Специфика теплоснабжения
Важность решения проблем теплоснабжения определяется несколькими факторами.

Затраты топлива на теплоснабжение колоссальны. Только на перекачку сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения необходимо около 50 млрд кВт. ч электроэнергии в год; а с учетом расхода электроэнергии на тепловых пунктах и на прямой электрообогрев, расхода природного газа и жидких углеводородов на местный обогрев жилищ, затраты органического топлива на теплоснабжение составляют более 40% от всего используемого в стране, т.е. почти столько же, сколько тратится на все остальные отрасли промышленности, транспорт и т.д. вместе взятые. Потребление топлива теплоснабжением сопоставимо со всем топливным экспортом страны.
Наибольшие резервы экономии энергоресурсов также сосредоточены в процессе обеспечения теплом. Экономию электрической энергии можно достичь в основном за счет улучшения энергоустановок (источники электроэнергии, транспорт, энергоиспользующие установки у потребителя), а экономию тепловой энергии можно достичь не только за счет совершенствования источников тепла, тепловых сетей, теплопотребляющих установок, но и за счет улучшения характеристик отапливаемых объектов (ограждающие конструкции зданий и сооружений, вентиляция, конструкция окон и т.д.).
В электроэнергетике с принятием пакета законов о реформировании, появились условия для развития конкуренции (зависимость цены на рынке электроэнергии от времени, конкуренция источников и т.п.), что создает финансовые стимулы для участников рынка совершенствовать свои энергетические процессы для снижения издержек. А федеральный закон «О теплоснабжении» до сих пор не принят, и даже с его введением возможности по созданию системы конкуренции будут сильно ограничены. Соответственно, там, где нет рыночных отношений трудно создать систему стимулов к энергосбережению.
Существует тесная связь теплоснабжения с системами топливо- и газоснабжения, а также электроснабжения. Электрическая энергия является замещающим видом энергии для систем централизованного теплоснабжения (ЦТ). Нарушения в системах ЦТ критичны для систем электроснабжения, при сильных похолоданиях потребности в тепле гораздо больше, чем в электроэнергии, и при нарушении режимов обеспечения теплом электрическая энергия используется самым нерациональным способом - на обогрев помещений. Также тепловая нагрузка систем ЦТ является основой для теплофикации, т.е. использования тепловых отходов процесса производства электроэнергии для целей теплоснабжения.
Что касается систем централизованного теплоснабжения, то далеко не у всех есть понимание огромных преимуществ ЦТ в плане экономии энергоресурсов, их надо разъяснять. Агрессивная реклама индивидуальных источников тепла, предлагаемых к внедрению в зоне действия систем ЦТ со ссылкой на зарубежный опыт, вводит потребителей в заблуждение. На Западе как раз принимаются программы поддержки развития систем централизованного теплоснабжения как основы когенерации. В отличие от нашей страны, где исторически развивается преимущественно ЦТ, основной из проблем там является трудность прокладки тепловых сетей в стесненных городских условиях и переориентация потребителей с автономного на централизованное теплоснабжение.

Фактические нагрузки и потери
По результатам энергетических обследований, расчетные и договорные присоединенные тепловые нагрузки существенно отличаются от фактических обычно в сторону превышения. Завышение нагрузок, при недостаточной оснащенности потребителей приборами учета и расчетах по приборам учета на источниках, дает возможность теплоснабжающим организациям занижать сверхнормативные потери в сетях и, соответственно, завышать объемы реализованной тепловой энергии.
Расчетные нагрузки являются основными исходными данными для разработки нормативных энергетических характеристик. При их отличии от фактических получаются расчетные режимные характеристики, недостижимые в реальности. Отсутствие достоверных нормативов не позволяет проводить полноценный анализ энергоэффективности сетей.
Фактические нагрузки также важны для определения резервов системы теплоснабжения.
Отпуск теплоты с источников = Потребление + Фактические потери в сетях
Для сведения баланса надо знать хотя бы две составляющие. При отсутствии 100% оснащенности приборами учета в большинстве случаев проще определиться с отпуском теплоты с источников и фактическими потерями в сетях. Отпуск, при условии проверки достоверности, можно определить по приборам учета тепловой энергии на теплоисточниках либо топливному балансу источника при наличии учета топлива. Фактические потери в сетях определяются по методикам, разрешенным к применению при процедуре энергоаудита, т.е. используются архивы имеющихся у потребителей приборов учета (минимум 20% потребителей). При применении этих методик нет необходимости проводить дополнительные измерения и испытания.
Определение фактических нагрузок и потерь должно быть составной частью разработки общего топливно-энергетического баланса муниципального образования.
Фактические потери сетевой воды, по результатам энергетических обследований, как правило, соизмеримы с нормативной утечкой, равной 0,25% объема тепловых сетей в час. В ряде регионов они не превышают нормативные. Так, в Москве фактические потери сетевой воды и, соответственно, потери тепловой энергии с ними в 2-3 раза ниже нормативных. Данный факт характеризует, прежде всего, не только удовлетворительное состояние тепловых сетей, а завышенные нормы, которые не отражают возможности новых технологий. Необходимо на федеральном и региональном уровнях скорректировать нормативы потерь сетевой воды в сторону уменьшения.
Определение потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию в соответствии с «Методическими указаниями по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях (РД 34.09.255-97)» практически нигде не проводится. Тем самым нарушаются требования «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ». Причина заключается в трудоемкости и дороговизне испытаний, в необходимости отключения потребителей.
Результаты энергоаудита систем теплоснабжения показывают, что фактические потери в обследованных тепловых сетях превышают нормативные в 1,2-2 раза.
Приведение тепловых потерь к нормативным значениям, помимо экономии тепловой энергии и снижения затрат электроэнергии на ее транспорт, обеспечит высвобождение тепловой мощности. При этом может исчезнуть необходимость строительства новых источников тепла. Таким образом, при оценке экономической эффективности перекладки участков тепловых сетей должны учитываться не только сэкономленное тепло, но и капитальные затраты на строительство новых источников.
Необходимо признать факт наличия сверхнормативных тепловых потерь, который становится все более очевидным при тенденции увеличения доли потребителей, оснащенных приборами учета.
В практику теплоснабжающих организаций необходимо ввести анализ состояния тепловых сетей не только по показателю отношения потерь тепловой энергии к отпуску, но и по показателю отношения фактических потерь к нормативным. Применяемый в настоящее время для анализа первый показатель некорректен, т.к. он характеризует не только состояние тепловой сети, но и ее конфигурацию и нормы проектирования тепловой изоляции.

Методы снижения потерь в тепловых сетях
Основными методами являются уменьшения потерь энергии:

периодическая диагностика и мониторинг состояния тепловых сетей;
осушение каналов;
замена ветхих и наиболее часто повреждаемых участков тепловых сетей (прежде всего, подвергаемых затоплениям) на основании результатов инженерной диагностики, с использованием современных теплоизоляционных конструкций;
прочистка дренажей;
восстановление (нанесение) антикоррозионного, тепло- и гидроизоляционного покрытий в доступных местах;
обеспечение качественной водоподготовки подпиточной воды;
организация электрохимзащиты трубопроводов;
восстановление гидроизоляции стыков плит перекрытий;
вентиляция каналов и камер;
установка сильфонных компенсаторов;
применение улучшенных трубных сталей и неметаллических трубопроводов;
организация определения в режиме реального времени фактических потерь тепловой энергии в магистральных тепловых сетях по данным приборов учета тепловой энергии на тепловой станции и у потребителей с целью оперативного принятия решений по устранению причин возникновения повышенных потерь;
усиление надзора при проведении аварийно-восстановительных работ со стороны административно-технических инспекций;
перевод потребителей с теплоснабжения от центральных на индивидуальные тепловые пункты.

Должны быть созданы стимулы и критерии для персонала. Сегодняшняя задача аварийной службы: приехать, раскопать, залатать, засыпать, уехать. Введение только одного критерия оценки деятельности - отсутствие повторных разрытий, сразу кардинально изменяет ситуацию (разрывы происходят в местах наиболее опасного сочетания коррозионных факторов и к замененным локальным участкам теплосети должны предъявляться повышенные требования в части защиты от коррозии). Сразу появится диагностическая аппаратура, появится понимание, что если эта теплотрасса затоплена, надо ее осушить, а если труба гнилая, то аварийная служба первая будет доказывать, что участок сети надо менять.
Можно создать систему, при которой тепловая сеть, на которой произошел разрыв, будет считаться как бы «больной» и поступать на лечение в службу ремонта, как в больницу. После «лечения» она будет возвращаться в эксплуатационную службу с восстановленным ресурсом.
Очень важны экономические стимулы и для эксплуатационного персонала. 10-20% экономии от снижения потерь с утечками (при соблюдении нормы жесткости сетевой воды) выплачиваемые персоналу срабатывает лучше всяких внешних инвестиций. Одновременно из-за уменьшения числа подтопленных участков снижаются потери через изоляцию и увеличивается срок службы сетей.
Потери тепла в тепловых сетях не должны превышать 5–7 %, как это происходит в странах Европы. Однако наши тепловые сети значительно уступают зарубежным. В настоящее время в большинстве тепловых сетей в странах СНГ технологический расход тепловой энергии на ее транспортировку достигает 30 % от передаваемой тепловой энергии. Эта величина зависит от состояния теплосетей и, в первую очередь, от состояния тепловой изоляции.
Необходимо кардинально улучшить качество замены тепловых сетей за счет:

предварительного обследования перекладываемого участка с целью определения причин невыдерживания нормативного срока службы и подготовки качественного технического задания на проектирование;
обязательной разработки проектов капитального ремонта с обоснованием прогнозируемого срока службы;
независимой приборной проверки качества прокладки тепловых сетей;
введения персональной ответственности должностных лиц за качество прокладки.

Техническая проблема обеспечения нормативного срока службы тепловых сетей была решена еще в 50-е годы XX в. за счет применения толстостенных труб и высокого качества строительных работ, в первую очередь антикоррозийной защиты. Сейчас набор технических средств гораздо шире.
Ранее техническая политика определялась приоритетом уменьшения капитальных вложений. С меньшими затратами требовалось обеспечить максимальный прирост производства, чтобы этот прирост компенсировал в дальнейшем затраты на ремонт. В сегодняшней ситуации такой подход не приемлем. В нормальных экономических условиях собственник не может позволить себе прокладывать сети со сроком службы 10-12 лет, это для него разорительно. Тем более это недопустимо, когда основным плательщиком становится население города. В каждом муниципальном образовании должен осуществляться жесткий контроль за качеством прокладки тепловых сетей.
Должны быть изменены приоритеты в расходовании средств, большая часть которых тратится сегодня на замену участков тепловых сетей, по которым были разрывы труб в процессе эксплуатации или летней опрессовке, на предотвращение образования разрывов путем контроля скорости коррозии труб и принятия мер по ее снижению.
Очевидным способом снижения потерь тепловой энергии при ее передаче по тепловым сетям является замена традиционной для России прокладки трубопроводов в минеральной вате в качестве тепловой изоляции на прокладку в пенополиуретане или в другой тепловой изоляции, не менее эффективной.
Замена сальниковых компенсаторов на сильфонные, устаревшей запорной арматуры – на новые шаровые клапаны и т. д. обеспечивает резкое снижение потерь теплоносителя вследствие его утечки, а значит, и потерь тепловой энергии.
Однако существует менее очевидный, но более дешевый путь снижения энергетических затрат в системах теплоснабжения – оптимизация гидравлических режимов функционирования тепловых сетей. Ликвидация разрегулировки тепловых сетей приносит снижение потерь тепловой энергии и затрат электроэнергии на передачу теплоносителя в системе теплоснабжения в некоторых случаях до 40–50 %. Объясняется это тем, что для «обогрева» потребителей, расположенных дальше остальных от источника теплоснабжения, ближайших потребителей приходится перегревать, увеличивая расход теплоносителя. Кроме того, для осуществления хоть какой-то циркуляции в системах отопления этих отдаленных зданий зачастую прибегают к работе «на слив». Вот почему ликвидация разрегулировки тепловых сетей и нормализация теплоснабжения приносят значительный экономический эффект.
Все затраты на новые трубы, пенополиуретановую изоляцию, сильфонные компенсаторы и шаровые клапаны становятся напрасными без регулирования тепловых сетей, то есть без проведения специальных работ по оптимизации гидравлических режимов. Дело в том, что водонагревательные установки источников теплоснабжения, их тепловые сети и системы теплопотребления, особенно при присоединении их к тепловым сетям по зависимой схеме, представляют собой единую сложную гидравлическую систему, объединенную общим режимом функционирования.
Организация гидравлических режимов функционирования тепловой сети, при которых было бы обеспечено требуемое распределение расхода теплоносителя между всеми потребителями, является одной из важнейших, но сложных задач. Ее необходимо решить, чтобы наладить эффективную работу системы теплоснабжения в целом и каждой системы теплопотребления в отдельности. Для этого нужны совместные усилия всех организаций, эксплуатирующих систему теплоснабжения, поскольку приходится иметь дело, как было сказано, с единой гидравлической системой – водяной тепловой сетью с многочисленными системами теплопотребления, по которым циркулирует теплоноситель – сетевая вода.
Из-за высокой плотности теплоносителя водяные тепловые сети отличаются низкой гидравлической устойчивостью. Вследствие этого они подвержены разрегулировке при любых возмущениях – подключении или отключении потребителей, изменении коммутации тепловой сети, изменении расхода теплоносителя в отдельных системах теплопотребления, например, при работе регуляторов горячего водоснабжения и т. п.
Системы централизованного теплоснабжения с момента создания находятся в непрерывном изменении. Протяженность трубопроводов растет или, наоборот, сокращается из-за отключения части потребителей. Это периодически создает трудности в организации гидравлических режимов тепловых сетей и управлении ими.
Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.
Возрастают потери тепла и при избыточном отоплении. Выходом из ситуации является установка снаружи зданий щитов из теплоизоляционного материала (теплошубы), а также замена оконных рам стеклопакетами. Поскольку стеклопакеты имеют несколько воздушных промежутков, их установка позволяет уменьшить потери тепла через окна в два раза. Эти мероприятия называют тепловой реабилитацией. Они позволяют уменьшить потери тепла в старых зданиях до 10–15 %. При постройке новых зданий тепловая реабилитация уже предусмотрена.
Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.
Основным условием нормального функционирования систем теплоснабжения является обеспечение в тепловых сетях, перед тепловыми пунктами потребителей, располагаемого напора, достаточного для возникновения в системах теплопотребления расхода теплоносителя, соответствующего их тепловой потребности. Однако из-за низкой гидравлической устойчивости тепловых сетей при различных возмущениях в них происходит разрегулировка – тем большая, чем ниже их гидравлическая устойчивость.
Существует возможность значительно повысить гидравлическую устойчивость тепловых сетей и систем теплоснабжения.
Анализ функционирования многих тепловых сетей показал, что их гидравлическая устойчивость тем выше, чем меньше потери напора в трубопроводах тепловых сетей и чем больше располагаемый напор перед тепловым пунктом самого отдаленного потребителя.
Для повышения гидравлической устойчивости тепловых сетей необходимо избыточную часть располагаемого напора дросселировать с помощью гидравлических сопротивлений постоянного или переменного сечения – дроссельных диафрагм и сопел элеваторов или регулирующих клапанов средств автоматического регулирования. Эти сопротивления должны быть установлены перед каждой системой теплопотребления или перед отдельными теплообменными аппаратами.
Итак, наладка водяных тепловых сетей базируется на всемерном повышении их гидравлической устойчивости путем повсеместной установки специально рассчитанных дросселирующих устройств – перед каждой из систем теплопотребления независимо от ее тепловой нагрузки. В результате каждая из систем теплопотребления в единой системе централизованного теплоснабжения ставится в одинаковые условия по сравнению с остальными. Все системы теплопотребления становятся гидравлически равноудаленными от источника теплоснабжения.
Регулирование водяных тепловых сетей заключается в распределении расхода теплоносителя между всеми подключенными системами теплопотребления пропорционально их расчетной тепловой нагрузке.
Регулирование тепловой сети сводится к регулировке функционирования отдельных систем теплопотребления путем изменения при необходимости гидравлического сопротивления, установленных дросселирующих устройств.
Критериями правильности регулирования тепловых сетей являются следующие показатели:
- установление расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети и в каждой из систем теплопотребления;
- соблюдение необходимого температурного перепада в каждой из систем теплопотребления;
- поддержание в отапливаемых зданиях расчетной температуры воздуха.
Регулированию тепловой сети обязательно должны предшествовать тщательное обследование системы теплоснабжения и разработка оптимальных для конкретной тепловой сети эксплуатационных режимов. На основании этого должны быть разработаны и осуществлены в полном объеме наладочные (оптимизационные) мероприятия.
Попытки регулирования тепловой сети без разработки конкретно для нее оптимального гидравлического режима и оптимизационных мероприятий (и их выполнения в полном объеме) приводят к еще большей разрегулировке системы теплоснабжения и, следовательно, к чрезмерным затратам топлива, электроэнергии и воды на подпитку тепловой сети.
Учет отпуска и потребления тепловой энергии и теплоносителей производится в соответствии с правилами учета тепловой энергии и теплоносителя, утвержденными первым заместителем Министра топлива и энергетики Российской Федерации 12 сентября 1995 г.
Однако степень оснащенности систем теплового потребления и некоторых источников теплоснабжения (в основном отопительных котельных систем коммунального теплоснабжения) не позволяет производить расчеты за полученные теплоэнергию и теплоносители на основании правил . Правила пользования электрической и тепловой энергией, утвержденные Приказом Министерства энергетики и электрификации СССР № 310 от 6 декабря 1981 г., отменены в 2000 г.
Таким образом, ст. 11 Федерального закона № 28-ФЗ от 03.04.1996 (редакция от 05.04.2003) «Об энергосбережении» не выполняется. Учет тепловой энергии и теплоносителей, который сам по себе не может дать энергосберегающего эффекта, но должен стимулировать энергосбережение в процессе теплоснабжения, в настоящий период не имеет должной нормативной базы.
Функции разработки и утверждения правил учета тепловой энергии не упомянуты ни в положении о Минэнерго, ни в положении о Минрегионразвитии. Вследствие этого правила коммерческого учета тепловой энергии, отражающие реальное положение, до сих пор не рассмотрены и не утверждены.
Программа повышения надежности тепловых сетей
Для реализации потенциала энергосбережения необходимо внедрение целого комплекса мероприятий, среди которых приоритетное значение имеют мероприятия, направленные на повышение надежности функционирования тепловых сетей. Та работа, которая ведется в тепловых организациях по реконструкции тепловых сетей, способствует повышению эффективности систем транспорта и распределения тепловой энергии. Но очень часто ожидаемый эффект не реализуется из-за нарушений требований нормативно-технических документов НТД, которые предъявляются к эксплуатации, строительству и капитальному ремонту тепловых сетей.
К числу таких нарушений при эксплуатации относятся:

отсутствие контроля фактического состояния теплопроводов в период эксплуатации, не проводятся периодические технические освидетельствования тепловых сетей;
не проводятся мероприятия по продлению срока службы действующих теплопроводов;
эксплуатационный персонал не владеет методами защиты от коррозии, учеба не проводится и не планируется;
не ведется постоянный контроль за состоянием трубопроводов в ППУ - изоляции с системами ОДК из-за отсутствия или неисправности приборов контроля;
низкое качество проведения аварийно-ремонтных работ;
не ведется контроль фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию теплопроводов, характеризующих состояние тепловых сетей.

Нарушения при строительстве и капитальном ремонте тепловых сетей:

капитальный ремонт осуществляется без проектов и анализа причин преждевременного выхода из строя теплопроводов, что приводит к повторению ранее допущенных ошибок;
в проектах нового строительства тепловых сетей не учитываются реальные условия прокладки трассы;
оформление проектов не соответствует нормативным документам, также на согласование поступают проекты низкого технического качества, ошибки в расчетах на прочность и цикличность, применение марок стали, не предусмотренных ГОСТом, непродуманная транссировка и т.д.
в техническом задании на проектирование не указаны данные, на основании которых разрабатываются основные мероприятия, необходимые для защиты от наружной коррозии и обеспечения расчетного срока службы теплопроводов, реальные условия эксплуатации и причины, сократившие расчетный срок службы;
в проектах отсутствует расчетный срок службы тепловых сетей;
интенсифицируются процессы коррозии из-за применения при прокладке тепловых сетей материалов и изделий, не отвечающих требованиям действующих НТД;
работы по проектированию, монтажу и приемке в эксплуатацию систем оперативно-дистанционного контроля трубопроводов в ППУ-изоляции ведутся с нарушением требований действующего НТД, что ведет к снижению срока службы тепловых сетей ниже расчетного, качество прокладки самих труб в ППУ-изоляции не всегда соответствует нормативным документам, некачественные узлы перехода с ППУ на стандартную тепловую изоляцию, отсутствие стыковки участков ОДК в единую систему, строительство зданий повышенной этажности в непосредственной близости от тепловой сети;
низкая квалификация персонала подрядных организаций, производящих работы;
в эксплуатацию принимаются теплопроводы, прокладываемые с нарушением положений действующих НТД (качество антикоррозионных покрытий, толщина тепловой изоляции и т.п.).

С учетом вышесказанного к числу первоочередных мероприятий необходимо отнести разработку программы повышения надежности тепловых сетей. В программе необходимо сформулировать все мероприятия по повышению надежности тепловых сетей, апробированных на действующих тепловых сетях, но не получивших широкого распространения.
Программа должна включать в себя перечень организационных и технических мероприятий, проводимых при эксплуатации, текущем ремонте, замене и новом строительстве тепловых сетей с обоснование каждого мероприятия.
Среди организационных мероприятий необходимо отметить следующее:

организация в теплоснабжающих предприятиях службы по защите от коррозии, возложением на нее ответственности за координацию работы по контролю коррозионного состояния тепловых сетей, внедрению защитных мероприятий, определению ресурса, внедрению методов экономического стимулирования, разработке технических заданий в части защиты от коррозии, подготовке планов научно-технических работ, учебе персонала;
восстановить государственную приемку в эксплуатацию тепловых сетей с проведением независимого приборного контроля качества прокладки;
произвести постепенный переход от разрушающих методов контроля тепловых сетей к неразрушающим, массово внедрять систему локального профилактического ремонта с заменой конкретных мест максимального коррозионного разрушения, с переориентацией аварийных служб, с устранения аварий на их предупреждение;
проводить обязательное расследование причин преждевременного выхода из строя трубопроводов тепловых сетей с определением причин, конкретных виновных и мер, необходимых для предотвращения подобных ситуаций, расследование должно проводиться с участием представителей Ростехнадзора.;
организовать обязательную учебу эксплуатационного персонала методами защиты от коррозии требованиям нормативных документов.

Разумеется, приводимый перечень мероприятий не претендует на исключительность и не является исчерпывающим. Ибо возможностей на пути к обеспечению энергетической эффективности – великое множество, а действенная программа энергосбережения – продукт интеллектуального труда, результат совместного труда энергоаудитора и энергетической службы организации – потребителя ТЭР.
Наладка систем теплоснабжения
Для повышения эффективности существующих систем энергоснабжения поселений необходима действенная система контроля над показателями эффективности их работы.
Существующий контроль качества прохождения отопительного сезона фактически сводится к учету аварий и инцидентов. Но это не говорит о действительном качестве теплоснабжения (достаточности количества потребленного тепла и его качественных показателей, эффективности использования температурного потенциала теплоносителя, минимальности затрат на транспорт и распределение тепла).
Существующая система оплаты за полученное тепло учитывает только его количество. Назрела необходимость наряду с количеством учитывать и качество получаемого тепла, что предусматривает повышение ответственности, как со стороны теплоснабжающих организаций, так и потребителей.
Все более важное значение приобретает наладка систем теплоснабжения, предназначенная для обеспечения надежного и экономичного режима распределения теплоносителя по потребителям в соответствии с их тепловыми нагрузками. Во всех регионах РФ наблюдается гидравлическая разрегулировка систем теплоснабжения, независимо от тепловой мощности источников тепловой энергии. Отсутствие производства наладочных работ является причиной перетопов у одних потребителей и непрогревов у других, при этом наблюдается значительный перерасход топлива, до 30%. Учитывая, что структура тепловых сетей в малых городах РФ развивается зачастую хаотично, необходимость производства наладочных работ особенно остра. При росте цен на энергоресурсы необходимость производства наладочных работ только возрастает.
Режимная наладка системы централизованного теплоснабжения заключается в обеспечении расчетных температур внутри отапливаемых помещений и заданных режимов работы калориферных, водоподогревательных и различного рода технологических установок, потребляющих тепловую энергию от тепловой сети при оптимальном режиме работы системы в целом.
Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения:

водоподогревательную установку ТЭЦ или котельную;
центральный тепловой пункт (ЦТП);
водяную тепловую сеть с установленными на ней контрольно-распределительными пунктами (КРП), насосными, дроссельными подстанциями и прочими сооружениями;
индивидуальные тепловые пункты (ИТП);
местные системы теплопотребления.

Задачи регулирования систем централизованного теплоснабжения включают:

обеспечение источником тепла заданных гидравлического и теплового режимов;
обеспечение расчетного расхода теплоносителя по всем подключенным к тепловой сети системам теплопотребления, а также по теплопотребляющим приборам;
обеспечение расчетных внутренних температур воздуха в помеще

Введение
Настоящая статья кратко описывает проблематику энергосбережения, сложившуюся сегодня на подавляющем большинстве отечественных объектов производства, транспортировки и потребления тепловой энергии, предлагая варианты их эффективного решения.

Существующие тепловые системы, в основной своей массе, проектировались и создавались без учета возможностей, появившихся на теплоэнергетичском рынке в течение последних 10 лет. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении. Например, возможность точного моделирования тепловых процессов на ЭВМ привела к появлению новых эффективных конструкций котлоагрегатов и схем отопления, а достижения электронной индустрии обеспечили возможность широкого применения средств учета тепловой энергии и высокоэкономичных регулирующих устройств.

Таким образом, в конце ХХ века энергосбережение получило на свое вооружение большое количество эффективных технологий и новое оборудование, позволяющее значительно (до 50%) повысить надежность и экономичность работы уже существующих тепловых систем и проектировать новые системы, качественно отличающиеся от уже существующих.

Энергосбережение. Аксиомы.

Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичнсти) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект, - цель энергосбережения, - имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его тепловых потерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

Однако, несмотря на уникальность в общем случае факторов, вызывающих потери в каждой конкретной тепловой системе, отечественные объекты имеют ряд характерных особенностей. Они очень похожи друг на друга, что связано с тем, что строились они по общим для "Союза" проектным нормам во времена, когда тепловая энергия стоила "копейки". Характерные проблемы и основные каналы тепловых потерь в энергосистемах "постсоветских" объектов хорошо изучены специалистами нашего предприятия. Решение подавляющего большинства проблем энергосбережения на них отработано нами на практике, что позволяет провести анализ, рассмотреть наиболее характерные ситуации с тепловыми потерями и предложить варианты их решения с прогнозированием результатов, основываясь на наш опыт работы с подобными ситуациями на других объектах.

Излагаемое ниже исследование рассматривает наиболее характерные проблемы существующих тепловых объектов, описывает наиболее существенные каналы непроизводительных потерь в них тепловой энергии и предлагает варианты снижения этих потерь с предварительным прогнозом результатов.

Тепловые системы. Источники потерь.

Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на 3-х основных участка:

1. участок производства тепловой энергии (котельная);

2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);

3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.

Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.

На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать:

Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6-8 %; Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2-5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами; Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2-3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4-5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы. Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%. При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2-5% Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два-три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание. На каждый цикл "Пуск-останов" котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной - ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной.

Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.

Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20-25%!

Алгоритм повышения экономичности работы уже существующего котлоагрегата в общем случае можно представить как последовательность определенных действий (в порядке эффективности):

1. Провести комплексное обследование котлоагрегатов, включая газовый анализ продуктов сгорания. Оценить качество работы периферийного оборудования котельной.

2. Провести режимную наладку котлов с инвентаризацией вредных выбросов. Разработать режимные карты работы котлоагрегатов на различных нагрузках и мероприятия, которые обеспечат работу котлоагрегатов только в экономичном режиме.

3. Произвести чистку наружных и внутренних поверхностей котлоагрегатов.

4. Оборудовать котельную рабочими приборами контроля и регулирования, оптимально настроить автоматику котлоагрегатов.

5. Восстановить теплоизоляцию котлоагрегата, обнаружив и устранив неконтролируемые источники присосов воздух в топку;

6. Проверить и возможно модернизировать систему ХВО котельной.

Сегодня все более, жизненнее перед каждым человеком встает вопрос энергосбережения. Такая острая проблема решается как на государственном уровне, так и на международном, в виде внедрения в жизнь общества механизмов специально созданных, для достижения этой цели, программ. Одной из основных составляющих их него действия является сохранение тепла в жилых, государственных и других типах помещений.

Вопрос тепло сбережения обоснован тремя главными причинами, к которым относят:

• значительный рост цен на энергоресурсы;
• уменьшение природных запасов энергетического сырья, из которого вырабатывается тепловая энергия;
• значительное негативное влияние выбросов от сжигания энергетического сырья на климат и природу.

Поэтому одним из основных технических решений указанных проблем является наружная теплоизоляция конструкций зданий и тепловых магистралей.

Наружная теплоизоляция стен зданий

Главной задачей наружных теплоизоляционных материалов является уменьшение тепловых потерь и влажности в зданиях. Важнейшие приоритетные их особенности – это надежная эффективная защита внешних конструктивных элементов строений и значительное сохранение внутренних площадей их помещений. Грамотный подход к выбору теплоизоляционных материалов позволяет добиться высоких показателей в сохранении тепла, даже при низких затратах.

В современных строительных технологиях центральным техническим и технологическим средством, с помощью которого выполняется теплоизоляция наружных стен, является минеральная вата. Этот материл, изготавливается производителями в виде ватных плит из базальта и кремнезема, которые покрываются водостойким веществом. Основным способом укладки этого теплоизоляционного средства является его монтаж под облицовочную кирпичную кладку, что позволяет создать так называемую вентилируемую прослойку стен.

В строительной индустрии применяют следующие основные способы утепления стен:

• теплоизоляция при помощи пенополистирола – способ наклейки специального пенопласта или нанесение жидкого пенополиуретана на наружную сторону стен, которые могут быть с вентилируемой прослойкой и без нее;
• теплоизоляция при помощи создания, так называемого «мокрого» вида стен – этот способ предусматривает монтаж на стену ватных плит, на которые наклеивается специальная армирующая сетка, и дальнейшее покрытие их шпаклевочным материалом;
• наружная теплоизоляция стен дома с вентилирующей прослойкой, при которой используется, для предотвращения возможности появления разрушающего стены конденсата, пароизоляционный материал и ватные плиты, с последующей их обработкой фасадным материалом, через деревянную обрешетку.

Теплоизоляция тепловых магистралей

Не оспоримым является тот факт что, какие бы способы не использовались для утепления конструкций здания, но без теплоизоляции тепловых устройств, механизмов и трубопроводов вопрос сбережения тепла будет считаться пустым звуком. Особенно важным техническим решением такой проблемы, как снижение тепловых потерь является наружная теплоизоляция трубопроводов.

На сегодняшний день, одной из самых передовых технологий при утеплении трубных магистралей является создание специальной теплоизоляционной скорлупы из пенополистирола. Диаметр и толщина такого изоляционного материала изготавливаются производителями исходя из существующих размеров труб и по индивидуальному заказу.

Эффективность в снижении тепловых потерь при использовании в качестве утеплителя для труб изоляционной скорлупы достигается особенными его характеристиками:

• высокая степень водонепроницаемости;
• устойчивость к разным видам процессов гниения (грибки, плесень).

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский национальный технический университет»

РЕФЕРАТ

Дисциплина «Энергоэффективность»

на тему: «Тепловые сети. Потери тепловой энергии при передаче. Тепловая изоляция.»

Выполнил: Шрейдер Ю. А.

Группа 306325

Минск, 2006

1. Тепловые сети. 3

2. Потери тепловой энергии при передаче. 6

2.1. Источники потерь. 7

3. Тепловая изоляция. 12

3.1. Теплоизоляционные материалы. 13

4. Список используемой литературы. 17

1. Тепловые сети.

Тепловая сеть - это система прочно и плотно соединенных между собой участников теплопроводов, по которым теплота с помощью теплоносителей (пара или горячей воды) транспортируется от источников к тепловым потребителям.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие при его эксплуатации.

Наиболее ответственными элементами являются трубы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, обладать низким коэффициентом температурных деформаций, малой шероховатостью внутренней поверхности, высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты, неизменностью свойств материала при длительном воздействии высоких температур и давлений.

Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местные системы теплоснабжения - это системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях (печи). Централизованные системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.

По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При системе районного теплоснабжения источником теплоты служит районная котельная, теплофикации-ТЭЦ.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы: водяные и паровые.

Теплоноситель – среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления, вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты.

В водяных системах теплоснабжения теплоносителем служит вода, а в паровых - пар. В Беларуси для городов и жилых районов используются водяные системы теплоснабжения. Пар применяется на промышленных площадках для технологических целей.

Системы водяных теплопроводов могут быть однотрубными и двухтрубными(в отдельных случаях многотрубными). Наиболее распространенной является двухтрубная система теплоснабжения (по одной трубе подается горячая вода потребителю, по другой, обратной, охлажденная вода возвращается на ТЭЦ или в котельную). Различают открытую и закрытую системы теплоснабжения. В открытой системе осуществляется "непосредственный водоразбор", т.е. горячая вода из подающей сети разбирается потребителями для хозяйственных, санитарно - гигиенических нужд. При полном использовании горячей воды может быть применена однотрубная система. Для закрытой системы характерно почти полное возвращение сетевой воды на ТЭЦ (или районную котельную).

К теплоносителям систем централизованного теплоснабжения предъявляют следующие требования: санитарно- гигиенические (теплоноситель не должен ухудшать санитарные условия в закрытых помещениях - средняя температура поверхности нагревательных приборов не может превышать 70-80), технико-экономические (чтобы стоимость транспортных трубопроводов была наименьшей, масса нагревательных приборов - малой и обеспечивался минимальный расход топлива для нагрева помещений) и эксплуатационные (возможность центральной регулировки теплоотдачи систем потребления в связи с переменными температурами наружного воздуха).

Направление теплопроводов выбирается по тепловой карте района с учетом материалов геодезической съемки, плана существующих и намечаемых надземных и подземных сооружений, данных о характеристике грунтов и т. д. Вопрос о выборе типа теплопровода (надземный или подземный) решается с учетом местных условий и технико-экономических обоснований.

При высоком уровне грунтовых и внешних вод, густоте существующих подземных сооружений на трассе проектируемого теплопровода, сильно пересеченной оврагами и железнодорожными путями в большинстве случаев предпочтение отдается надземным теплопроводам. Они также чаще всего применяются на территории промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов на общих эстакадах или высоких опорах.

В жилых районах из архитектурных соображений обычно применяется подземная кладка тепловых сетей. Стоит сказать, что надземные теплопроводные сети долговечны и ремонтопригодны, по сравнению с подземными. Поэтому желательно изыскание хотя бы частичного использования подземных теплопроводов.

При выборе трассы теплопровода следует руководствоваться в первую очередь условиями надежности теплоснабжения, безопасности работы обслуживающего персонала и населения, возможностью быстрой ликвидации неполадок и аварий.

В целях безопасности и надежности теплоснабжения, прокладка сетей не ведется в общих каналах с кислородопроводами, газопроводами, трубопроводами сжатого воздуха с давлением выше 1,6 МПа. При проектировании подземных теплопроводов по условиям снижения начальных затрат следует выбирать минимальное количество камер, сооружая их только в пунктах установки арматуры и приборов, нуждающихся в обслуживании. Количество требующих камер сокращается при применении сильфонных или линзовых компенсаторов, а также осевых компенсаторов с большим ходом (сдвоенных компенсаторов), естественной компенсации температурных деформаций.

На не проезжей части допускаются выступающие на поверхность земли перекрытия камер и вентиляционных шахт на высоту 0,4 м. Для облегчения опорожнения (дренажа) теплопроводов, их прокладывают с уклоном к горизонту. Для защиты паропровода от попадания конденсата из конденсатопровода в период остановки паропровода или падения давления пара после конденсатоотводчиков должны устанавливаться обратные клапаны или затворы.

По трассе тепловых сетей строится продольный профиль, на который наносят планировочные и существующие отметки земли, уровень стояния грунтовых вод, существующие и проектируемые подземные коммуникации, и другие сооружения пересекаемые теплопроводом, с указанием вертикальных отметок этих сооружений.

2. Потери тепловой энергии при передаче.

Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичности) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект (цель энергосбережения) имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его тепловых потерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

2.1 Источники потерь.

Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на три основные участка:

1. участок производства тепловой энергии (котельная);

2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);

3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.

Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.

На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать:

• Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6-8 %;
• Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2-5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами;
• Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2-3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4-5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы.
• Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%.
• При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2-5%
• Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два-три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание.
• На каждый цикл "Пуск-останов" котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной - ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной.

Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.

Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20-25%!

2. Потери тепла на участке его транспортировки к потребителю. Существующие трубопроводы теплосетей.

Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю, поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД данного участка обычно определяется следующим:

• КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по теплотрассе;
• потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов;
• потерями тепловой энергии, связанными с правильностью распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы;
• периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя.

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7%. Однако:

• использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии.
• при большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс.
• гидравлическая налаженность теплотрассы является основополагающим фактором, определяющим экономичность ее работы. Подключенные к теплотрассе объекты теплопотребления должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления и возникает ситуация с возвращением части тепловой энергии по обратному трубопроводу на котельную. Помимо снижения КПД котлоагрегатов это вызывает ухудшение качества отопления в наиболее отдаленных по ходу теплосети зданиях.
• если вода для систем горячего водоснабжения (ГВС) подогревается на расстоянии от объекта потребления, то трубопроводы трасс ГВС обязательно должны быть выполнены по циркуляционной схеме. Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около 35-45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивается впустую.

Обычно потери тепловой энергии в теплотрассах не должны превышать 5-7%. Но фактически они могут достигать величины в 25% и выше!

3. Потери на объектах потребителей тепла. Системы отопления и ГВС существующих зданий.

Наиболее существенными составляющими тепловых потерь в теплоэнергетических системах являются потери на объектах-потребителях. Наличие таковых не является прозрачным и может быть определено только после появления в теплопункте здания прибора учета тепловой энергии, т.н. теплосчетчика. Опыт работы с огромным количеством отечественных тепловых систем, позволяет указать основные источники возникновения непроизводительных потерь тепловой энергии. В самом распространенном случае таковыми являются потери:

• в системах отопления связанные с неравномерным распределением тепла по объекту потребления и нерациональностью внутренней тепловой схемы объекта (5-15%);
• в системах отопления связанные с несоответствием характера отопления текущим погодным условиям (15-20%);
• в системах ГВС из-за отсутствия рециркуляции горячей воды теряется до 25% тепловой энергии;
• в системах ГВС из-за отсутствия или неработоспособности регуляторов горячей воды на бойлерах ГВС (до 15% нагрузки ГВС);
• в трубчатых (скоростных) бойлерах по причине наличия внутренних утечек, загрязнения поверхностей теплообмена и трудности регулирования (до10-15% нагрузки ГВС).

Общие неявные непроизводительные потери на объекте потребления могут составлять до 35% от тепловой нагрузки!

Главной косвенной причиной наличия и возрастания вышеперечисленных потерь является отсутствие на объектах теплопотребления приборов учета количества потребляемого тепла. Отсутствие прозрачной картины потребления тепла объектом обуславливает вытекающее отсюда недопонимание значимости принятия на нем энергосберегающих мероприятий.

3. Тепловая изоляция

Теплоизоляция, тепловая изоляция, термоизоляция, защита зданий, тепловых промышленных установок (или отдельных их узлов), холодильных камер, трубопроводов и прочего от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Так, например, в строительстве и теплоэнергетике теплоизоляция необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, в холодильной и криогенной технике - для защиты аппаратуры от притока тепла извне. Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных ограждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т. п.) и затрудняющих теплопередачу; сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией. При преимущественном конвективном теплообмене для теплоизоляции используют ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене - конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например, из фольги, металлизированной лавсановой плёнки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) - материалы с развитой пористой структурой.

Эффективность теплоизоляции при переносе тепла теплопроводностью определяется термическим сопротивлением (R) изолирующей конструкции. Для однослойной конструкции R=d/l, где d - толщина слоя изолирующего материала, l - его коэффициент теплопроводности. Повышение эффективности теплоизоляции достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками.

Задача теплоизоляции зданий - снизить потери тепла в холодный период года и обеспечить относительное постоянство температуры в помещениях в течение суток при колебаниях температуры наружного воздуха. Применяя для тепловой изоляции эффективные теплоизоляционные материалы, можно существенно уменьшить толщину и снизить массу ограждающих конструкций и таким образом сократить расход основных стройматериалов (кирпича, цемента, стали и др.) и увеличить допустимые размеры сборных элементов.

В тепловых промышленных установках (промышленных печах, котлах, автоклавах и т. п.) теплоизоляция обеспечивает значительную экономию топлива, способствует увеличению мощности тепловых агрегатов и повышению их КПД, интенсификации технологических процессов, снижению расхода основных материалов. Экономическую эффективность теплоизоляции в промышленности часто оценивают коэффициентом сбережения тепла h= (Q 1 - Q 2)/Q 1 (где Q 1 - потери тепла установкой без теплоизоляции, а Q 2 - c теплоизоляцией). Теплоизоляция промышленных установок, работающих при высоких температурах, способствует также созданию нормальных санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала в горячих цехах и предотвращению производственного травматизма.

3.1 Теплоизоляционные материалы

Основные области применения теплоизоляционных материалов - изоляция ограждающих строительных конструкций, технологического оборудования (промышленных печей, тепловых агрегатов, холодильных камер и т. д.) и трубопроводов.

От качества изоляционной конструкции теплопровода зависят не только тепловые потери, но и его долговечность. При соответствующем качестве материалов и технологии изготовления тепловая изоляция может одновременно выполнять роль антикоррозийной защиты наружной поверхности стального трубопровода. К таким материалам, относятся полиуретан и производные на его основе - полимербетон и бион.

Основные требования к теплоизоляционным конструкциям заключается в следующем:

· низкая теплопроводность как в сухом состоянии так и в состоянии естественной влажности;

· малое водопоглощение и небольшая высота капиллярного подъема жидкой влаги;

· малая коррозионная активность;

· высокое электрическое сопротивление;

· щелочная реакция среды (pH>8,5);

· достаточная механическая прочность.

Основными требованиями для теплоизоляционных материалов паропроводов электростанций и котельных являются низкая теплопроводность и высокая термостойкость. Такие материалы обычно характеризуются большим содержанием воздушных пор и малой объемной плотностью. Последнее качество этих материалов предопределяет их повышенные гигроскопичность и водопоглощение.

Одно из основных требований к теплоизоляционным материалам для подземных теплопроводов заключается в малом водопоглащении. Поэтому высокоэффективные теплоизоляционные материалы с большим содержанием воздушных пор, легко впитывающие влагу из окружающего грунта, как правило, непригодны для подземных теплопроводов.

Различают жёсткие (плиты, блоки, кирпич, скорлупы, сегменты и др.), гибкие (маты, матрацы, жгуты, шнуры и др.), сыпучие (зернистые, порошкообразные) или волокнистые теплоизоляционные материалы. По виду основного сырья их подразделяют на органические, неорганические и смешанные.

Органические в свою очередь делятся на органические естественные и органические искусственные. К органическим естественным материалам относятся материалы, получаемые переработкой неделовой древесины и отходов деревообработки (древесноволокнистые плиты и древесностружечные плиты), сельскохозяйственных отходов (соломит, камышит и др.), торфа (торфоплиты) и др. местного органического сырья. Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо- и биостойкостью. Указанных недостатков лишены органические искусственные материалы. Очень перспективными материалами этой подгруппы являются пенопласты, получаемые путем вспенивания синтетических смол. Пенопласты имеют мелкие замкнутые поры и этим отличаются от поропластов – тоже вспененных пластмасс, но имеющих соединяющиеся поры и поэтому неиспользуемые в качестве теплоизоляционных материалов. В зависимости от рецептуры и характера технологического процесса изготовления пенопласты могут быть жесткими, полужесткими и эластичными с порами необходимого размера; изделиям могут быть приданы желаемые свойства (например, уменьшена горючесть). Характерная особенность большинства органических теплоизоляционных материалов - низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 150 °С.

Более огнестойки материалы смешанного состава (фибролит, арболит и др.), получаемые из смеси минерального вяжущего вещества и органического наполнителя (древесные стружки, опилки и т. п.).

Неорганические материалы. Представителем этой подгруппы является алюминиевая фольга (альфоль). Она применяется в виде гофрированных листов, уложенных с образованием воздушных прослоек. Достоинством этого материала является высокая отражательная способность, уменьшающая лучистый теплообмен, что особенно заметно при высоких температурах. Другими представителями подгруппы неорганических материалов являются искусственные волокна: минеральная, шлаковая и стеклянная вата. Средняя толщина минеральной ваты 6-7 мкм, средний коэффициент теплопроводности λ=0,045 Вт/(м*К). Эти материалы не горючи, не проходимы для грызунов. Они имеют малую гигроскопичность (не более 2%), но большое водопоглащение (до 600%).

Лёгкие и ячеистые бетоны (главным образом газобетон и пенобетон), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита и др.

Неорганические материалы, используемые в качестве монтажных, изготовляют на основе асбеста (асбестовые картон, бумага, войлок), смесей асбеста и минеральных вяжущих веществ (асбестодиатомовые, асбестоизвестковокремнезёмистые, асбестоцементные изделия) и на основе вспученных горных пород (вермикулита, перлита).

Для изоляции промышленного оборудования и установок, работающих при температурах выше 1000 °С (например, металлургических, нагревательных и др. печей, топок, котлов и т. д.), применяют так называемые легковесные огнеупоры, изготовляемые из огнеупорных глин или высокоогнеупорных окислов в виде штучных изделий (кирпичей, блоков различного профиля). Перспективно также использование волокнистых материалов теплоизоляции из огнеупорных волокон и минеральных вяжущих веществ (коэффициент их теплопроводности при высоких температурах в 1,5-2 раза ниже, чем у традиционных).

Таким образом, имеется большое количество теплоизоляционных материалов, из которых может осуществляться выбор в зависимости от параметров и условий эксплуатации различных установок, нуждающихся в теплозащите.

4. Список используемой литературы.

1. Андрюшенко А.И., Аминов Р.З., Хлебалин Ю.М. «Теплофикационные установки и их использование». М. : Высш. школа, 1983.

2. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. «Теплопередача». М.:энергоиздат,1981.

3. Р.П. Грушман «Что нужно знать теплоизолировщику». Ленинград; Стройиздат, 1987.

4. Соколов В. Я. «Теплофикация и тепловые сети» Издательство М.: Энергия, 1982.

5. Тепловое оборудование и тепловые сети. Г.А. Арсеньев и др. М.: Энергоатомиздат, 1988.

6. «Теплопередача» В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. Москва; Энергоиздат, 1981.

Проблемы потерь тепла и наладка качественной теплоизоляции – одни из ключевых вопросов строительной и жилищно-коммунальной сферы.

Предотвращают и решают проблемы утечек тепла инженеры ещё на стадии строительства. Но вот дом сдан и Вы, как счастливый обладатель любимых квадратных метров, остаётесь с проблемами наедине. Конечно, если речь не идёт о серьёзных технологических нарушениях, за устранением которых – прямиком к подрядчиками и управляющей компании. А если дело в относительно небольших огрехах, то справляться с ними, как правило, приходится своими силами и посредством собственного кошелька.

Проблемы потерь тепла реальны?

Квартиры, частные дома, гаражи, офисы, склады – словом, любые сооружения, теряют тепло через ограждающие конструкции: стены, пол, потолок и перекрытия. Источников проблемы может быть два. Первый – явные конструкционные дефекты, или попросту – щели, зазоры, трещины. Второй источник проблемы потерь тепла – собственно материал. Тепло может уходить сквозь стены, окна и крыши в буквальном смысле слова.

Возьмём, к примеру, стены. Ключ к сохранению тепла – сопротивление теплопередаче. Стена – это барьер между воздухом комнатным и уличным. С одной стороны на неё воздействует температура выше, с другой – ниже. Законы физики не обойдёшь. И стена выступает в качестве передатчика тепла. Очевидно – чем хуже будет стена передавать тепло, тем стабильнее будет климат внутри помещения: зимой – тепло, летом – прохладно. Значит, материал стены должен по максимуму выполнять задачу «непередачи». И стены делают не однородными, а состоящими из нескольких слоёв, каждый из которых работает на то, чтобы минимизировать смешение двух температур. Если материалы с задачей не справляются, Вы теряете тепло. Всё тоже и с окнами. Около 20-25% фасада здания – это окна. И через них также может уходить тепло: сквозь щели и путём теплового излучения.

Почему возникают проблемы потерь тепла

И снова можно назвать два источника проблемы. Первый – строительство с нарушениями и огрехами. К сожалению, современные российские технологии далеко не всегда соответствуют образцам энергосберегающего строительства. Например, в США при возведении новых жилых и офисных помещений примерно 80% окон закрывают энергосберегающими стёклами. Ещё больше таких стеклопакетов ставят в Германии. А в отечественных новостях то и дело показывают растерянные лица жильцов, которые демонстрируют промёрзшие углы, протекающие крыши новостроек. Естественно, подобные жилищные оказии – скорее исключение. Но говорить о том, что 99% зданий в нашей стране тёплые, сухие и комфортные, к сожалению, не приходится.

И даже в строительстве частном, когда Вы максимально контролируете процесс, нет стопроцентной гарантии, что бригада или Вы сами не допустите огрехов, а материалы, к примеру, герметик, качественные.

Перейдём к источнику проблем потерь тепла номер два. Даже отлично выполненная стена, окно, пол, перекрытие со временем ветшают. Под воздействием двух факторов, человеческого и среды, неминуемо появляются дефекты. Яркий пример – трещины в швах панельных домов. Другой пример – разрушение кровли осадками, птицами и массой снега. По крошке, по крошке, дефект уже заметен глазу и стал путём выхода тепла.

И даже наша, казалось бы, созидательная деятельность, вроде замены окон, дверей или утепления крыши, не всегда приносит желаемый эффект. Не качественным может быть сам стеклопакет, нетщательно загерметизированы щели.

Как же решить проблему потери тепла? Как превратить наши жилища в уютные «термосы» зимой и уголки прохлады и комфорта летом? Задача очевидна – устранить места теплопотерь, сделать качественное утепление. И первый шаг – поиск утечек тепла – определение локализации зон, через которые уходит тёплый воздух.

Эффективное решение проблемы теплопотерь

Компания «ТеплоПоток» успешно помогает устранить проблемы потерь тепла в Новосибирске , а именно выполнить первый этап – определить места «утечек». Мы проводим тепловизионные исследования домов, коттеджей, квартир, гаражей, бань и других помещений и целых зданий. Профессиональный прибор для поиска потерь тепла – тепловизор. Он позволяет получить изображение, на котором видно распределение температур в цветовой схеме и с указанием конкретных градусов. Прибор для поиска потерь тепла безошибочно продемонстрирует все слабые, с точки зрения энергоэффективности, места в ограждающих конструкциях.

Поиск скрытых коммуникаций – второе назначение тепловизора. Проблемы с запрятанными в стенах, потолке и полу системами также могут спровоцировать нарушение комфортного домашнего климата. Неполадки с отоплением? Прибор для поиска потерь тепла поможет найти дефекты тёплых полов, не вскрывая настил, выявить места образования воздушных пробок в радиаторах и сделать другие полезные исследования скрытых коммуникаций.

На основании снимков, термограмм, которые даёт прибор для поиска потерь тепла, мы готовим для Вас отчёт. В нём Вы увидите все холодные зоны – места утечек тепла и неполадки скрытых коммуникаций.

Имея чёткое представление о состоянии помещения и зная его слабые места, Вы без лишних временных и финансовых затрат сможете поправить дефекты. Полезны при этом будут и прописанные к термограммам комментарии наших специалистов, с рекомендациями по устранению нарушений.

Немного статистики по проблемам потерь тепла

Согласно проведенным не так давно исследованиям, порядка 75% энергии, вырабатываемой в стране, уходи в никуда. Можно сказать, растворяется в воздухе. Не зря в городе всегда на 2-3 градуса теплее зимой, чем в той же области. Связанно это именно с выходом тепла наружу. Но, зачем отапливать улицу, когда и на дом-то не хватает?

Давайте приведем немного статистики. Проблемы потерь тепла в Сибири далеко не на последнем месте. Сами понимаете, что наш суровый сибирский климат располагает к тому, чтобы к зиме утеплить свой дом как можно лучше, сильнее. От этого зависит не просто комфортное в нем пребывание, но и здоровье всех тех, кто в нем собирается зимовать.

Существует мнение, что большое количество теплопотерь идет через окна. Безусловно, это так. Но лидером среди большой отдачи тепла являются стены. На их долю приходится порядка 35% всех теплопотерь дома. Но это и не удивительно. Ведь дом – это и есть стены. И, к сожалению, не всегда качественные, не всегда хорошо утепленные, не всегда сделанные «на совесть». Тем более, в связи с тем, что в наше время строится очень много жилья и строители стараются успеть в срок, а то и раньше сдать дом в эксплуатацию. Иногда это отражается на качестве. Но, предпринятые вовремя меры, значительно улучшат теплопроводность и сведут тепловые потери к минимуму. А это значит, что завышенные счета за отопление вскоре заменятся на нормальные, адекватные цены, на такие, какими они и должны быть.

При качественной и правильной теплоизоляции дома, здания, гаража, да и любой другой постройки, даже если уличная температура опустится до -30 градусов, а отопление по какой-то причине отключится, температура внутри помещения не должна упасть больше, чем на 1 градус. Впечатляет? Не верится? Но это правда!

Ситуации бывают всякие, легко может случится коммунальная авария, при которой вы вынуждены будете находиться какое-то время без тепла. А благодаря правильной теплоизоляции, уже накопленное тепло, не выйдет наружу. Это очень важно, как для частных домов, так и городских многоэтажек. Потому что, обычно, такие аварии быстро не устраняются. И вместо того, чтобы надевать десятки теплых носков и три свитера, лучше задуматься о том, есть ли у вас проблемы потерь тепла в доме.

Нет нерешаемых проблем тепловых потерь

Конечно, можно попробовать самостоятельно найти проблемные места в доме. Начать хотя бы с тех же самых окон. Проверьте, правильно ли функционируют все механизмы открывания и закрывания. Не требуется ли им регулировка? Между окном и стеной не должно быть никаких зазоров. Это однозначно приведет к большим теплопотерям. В таких случаях может помочь даже обычный герметик. Если в конструкции дома предусмотрены лоджии или балконы, то их тоже необходимо осмотреть на предмет герметичности. +1 к утеплению помещения дает остекление балконов. Это помогает пускать в помещение гораздо меньше холодного воздуха с улицы. А отражающее покрытие, нанесенное на окна, также благотворно влияют на сохранение тепла в помещении. Кстати, в домах, в которых предусмотрено 2 входных двери, вместо одной – тепло сохраняется чуть лучше, чем в домах с одной входной дверью. Не говоря уже об улучшенной звукоизоляции от улицы и подъезда.

Стоит ли говорить о дополнительном утеплении крыши и подвала? Бесспорно. Обычно такие места отдают не меньше тепла, чем стены. Подвал, конечно, должен быть сухим и прохладным, но это не значит, что вся его прохлада должна попадать в жилое помещение. Советуем вам обратить внимание на то, что утеплять стены и крышу лучше снаружи. Связанно это с тем, что при утеплении стен изнутри помещения, может образоваться конденсат, который в свою очередь не просто сделает хуже для теплоизоляции дома, но и станет отличным поводом для появления плесени. А плесень для здоровья часто даже хуже, чем обычный сквозняк. К тому же плесень негативно влияет на сохранность материалов и прочность вашего дома окажется под угрозой.

Проблему потери тепла гораздо легче обнаружить при помощи тепловизионного обследования. Обследование тепловизором, проведенное профессионалами, значительно сэкономит ваше время на обнаружение теплопотерь. Это означает, что приступить к устранению проблемы потерь тепла вы сможете гораздо быстрее и начнете экономить на теплоэнергии уже в ближайшее время.

В «тепловизионном парке» компании ТеплоПоток собраны только лучшие модели тепловизоров, зарекомендовавшие себя не однократно. Но, даже самый лучший тепловизор не справится в одиночку. Именно поэтому, мы подобрали самых сильных специалистов в сфере тепловизионного обследования, дали им в руки тепловизоры и отправили бороться с теплопотерями. От них не скроется ни один угол, ни одна щель, через которую может задувать даже самый незначительный сквозняк. А, как известно, даже маленький сквозняк, может напакостить по-крупному!