ЕвроТехсервис

Автоматический узел учета и регулирования тепловой энергии. Нижний Тагил

Автоматическое регулирование потребления тепловой энергии

Автоматическое регулирование потребления тепловой энергии позволяет создать комфортный тепловой режим при более качественном и точном регулировании. Автоматическое регулирование может осуществляться как на тепловом вводе в дом, так и индивидуально в каждой квартире.

Основной принцип автоматических систем заключается в регулировании расхода по измеряемой температуре. При регулировании на тепловом вводе используются измерения температуры наружного воздуха, при регулировании на радиаторах – температура внутри помещения. При увеличении температуры наружного воздуха и температуры внутри помещения расход теплоносителя автоматически пропорционально уменьшается и наоборот увеличивается при снижении температуры внутри помещения и наружного воздуха. За счет снижения величины расхода происходит уменьшение значение потребляемой тепловой энергии.

Регулирование на тепловом вводе производиться следующим образом. На специальный контроллер Рис.2, который является мозгом всей системы, приходит сигнал от датчика температуры наружного воздуха. Далее в контроллере вычисляется необходимое значение температуры теплоносителя Т3в при данной температуре наружного воздуха Тнв. Существует зависимость или график зависимости между температурой наружного воздуха и температурой теплоносителя, которая и программируется в контроллере. Сигнал от датчика фактической температуры теплоносителя Т3 сравнивается с вычисленным значением Т3в и если фактическое значение превышает вычисленное .значение температуры по графику, то регулирующий клапан начинает уменьшать расход до тех пор пока температуры Т3 и Т3в не будут равны.

Рис.2 – Типовая схема автоматического регулирования теплопотреблением

Понижение температуры воды T3 происходит за счет смешения воды с более низкой температурой из обратного трубопровода в подающий. Расход в системе отопления при этом вне зависимости от положения регулирующего клапана остается постоянным за счет циркуляционного насоса установленного на перемычке между подающим и обратным трубопроводом.

Помимо регулирования по графику температуры в подающем трубопроводе, можно одновременно поддерживать график температуры обратной воды. При таком регулировании обеспечивается заданная зависимость разности температур от температуры наружного воздуха. Дополнительно может быть установлен переход с дневного на ночной режим, т.е. снижение температуры в подающем трубопроводе в ночные часы, но данный режим подходит в основном только для объектов, где ночью отсутствуют люди. В жилых домах должен поддерживаться постоянный тепловой режим.

Индивидуальное автоматическое регулирование на радиаторах достигается при помощи использования радиаторных терморегуляторов. Радиаторный терморегулятор представляет собой регулирующий клапан, устанавливаемый на входе в радиатор по ходу воды. Воздействие на клапан происходит механически при помощи терморегулирующего элемента. Принцип действия терморегулирующего элемента основан на расширении/сжатии газа или жидкости в баллоне терморегулятора при увеличении/снижении температуры внутри помещения. Достаточно установить настройку радиаторного терморегулятора на комфортную температуру, и он автоматически будет поддерживать необходимый расход через радиатор для получения постоянной заданной температуры воздуха в помещении. Диапазон настройки терморегуляторы достаточно велик от 6 до 26 °C. Минимальная настойка предохраняет радиатор от замораживания. Комфортной температурой считается 20 °C при длительном отсутствии людей в помещении её можно уменьшить до 17 °C, а затем обратно вернуть настройку. Нагрев помещения на недостающие три градуса происходит в течение часа. При установке радиаторного терморегулятора вы получаете следующие возможности:

— создание индивидуального комфорта в помещениях, что сохраняет здоровье людей, так как нет колебаний температуры
— исключение «перетопов», не нужно открывать форточки, так как температура в помещении поддерживается постоянной на заданном уровне
— экономия потребляемой тепловой энергии, получаемая за счет уменьшения расхода через отопительные приборы.
Конечно, необходимо сочетать автоматическое регулирование на тепловом вводе с установкой автоматических радиаторных терморегуляторов для получения максимального экономического эффекта при создании комфортных условий в помещениях.

Экономия тепловой энергии

Сейчас все больше людей задумываются о вопросах энергосбережения. И в этом нет ничего удивительного – зачем переплачивать за отопление, когда на этом можно экономить? Самый простой вариант экономия тепловой энергии – установка счетчиков (узлов учета тепловой энергии). Данный способ применяется уже на протяжении 10 лет и позволяет снизить оплату за тепловую энергию на 20-30 %. Практика показала, что в среднем, установка узла учета тепловой энергии для многоквартирного жилого дома окупается в течение одного отопительного сезона. Если вы уже установили узел учета тепловой энергии и ощутили какой эффект это дает – не останавливайтесь. Можно пойти в этом вопросе дальше. Существует несколько способов снижения потребления энергоресурсов, а как следствие сокращение своих затрат.

Основные способы экономии энергии: автоматическое регулирование температуры теплоносителя в системе отопления и сокращение теплопотерь ограждающих конструкции.

Первый способ экономии энергии, получаемый при установке системы автоматического регулирования, объясняется двумя факторами. Во-первых, автоматическое регулирование позволяет поддерживать оптимальную температуру в помещении, исходя из температуры наружного воздуха, сокращая расход теплоносителя из теплосети в периоды резких колебаний температуры. Это происходит за счет повторного использования части теплоносителя в системе отопления здания, так как для обеспечения необходимой температуры требуется гораздо меньшее количество теплоносителя из теплосетей. Этот вариант подходит для жилых, общественных и административных зданий. Во-вторых, для производственных предприятий, благодаря автоматическому регулированию, мы можем устанавливать необходимую нам температуру теплоносителя в то время, когда помещение не используется (в ночное время, праздничные и выходные дни). Таким образом, происходит сокращение расхода тепловой энергии, а, следовательно – экономия тепловой энергии. Утвержденные нормативы потребления тепловой энергии в настоящее время не отражают реального картины потребления теплоносителя зданиями и являются завышенными.

Установка узла учета тепловой позволяет перейти к расчетам за фактическое потребленное количество энергоресурса, а также заняться снижением его потребления.

Регулирование подачи теплоносителя энергоснабжающей организацией осуществляется не в полном объеме, что приводит к явному перерасходу энергоресурса, а как следствие затрат на отопление.

Наличие хорошо работающей системы автоматизации отпуска тепловой энергии непосредственно в здании, а также правильная организация и наладка системы отопления позволяют значительно снизить потребление тепловой энергии для нужд отопления. При подключении системы отопления здания по зависимой схеме (без ЦТП) затраты на отопление можно сократить до 50 % в переходный период, а при подключении системы отопления по независимой схеме (регулирование на ЦТП) затраты можно снизить на 10-15 % в зависимости от качества регулирования на ЦТП. Также устройство автоматизации отпуска тепловой энергии позволит добиться оптимально комфортных условий внутри жилых помещений, улучшив условия проживания жителей.

Актуальность систем автоматического регулирования расхода тепловой энергии

Необходимо отметить, что пароводяное теплоснабжение очень специфично, требует одновременного решения вопросов гидродинамики и теплопередачи; кроме того, тепловая энергия – особенный вид энергии, ее параметры должны контролироваться в обоих направлениях от источника к потребителю и наоборот, поэтому применение систем автоматического регулирования предлагаем рассматривать с учетом технико-экономических приоритетов.

Экономический смысл установки систем автоматического регулирования существует как и без установки приборов учета, так и после установки приборов учета тепловой энергии.

В первом случае система регулирования, регулируя расход тепловой энергии существенно снижает затраты теплоснабжающих организаций в то время как потребители оплачивают тепло по утвержденному тарифу.

Во втором случае потребители оплачивают за фактически потребленное тепло с учетом экономии, которая составляет в среднем от 10% до 30%. Повсеместно устанавливаются общедомовые приборы коммерческого учета тепла. Установка только теплосчетчиков не может уменьшить суммарные затраты на производство и передачу тепловой энергии. Действительно, если теплосчетчики будут установлены всюду, потребители все равно будут оплачивать поставщику тепла все издержки.

Большие резервы экономии имеются в социальной сфере: поликлиники, школы, в общественных, административных зданиях, прежде всего потому, что в них имеются периоды отсутствия людей в отапливаемых помещениях, во время которых возможно задавать заниженные параметры обеспечения теплом и горячей водой без нарушения комфорта в рабочее время. Т.е. при пуско-наладочных работах системы регулирования, например, в школе, возможно сразу заложить экономичный режим потребления тепла этим объектом на период зимних каникул.

В жилых домах неприменимо программное снижение температуры в помещениях. Но имеется возможность раздельного регулирования фасадов одного здания при разных условиях воздействия солнечного освещения и других климатических факторов. Для этого используется двухконтурные регуляторы температуры, в каждый контур которого вводится одинаковая программа регулирования.

Важным фактором энергосбережения для многих объектов является ликвидация осенне-весенних перетопов, когда для целей подготовки горячей воды на объекты подается теплоноситель с заведомо завышенной температурой при положительных температурах наружного воздуха, выше так называемой точки «срезки» температурного графика. В домах, где имеется бойлер для подготовки горячей воды, поскольку в периоды отсутствия разбора горячей воды теплоноситель циркулирует через бойлер-теплообменник напрасно, снижая также его эксплуатационный ресурс, кроме того, изменения параметров теплоисточника очень инерционно распространяются по тепловой сети, что корректируется внутридомовыми регуляторами температуры. По санитарным нормам требуются различные температурные условия в помещениях, а это не всегда реализуется при одинаковой температуре теплоносителя. С учетом всех этих факторов необходимо модернизировать системы теплопотребления с помощью современных систем качественно-количественного регулирования.

В идеальном случае существует эффект от применения систем автоматического регулирования вплоть до каждого отопительного прибора, стояка, калорифера и т.д. Наш более чем многолетний опыт подтверждает эффективность их применения.

Оборудование и его применение

Энергосберегающее оборудование позволяет создавать системы различного назначения и сложности: одно- и двухконтурные, с дополнительными функциями управления насосами или накопления и обработки статистической информации о ходе процесса регулирования. Но за всем этим должен стоять комплексный экономический подход, который включает следующие параметры: учет взаимовлияния объектов и систем теплоснабжения, санитарно-гигиенические требования, комфорт, снижение эксплуатационных издержек, достоверность теплоучета и экономия топливно-энергетических ресурсов. Системы автоматического регулирования включают в себя электронные регуляторы температуры, датчики температуры, электроприводы с импульсным шаговым двигателем, регулирующую и запорно-регулируюшую арматуру. К последней относятся запорно-регулирующие клапаны, смесительные регулирующие клапаны и регулирующие гидроэлеваторы.

Важную роль здесь играют регуляторы температуры, посредством которых осуществляется управление регулирующими звеньями. С 2010 года выпускается регулятор температуры РТ-2010, представляющий собой обновленный и усовершенствованный вариант предшественника РТ-2000А и имеющий дополнительно возможность установки интерфейса RS485; исполнительный механизм для клапанов и элеваторов МЭП-3500, отличающийся от своих предшественников и конкурентов не только конструктивом, но и набором дополнительных функций.

Далее рассмотрим распространенные системы отопления и горячего водоснабжения.

Схема с регулирующим гидроэлеватором очень распространена для объектов, получающих с теплоисточника перегретый теплоноситель. Не допускается применять ее только на объектах с гидравлическими проблемами где перепад давления между подающим и обратным трубопроводом менее 6 метров водяного столба (0,06 МПа). Элеваторы РГ обеспечивают качественное регулирование за счет смещения прямого и обратного теплоносителя. Регулирующий элеватор не требует применения дополнительного насоса, так как одним из элементов его конструкции является струйный насос. Поэтому применение регулирующих гидроэлеваторов, особенно на объектах ЖКХ, снижает монтажные и эксплуатационные расходы и не приводит к нештатным ситуациям при сбоях в электропитании. В аварийных случаях остановка насоса в системе отопления требует неотложных мер, чтобы не допустить замораживания системы. Схема с регулирующим гидроэлеватором лишена этого недостатка и исключаются затраты насоса и на строительно-монтажные работы следовательно значительно ниже.

Для других схем отопления имеется большая гамма запорно-регулирующих клапанов. Если, в соответствии с техническими условиями на объекте установка насоса необходима, то насос может быть установлен на обратном трубопроводе или перемычке. Однако данную схему нельзя применять на теплопунктах, подключенных к ЦТП (график теплоснабжения — 95˚/70˚ С).

Применение запорно-регулирующих клапанов наиболее эффективно в системах автоматического регулирования, допускающих 100%-ное перекрытие подачи теплоносителя. Прежде всего, это – горячее водоснабжение.

Распространены открытые системы ГВС, они сложно поддаются регулировке. По нашему опыту применение двухходовых клапанов не обеспечивает требуемые параметры по температуре горячей воды, обратного теплоносителя и по уровню шумов. Ввиду этого нами предлагаются трехходовые смесительные клапаны КСТ.

На базе энергосберегающего оборудования производим и компактные блочные тепловые пункты, объединяющие в той или иной степени многие схемные решения.

Одним из важнейших направлений, которое в последнее время стало актуальным и востребованным – диспетчеризация объектов регулирования. Так же на базе оборудования предусмотрена возможность реализации подобных систем. Разработаны и широко используются регуляторы температуры РТ-2010, РТ-2000А, которые снабжены интерфейсом RS232 (RS485), по средствам которого имеется возможность удаленного управления систем регулирования.

На сегодняшний день на базе регуляторов уже смонтированы и запущены системы диспетчеризации, включающие кроме регулирования (регуляторы температуры) еще и учет (теплосчетчики).

Разработанные исполнительные механизмы клапанов МЭП-3500 могут снабжаться токовым выходом, дополнительными релейными выходами для определения положения механизма. Это существенно выделяет этот привод на фоне конкурентов. Установка в привода МЭП-3500 интерфейса RS485 позволяет включить их в общую систему диспетчеризации на ряду с регулятором температуры и счетчиком. К реализации подобного проекта уже проявляется интерес со стороны организаций, занимающихся разработкой контроллеров диспетчерского контроля и сбора данных с объектов.

Экономическая эффективность от автоматизации ИТП

При проектировании ИТП кроме требований СНиП проектировщик должен руководствоваться техническими условиями на теплоснабжение объекта с четкими данными о гидравлических параметрах и температурных графиках. Вне зависимости от изготовителя системы автоматического регулирования могут включать комплект регуляторов с датчиками, запорно-регулирующие и смесительные клапаны, насосы, шкафы автоматики и управления, КИП, прочую арматуру. Одним контроллером там, где это необходимо, управляются системы отопления и ГВС.

Рассмотрим применение регуляторов температуры в жилых зданиях. При расчете экономической эффективности применения регулятора температуры отопления с регулирующим гидроэлеватором для 108-квартирного здания экономия составляет 11%, установка оборудования окупается за 0,78 года. В расчете использован только один фактор – перерасход тепла из-за осенне-весенних перетопов. Если второй контур системы регулирования задействован на регулирование тепловой энергии для подогрева горячей воды экономический эффект еще возрастет.

Экономические показатели системы регулирования отопления и ГВС: суммарная экономия составляет более 15%, окупаемость от внедрения системы регулирования – менее 0,5 года.

Расчеты показывают, что для домов с числом квартир 80 и более затраты на внедрение систем автоматического регулирования окупаются менее, чем за 1 год. На объектах, где удельные затраты на энергосберегающее оборудование и его монтаж на 1 Гкал больше срок окупаемости увеличивается, например при числе квартир менее 80 или на небольших объектах социальной сферы. Рассмотрим для примера детский сад. Система автоматического регулирования отоплением включает регулирующий гидроэлеватор и микропроцессорный блок управления им по сигналам с термодатчиков. Окупаемость проекта – 0,94 года. Преимущества данной схемы:

— высокая надежность и безаварийность даже при временном пропадании электропитания, т.к. элеватор выполняет и функцию насоса;
— возможность введения гибкого графика регулирования с учетом ночного времени, выходных и праздничных дней на весь отопительный сезон;
— оптимизация температурного комфорта в помещениях благодаря возможности задания предварительного натопа перед рабочим временем;
— обязательный контроль параметров обратного теплоносителя.

Если на аналогичном объекте имеется подготовка горячей воды и установить регулятор расхода на ГВС, то удельные затраты на автоматизацию теплопункта будут ниже: электронный блок используется тот же, добавляется к нему датчик температуры горячей воды и для ГВС дополнительно используется запорно-регулирующий клапан. Экономический эффект возрастает до 30% при окупаемости 0,72 года.

Все технико-экономические расчеты, особенно при внедрении новых проектных решений, мы поверяем с помощью специальных средств мониторинга, данных коммерческого приборного учета.

В заключении хотелось бы отметить, что сбережение топливно-энергетических ресурсов на основе использования систем автоматического программного регулирования теплопотребления реализуемо и экономически оправдано. Этому процессу нет альтернативы.