О тепловых потерях в однотрубных системах горячего водоснабжения

Известно, что теплоснабжение многих потребителей сегодня осуществляется по трехтрубной схеме, при которой теплоноситель, расходуемый на нужды горячего водоснабжения (ГВС), подается от ЦТП1 по отдельному (третьему) трубопроводу. Отсутствие циркуляции теплоносителя в системе ГВС приводит к весьма заметному охлаждению потребляемой воды, особенно в те периоды времени, когда ее потребление незначительно. Очевидно, что периодическое поступление в водоразборные устройства теплоносителя с очень низкой температурой приводит к его перерасходу; в этой связи представляет определенный интерес оценка масштаба экономического ущерба, наносимого теплоснабжающим организациям (ТСО) однотрубными системами ГВС.

Рис. 1. Изменение во времени среднечасовых температур и расходов горячей воды на вводе однотрубной системы ГВС

Рис. 2. Изменение среднечасовых расходов МГВС в течение суток

Рис. 3. Объемы потребления МГВС и температура воды в утренние часы


Рис. 4. Соотношение фактических (МГВС) и теоретических (МГВСрасч. ) расходов воды при изменении объемов потребления тепловой энергии WГВС

Рис. 5. Изменение статистических значений КПР в течение суток

Рис. 6. Изменение в течение суток среднестатистических значений КПР

Рассмотрим некоторые показатели функционирования однотрубной системы горячего водоснабжения, реализованной, например, в детском саду № 69. В этом нам помогут часовые архивы теплосчетчика, установленного на тепловом вводе этого потребителя2. Часовые архивы теплосчетчика содержат результаты измерений массы МГВС и температуры tГВС за 792 часа, непрерывно накопленные в период времени с 24 января по 25 февраля 2005 г.

Рис. 1 дает общее представление о характере изменения среднечасовых МГВС и tГВС во времени. Из рис. 1 видно, что по субботам и воскресеньям в детском саду выходной и потребление горячей воды практически не производится, а температура tГВС в течение суток изменяется в широких пределах — в среднем от 22°С (при МГВС ? 10 кг/ч) до 59°С (при максимальных водоразборах в дневные часы пик). Особенно заметно снижение tГВС в ночные часы (когда потребление воды не превышает 100–150 кг/ч) и в выходные дни, когда степень охлаждения трубопровода ГВС особенно велика и tГВС практически приближается к температуре окружающей среды. На рис. 2 представлена диаграмма, отражающая характер изменения водопотребления в течение суток.

Из рис. 2 видно, что водопотребление в данном случае осуществляется практически круглосуточно и только в период с 2:00 до 3:00 потребления воды нет, а в 6-м и 7-м архивных часах водоразбор возрастает до 300–400 кг/ч. Однако, как это следует из рис. 3, главная цель этого «потребления» — слить из подводящих трубопроводов ГВС остывшую за ночь воду, т.к. ее температура в эти утренние часы не превышает 16–30°С. (На рис. 3 представлены только те пары значений МГВС и tГВС из 792-часового архива, которые удовлетворяют условиям МГВС > 0 и tГВС < 30°С).

За 76 часов, представленных на рис. 3, ТС измерил 20,0 т водоразбора и 510 Мкал тепловой энергии, что соответствует средневзвешенной температуре, равной всего 25,4°С.

Очевидно, что большая часть этой остывшей воды не была использована по назначению — ее просто бесцельно слили в канализацию в ожидании поступления с ЦТП более теплой воды. Таким образом, главной причиной перерасхода воды, потребляемой на нужды ГВС, следует считать чрезмерное ее охлаждение при отсутствии циркуляции в однотрубных системах теплоснабжения. Из рис. 4 хорошо видно, каким образом изменяются объемы потребления МГВС при увеличении фактически потребляемой энергии WГВС. Здесь же показан график изменения расчетных (прогнозируемых) значений водоразбора (МГВСрасч.), определенных при условии, что на данном объекте циркуляция теплоносителя в системе ГВС восстановлена и средняя температура tГВС = 58,1°С (что соответствует средней температуре воды, потребляемой в дневные часы наибольшего водоразбора).

Для количественной оценки степени перерасхода воды, вызванного ее чрезмерным охлаждением при транспортировке, введем понятие коэффициента перерасхода КПР, значение которого определим для каждого архивного часа как КПР = = МГВСМГВСрасч. после чего построим статистическую диаграмму распределения КПР в течение 33-х суток (792 часа).

Как следует из рис. 5, среднечасовые значения КПР изменяются в течение суток в довольно широких пределах, и только на 10–13-м архивных часах (в период времени с 9:00 до 13:00) значение КПР близко к единице. В остальное время суток КПР > 1, достигая наибольших (до 3,7) значений именно в утренние часы, когда охлаждение теплоносителя в системе теплоснабжения максимально. Определив для каждого часа средние значения КПР, можно построить среднестатистический график их изменения в течение суток.

Рис. 6 показывает, во сколько раз больше требуемого в среднем расходуется горячей воды в каждый час суток. Из этого усредненного (за 792 часов непрерывной работы системы теплопотребления) графика видно, что в утренние часы из-за сильного охлаждения теплоносителя воды расходуется в 2,2–2,4 раза больше требуемого количества, а в вечерние и ночные часы коэффициент перерасхода в зависимости от объемов потребления изменяется от 1,3 до 2,0. В целом же за рассматриваемый период по результатам измерений потребителем израсходовано 150,4 т теплоносителя, из них по крайней мере 25,2 т потрачено бесцельно (просто слито в канализацию в ожидании поступления «теплой» воды).

Расчеты показывают, что для удовлетворения хозяйственных нужд этого детского сада было бы вполне достаточно 125,2 т воды3. Поэтому средневзвешенный коэффициент перерасхода теплоносителя у данного потребителя составил КПР = 150,4�,2 = 1,204. Таким образом, на примере конкретного городского потребителя мы убедились в крайней неэффективности однотрубных (тупиковых) систем горячего водоснабжения. В таких системах степень охлаждения теплоносителя настолько высока, что существенная его часть (на практике до 20–40 % и более) становится непригодной для использования по назначению. Потребители вынуждены сливать остывшую воду, что наносит значительный экономический ущерб ТСО.

Кроме того, при такой расточительной схеме теплоснабжения источники теплоты вынуждены существенно увеличивать подпитку тепломагистралей, что требует дополнительных затрат на приготовление подпиточной воды и ее транспортировку и ухудшает гидравлические режимы тепловых сетей. Путь решения этойпроблемы очевиден и прост: нужно просто открыть вентиль (снять заглушку) на линии рециркуляции и отрегулировать температуру воды в обратном трубопроводе системы ГВС, хотя бы путем открытия/закрытия соответствующего вентиля (лучше установить соответствующий регулятор температуры).

Очевидно, что затраты на реализацию этого несложного мероприятия невелики, а экономическая выгода весьма значительна.

1 ЦТП — центральный тепловой пункт, от которого осуществляется теплоснабжение близлежащих потребителей.

2 Автор выражает признательность фирме «Севзапмонтаж», обслуживающей данный узел учета тепловой энергии и предоставившей для проведения анализа часовые архивы применяемого здесь теплосчетчика.

3 Расчетный объем потребления горячей воды определен при условии, что температура воды при наличии циркуляции теплоносителя составит в среднем 58,1°С. Именно такая температура измерена на тепловом вводе в часы максимального потребления, когда тепловые потери минимальны.

4 Анализ показателей функционирования других однотрубных систем горячего водоснабжения показывает, что в зависимости от объемов и режимов потребления, диаметра и протяженности теплопроводов средневзвешенный коэффициент перерасхода воды изменяется в диапазоне от 1,1 до 1,5.

По материалам сайта: http://www.c-o-k.ru