегающий эффект дает компьютерная программа «TLINK.EXE», функциями которой являются:

- адресное оперативное управление подачей тепла всем потребителями от центрального компьютера через сеть контроллеров, установленных в силовых шкафах в автоматическом режиме по месячной программе, запись во флеш-память контроллеров температурных уставок;

- прием данных по сети от контроллеров о температурах и состоянии всех цифровых датчиков;

- учет энергозатрат с помощью интерфейса с электросчетчиками потребителей.

Распределенная модульная архитектура системы реализована в г. Волгограде в 4-этажном Дворце спорта, включающем в себя кроме главного спортивного зала еще большое количество других помещений. Измерительные цифровые датчики температуры DS1820 [3, 4], число которых составляет около 160, установлены непосредственно в помещениях, в которых поддерживается заданная температура. Каждые восемь датчиков связаны однопроводным цифровым интерфейсом «Микролан» [5] с локальным модулем управления, размещенном в силовом шкафу. Каждый модуль управления принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие сигналы для семисторных ключей, через которые запитываются нагревательные элементы инфракрасного типа [6], установленные на потолке в соответствующих помещениях. Каждый локальный модуль управления обеспечивает как автономный режим регулирования температуры для каждого данного объекта, так и связан цифровым интерфейсом с центральным компьютером. В Волгоградском УСЗК используется 19 локальных модулей управления и два центральных компьютера. На компьютерах обрабатываются данные, получаемые от локальных модулей управления. Состояния объектов отображаются в удобном виде для оператора на экране монитора. При этом, кроме формуляров температур и температурных уставок по каждому локальному модулю с месячным программированием, выводятся поэтажные графические планы с температурами всех датчиков на каждом из этажей. Следует заметить, что команды управления, создаваемые центральными компьютерами, имеют приоритет и передаются соответствующим локальным модулям управления.

Основной энергосберегающий эффект этой системы достигается за счет адресного автоматического выбора более низких температурных уставок в отдельных помещениях в отмеченные дни текущего месяца.

Система энергосберегающего терморегулирования распределенными объектами поддерживает заданные температуры в большом числе помещений комплекса с учетом как времени суток по месячной программе, так и лимитов энергозатрат, выделяемых на теплоснабжение. Дополнительный интерфейс у центральных компьютеров имеется с многотарифными счетчиками электроэнергии.

После запуска программы «TLINK.EXE» в начале производится тестирование и перезапись температурных уставок всех каналов в память контроллеров системы. Затем осуществляется переход программы в основной режим работы, когда производится чтение данных, передаваемых контроллерами, и отображение текущей информации на дисплее компьютера. При этом возможно отображение информации по каждому контроллеру (всего их 19) или поэтажно на графических планах (4 поэтажных плана).

Чтобы проиллюстрировать эффективность работы такой программы достаточно привести лишь один пример отопления большого спортивного зала УЗСК (потребляет на отопление примерно половину всей электроэнергии объекта). В нем проводится 5–6 спортивных или культурных мероприятий в месяц, все остальные дни раньше батареи грели воздух пустого зала. Сейчас это полностью исключено, т. к. температурный режим зала отслеживается месячной программой работы системы с учетом часов и дней проводимых в нем мероприятий.

Для анализа эффективности энергосберегающей системы отопления была создана комиссия во главе с профессором В. И. Баевым, которая включала в себя также представителя Всероссийского НИИ радиотехники – главного конструктора системы «Синтал Термолинк» В. Г. Бартенева и представителя эксплуатационных служб УЗСК М. Ю. Чернова.

В результате проведенного обследования энергосберегающей системы отопления УСЗК было выявлено следующее:

- за время эксплуатации с февраля 1999 года по март 2004 года стоимость израсходованной электроэнергии на отопление, используя энергосберегающую систему отопления, составила 2 758 396 руб. При этом учитывалось, что тарифы за электроэнергию в течение данного периода менялись 6 раз (0,4–1,13 руб. за 1 кВт•ч);

- из материалов отчетов о расходовании тепловой энергии за последний отопительный сезон эксплуатации традиционной отопительной системы от теплоцентрали следует, что затраты составили бы 7 852,15 Гкал. Учитывая тариф на тепловую энергию, который за весь период эксплуатации системы менялся два раза (386–448,58 руб. за 1 Гкал), получаем сумму гипотетических затрат за отопление, используя традиционную систему в период с февраля 1999 года по март 2004 года в размере 3 305 672 руб.

Таким образом, экономическая эффективность от использования энергосберегающей системы электроотопления за период с февраля 1999 года по март 2004 года составила 547 275,8 руб.

При конвективной системе обогрева кроме отопительных приборов нормальная температура в зале основного здания УСЗК в зимнее время поддерживалась за счет кондиционеров мощностью 30–45 кВт.

В результате отказа от централизованной системы отопления и перехода на электроотопление необходимость в использовании этих кондиционеров отпала, в связи с чем расход энергии еще более сократился. Работа механической приточно-вытяжной вентиляции, необходимая по требованиям санитарных норм для систем инфракрасного отопления не требует потребления дополнительной энергии, т. к. в силу специфики здания вентиляция использовалась и при старой системе отопления, а в новых условиях стало возможным гибкое регулирование режима ее работы.

С технической стороны анализ показал, что система устойчива и надежна в работе, не требует больших материальных затрат на эксплуатацию и обслуживание. За время эксплуатации единичные отказы происходили в результате ошибок монтажа электрооборудования, а также из-за неудовлетворительного состояния кровли УСЗК. А для устранения возникших неисправностей потребовалось незначительное количество ремонтного оборудования, стоимость которого не превысила 5 тыс. руб. за весь срок эксплуатации системы.

Таким образом, главный итог первых лет эксплуатации энергосберегающей отопительной системы «Синтал Термолинк» состоит в том, что, не смотря на использование дорогостоящего источника энергии – электричества, использование новых информационных технологий и высокоэффективных обогревателей позволяет создать более эффективные и более надежные системы отопления для больших помещений общественного и промышленного назначения.

Литература

1. Энергосбережение – концепция и технологии / ОАО «ВНИИРТ». 2000–2005 гг. – Режим доступа: http://www.digiterm.ru.

2. Бартенев В., Бартенев М. Энергосберегающая модульная АСУ ТП для распределенных объектов «Синтал Телетерм» // Датчики и системы. 2005. № 2. С. 32–35.

3. Бартенев В., Бартенев Г. Новое поколение цифровых датчиков температуры от фирмы «Dallas semiconductors» // Электроника и компоненты. 1997. № 3. С. 4–6.

4. Бартенев В. Цифровые датчики температуры и их применение // Датчики и системы. 2004. № 12.

С. 33–38.

5. Microlan – новая концепция построения однопроводной сети. Сборник «Перспетивные изделия». Вып. 2, 1996.

6. Маркова Е. Новое тепло в новом доме // Домовладелец. 1998. № 1. С. 10–11.

7. Бартенев В., Бартенев Г. Распределенная модульная система терморегулирования «Синтал Термолинк» // Сhip news. 1997. № 9. С. 22–24.