Экономия теплоты, воды и электроэнергии в системах водоснабжения жилых зданий

В. И. Ливчак, вице-президент НП «АВОК»

Повышение гидравлической устойчивости системы

Несмотря на то, что при эксплуатации централизованных систем холодного и горячего водоснабжения от ЦТП нередко возникают жалобы населения на периодическое прекращение подачи воды на верхние этажи зданий или на низкую температуру горячей воды (вследствие нарушения гидравлического режима), в этих же системах наблюдается значительный перерасход воды, теплоты и электроэнергии. Основной причиной перебоев водоснабжения является недостаточный напор подкачивающей установки, а в системах горячего водоснабжения, кроме того, увеличенное сопротивление водонагревателей и перегрузка начальных (общих) участков сети из-за гидравлической разрегулировки системы.

Вследствие низкого сопротивления колец, состоящих из водоразборного и циркуляционного стояков, смонтированных друг за другом, интенсивная циркуляция осуществляется через ближайшие к ЦТП стояки, а в удаленных стояках она значительно ниже или отсутствует совсем, в результате чего в водоразборные краны вода поступает охлажденной. С целью доведения циркуляции до дальних стояков на практике часто циркуляционные насосы заменяют более мощными, при этом циркуляционный расход приближается к расчетному секундному расходу на водоразбор. Однако помимо того, что это мероприятие приводит к перерасходу электроэнергии, оно ухудшает работу системы. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водонагревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи.

Для устранения разрегулировки централизованной системы горячего водоснабжения необходимо сокращать число циркуляционных колец и повышать их сопротивление, как это принято сейчас при проектировании секционных узлов.

Установка полотенцесушителей на водоразборные стояки и объединение последних кольцующей перемычкой позволили снизить диаметр стояков за счет возможности питания водоразборного крана с двух сторон (при загрузке стояка, где установлен кран, питание будет осуществляться снизу и через перемычку из соседних менее загруженных стояков). Переход на меньший диаметр стояка, помимо снижения металлоемкости, снизит теплопотери трубопроводами (500 ГДж на 1000 квартир) и сократит расход циркуляционной воды. В Москве и ряде других городов секционные узлы применяются уже во всех крупнопанельных жилых домах.

При реконструкции существующих систем с полотенцесушителями на циркуляционном стояке для наладки теплового и гидравлического режимов следует отрезать циркуляционные стояки от магистрали, объединив их по подвалу в пределах одной секции дома кольцующей перемычкой, которую в одном месте трубопроводом повышенного сопротивления надо подключить к магистральной циркуляционной линии. Это значительно повысит гидравлическую устойчивость системы и как минимум в 4 раза уменьшит число циркуляционных колец.

Возможность отключения полотенцесушителей – резерв экономии тепловой энергии

Существенным резервом экономии является также возможность периодического отключения полотенцесушителей от стояков горячего водоснабжения. В южных районах страны в жаркие летние месяцы сокращение теплопоступлений необходимо для улучшения микроклимата квартир. Экономически нелепой является работа полотенцесушителя в квартире, в которой имеется кондиционер для понижения температуры воздуха в летние месяцы, т. к. последний должен расходовать энергию на понижение температуры воздуха в квартире и на выброс теплоты, поставляемой в квартиру полотенцесушителем.

Наиболее рациональной в этом случае является схема с замыкающими участками и запорным вентилем на одной из ветвей полотенцесушителя. Прогреваемость полотенцесушителя, присоединенного к водоразборному стояку с замыкающим участком, будет достаточной, а при перекрытии вентиля полотенцесушитель полностью отключается и остывает. Однако при таком подключении полотенцесушитей в горизонтальных участках их будет выпадать шлам, что приведет к процессу коррозии. Перенос полотенцесушителя с циркуляционного на водоразборный стояк позволит резко сократить коррозионные процессы, т. к. значительные расходы на водоразбор смывают шлам с горизонтальных участков.

Радикальным решением повышения долговечности полотенцесушителей было бы покрытие их с внутренней стороны слоем силикатной эмали толщиной 200–400 мкм. При этом целесообразно по технологическим соображениям обеспечить и наружное покрытие изделия эмалью. Это наряду с повышением коррозионной стойкости резко улучшит эстетический вид изделий. Качественное улучшение может быть настолько существенным, что позволит полностью отказаться от производства латунных хромированных полотенцесушителей, т. е. сократить потребление цветного металла.

Эффективность изоляции стояков системы горячего водоснабжения

Еще один резерв экономии в системах горячего водоснабжения – это изоляция стояков, проходящих в шахтах санитарно-технических кабин либо открыто в ванных комнатах. При изоляции стояков сокращаются не только потери теплоты, но и расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды, т. к. из-за меньших теплопотерь снижается требуемый циркуляционный расход.

Расчеты по секционным узлам жилых зданий с четырьмя водоразборными стояками диаметром 32 мм показали, что в каждой квартире при отсутствии теплоизоляции теряется 1,1 кДж теплоты в 1 ч и требуемый циркуляционный расход составляет 31,33 л/ч. При изоляции стояков теплопотери сокращаются до 0,77 кДж, а циркуляционный расход – до 21,96 л/ч.

Эффективность применения изоляции стояков настолько высока, что целесообразно выполнить изоляцию действующих систем.

Влияние точечной застройки на эффективность систем водоснабжения

При проектировании новых жилых микрорайонов или улучшении архитектурной выразительности застройки прежних лет встраиваются отдельные здания, возвышающиеся над основной массой зданий в тех или иных местах. Системы водоснабжения этих зданий присоединяют к существующим квартальным системам холодного и горячего водоснабжения, а в центральном тепловом пункте устанавливают повысительные насосы с напором исходя из расчета обслуживания микрорайона с этажностью, равной этажности наиболее высокого здания. При этом часто в микрорайоны с 9-этажной застройкой встраиваются 16-этажные дома. Кроме того, встречаются микрорайоны со значительно большей разноэтажностью, в которых системы водоснабжения работают под давлением, в 2–3 раза превышающим необходимое для зданий малой этажности.

Повышенное давление в системе приводит к перерасходу воды в зданиях малой этажности и, как следствие, перерасходу теплоты, которая затрачивается на нагрев сливаемой горячей воды. Годовой перерасход воды и теплоты растет не только в зависимости от коэффициента неравномерности застройки, но и от этажности диктующего здания.

Экономический ущерб от объединения в одну систему разноэтажных зданий не ограничивается только потерями воды и теплоты. Он усугубляется также и потерями электроэнергии, необходимой для подачи воды повысительными установками в ЦТП. При установке регуляторов давления на вводе водопровода во все здания давление воды в системе будет поддерживаться на уровне, необходимом для диктующего здания микрорайона, а на вводах в зданиях меньшей этажности оно будет дросселироваться до необходимого для данного здания.

В системах горячего водоснабжения установка регуляторов давления на вводах может резко сократить, а при определенных условиях и прекратить вообще циркуляцию воды в зданиях малой этажности. Расчеты, выполненные еще 30 лет назад, подтвердили, что решение системы теплоснабжения с ИТП эффективней системы с ЦТП как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным затратам, но отсутствие в то время необходимого оборудования (компактных теплообменников, малошумных циркуляционных насосов, приборов авторегулирования и учета тепла) и монополизм некоторых служб оставили это решение нереализованным, за исключением нескольких демонстрационных объектов.

В настоящее время в связи с ростом стоимости энергоносителей, актуальным является переход от групповых тепловых пунктов к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это позволяет применить более эффективную систему пофасадного авторегулирования отопления для протяженных зданий или центральную с коррекцией по температуре внутреннего воздуха в точечных зданиях, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, снизив потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Причем это целесообразно делать не только в новом строительстве, но и при реконструкции существующих зданий. Такой опыт есть в Восточных землях Германии, где так же, как и у нас сооружались ЦТП, но сейчас их оставляют только как насосные водопроводные подкачивающие станции (при необходимости), а теплообменное оборудование вместе с циркуляционными насосами, узлами регулирования и учета переносят в ИТП зданий. Внутриквартальные сети не прокладывают, трубопроводы горячего водоснабжения оставляют в земле, а трубопроводы отопления, как более долговечные, используют для подачи перегретой воды в здания.

Переход на ИТП сократит затраты на установку узлов учета тепловой энергии, потребляемой системами отопления и горячего водоснабжения здания. Сейчас при ЦТП приходится на каждом здании устанавливать два теплосчетчика – один на отопление, другой на горячее водоснабжение, а при последовательном подключении нескольких зданий на горячее водоснабжение приходится устанавливать теплосчетчик на входе системы горячего водоснабжения в дом и на выходе из него. В системе теплоснабжения с ИТП достаточно одного теплосчетчика на здание, который устанавливается на вводе тепловых сетей и измеряет суммарный расход тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение. По водосчетчику, измеряющему расход холодной воды, поступающей в водонагреватель горячего водоснабжения, оценивают отдельно количество тепла, потребляемого системой горячего водоснабжения, поскольку горячая вода имеет, как товар, свою цену с учетом ее нагрева вместе с циркуляцией. По разнице стоимости расхода тепла, измеренного теплосчетчиком, и расхода горячей воды, измеренной водосчетчиком, за минусом стоимости этой воды без нагрева (т. е. холодной), определяют стоимость тепловой энергии, потребляемой на отопление.