Актуальность проблемы.

В условиях мирового экономического кризиса с каждым днём всё острее и острее становится проблема неэффективного использования энергии и ресурсов. Стоимость коммунальных платежей на 50 – 80 % состоит из стоимости воды, тепла и электроэнергии; стоимость энергоресурсов значительно влияет на себестоимость продукции, производимой российскими предприятиями, и, как следствие, на их конечную стоимость. Ещё каких-то пять-десять лет назад мало кто всерьёз задумывался об экономии воды, тепла и электроэнергии (говорили многие, но мало кто задумывался!). Дело в том, что ресурсосберегающие технологии стоят денег, и для того, чтобы сэкономить завтра, нужно потратить деньги (и немалые!) сегодня. При том соотношении цен на ресурсы и энергосберегающие мероприятия, расчётная окупаемость различных проектов была 5, 10 и, даже, 20 лет. На сегодняшний день экономическая ситуация в корне меняется – ресурсы дорожают (и будут дорожать!) быстрее, чем энергосберегающие технологии. И сегодня об этом нужно уже не просто говорить, а принимать как руководство к действию.

Как обстоят дела в теплоснабжении сегодня.

Не редко, когда речь заходит об экономии тепловой энергии, у думающего человека возникает вопрос: «А откуда, собственно, ей (экономии) взяться? За счёт чего?» Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо понимать, как устроено централизованное теплоснабжение.

Тепловая энергия вырабатывается на теплоисточнике – это может быть котельная или ТЭЦ (теплоэлектроцентраль, на которой, главным образом, вырабатывают электричество, а в качестве побочного продукта, получают тепловую энергию). Далее нагретый теплоноситель (вода) при помощи сетевых насосов по трубопроводам (тепловым сетям) попадает на тепловые пункты потребителей. Тепловые пункты бывают индивидуальными (ИТП – на одно здание или, даже, только часть его) или центральными (ЦТП – на группу домов). По ряду причин, главным образом экономических, ЦТП, на сегодняшний день «вымирают», поэтому на них мы подробно останавливаться не будем. Одной из главных задач, выполняемой ИТП, является приготовление воды на нужды горячего водоснабжения (далее ГВС), в соответствии с заданной температурой, и отопления, в соответствии с температурным графиком.

На том, что такое температурный график – нужно остановиться подробно. Достаточно иметь базовые знания по физике, чтобы понять следующую закономерность: чем холоднее на улице, тем больше тепла необходимо подать в отапливаемое помещение для поддержания в нём постоянных комфортных условий. Формула, отражающая работу водяной системы отопления, имеет вид:

Из формулы видно, что регулировать подачу тепла на отапливаемый объект можно 2-мя способами: либо изменяя расход теплоносителя, либо температуру (эти два вида регулирования называют, соответственно, количественное и качественное). Исторически так сложилось, что на теплоисточнике осуществляется качественное регулирование в соответствии с утверждённым температурным графиком (см. рисунок 1). Сразу следует заметить, что температурные графики тепловых сетей и систем отопления не всегда совпадают. Более того, чаще, как раз, бывает наоборот (на это есть экономические причины, заострять внимание на которых мы не будем). Преобразование одного температурного графика в другой – одна из задач, выполняемых ИТП. Во времена СССР (когда родилось централизованное теплоснабжение), эту задачу решали при помощи устройства, называемого «водоструйный элеватор» (см рис. 2).

Устроен он таким образом, что за счёт разницы давлений в подающем и обратном трубопроводах, происходит смешение теплоносителя, пришедшего из тепловой сети (с более высокой температурой), и теплоносителя, уже прошедшего через систему отопления (и, как следствие, остывшего). В результате в систему отопления поступает теплоноситель с некоторой промежуточной температурой. Другими словами, при помощи элеватора один температурный график преобразовывают в другой.

В идеале, температурные графики должны быть прямыми, но жизнь гораздо сложнее, и если мы опять взглянем на рисунок, то увидим, что они имеют, так называемые, верхние (на 115-ти °С) и нижние (на 70-ти °С) срезки. На том, чем обусловлена верхняя срезка, мы подробно останавливаться не будет. Заметим, лишь, что означает она следующее: теплоснабжающая организация заведомо недодаёт тепла при температуре наружного воздуха -11°С и ниже (заостряем внимание, что график актуален для города Ростова-на-Дону). Нижняя срезка обусловлена тем, что в задачи ИТП, так же, входит приготовление воды на нужды ГВС в соответствии с действующими строительными и санитарными нормами. Из графика видно, что при температуре наружного воздуха +4 °С и выше, система отопления работает в режиме, так называемого, вынужденного перетопа, когда в систему отопления поступает теплоноситель с температурой выше необходимой (ещё такой режим называют весенним или осенним перетопом). В это время в помещениях становится жарко и люди, находящиеся в них, не находят ничего лучшего, чем «регулировать» температуру в помещении форточкой.

Теперь вернёмся к «нашему» элеватору, который имеет ряд важных недостатков.

Первый из них: элеватор – это не регулируемое устройство, и, как следствие, не позволяет ничего сделать ни с недотопами, ни с перетомами.

Для того, чтобы говорить о втором важном недостатке – нужно понять, что такое коэффициент смешения. Как уже говорилось выше, элеватор предназначен для того, чтобы, путём смешивания теплоносителя, получать теплоноситель с необходимой температурой (важно добавить, что ещё и в нужном количестве!). Так вот, количество теплоносителя, взятое из обратного трубопровода, отнесённое к количеству теплоносителя взятого из подающего трубопровода – это и есть коэффициент смешения. Например, для того, что бы получить из температурного графика 150/70 температурный график 95/70, нужно получить коэффициент смешения, равный 2,2. Это значит, что на 1 м3 объёма теплоносителя, взятого из подающего трубопровода, нужно взять 2,2 м3 теплоносителя из обратного трубопровода. В результате в систему отопления поступит 3,2 м3 теплоносителя с нужной температурой. Так вот, второй недостаток элеватора заключается в том, что коэффициент смешения зависит от разности давлений на вводе (прямая зависимость) и от гидравлического сопротивления системы отопления (обратная зависимость). Со временем любая система отопления «зарастает», её сопротивление растёт, падает коэффициент смешения элеватора (автору статьи известен случай, когда в результате зарастания стояков коэффициент смешения упал с 2,2 до 0,3!). Как следствие, падает объём теплоносителя, прокачиваемого через систему отопления, растёт температура смешанного теплоносителя. К каким «прелестям» это приводит – мы вернёмся ниже.

После ИТП теплоноситель необходимой температуры поступает в стояки, и по ним к приборам отопления. И здесь мы сталкиваемся с другой проблемой, доставшейся «в наследство» от СССР – горизонтальной разбалансировкой стояков (здесь и далее рассмотрена стояковая система отопления, для лежаковой системы отопления понятия горизонтальной и вертикальной разбалансировки меняются местами). Не надо иметь «семи пядей во лбу», чтобы понимать, что вода потечёт по пути наименьшего сопротивления. Переводя на русский язык, если мы имеем все стояки одного диаметра, одной высоты и на них отсутствуют какие-либо балансировочные устройства (клапана, «шайбы» и т. д.), то через стояки, ближние к ИТП, расход будет максимальным, а через дальние стояки (торцевые и угловые квартиры) – минимальным. Отсюда нередки случаи, когда в лютый мороз в угловых (торцевых) квартирах мы имеем температуру 14 – 16 °С. А теперь самое время вспомнить, что такое коэффициент смешения элеватора и от чего он зависит. Со временем стояки зарастают, коэффициент смешения элеватора падает, как следствие, падает расход теплоносителя через систему отопления, при этом, растёт температура теплоносителя, ситуация с горизонтальной разбалансировкой усугубляется, к горизонтальной разбалансировке добавляется вертикальная (при верхней разводке верхние квартиры перегреты, нижние — недогреты). Самое неприятное в сложившейся ситуации – ПРИ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СХЕМЕ НИЧЕГО НЕЛЬЗЯ СДЕЛАТЬ.

Что делать?

В свете всего сказанного возникает вопрос: «А можно ли с этим что-либо сделать?». Ответ: «Конечно можно!». Нужно заменить элеваторную схему подключения альтернативной (узел насосного смешения или пластинчатый теплообменник) и установить на стояки балансировочные клапана.

На рисунке 3 изображена схема подключения системы отопления через узел насосного смешения. Насос предназначен для того, что прокачать необходимое количество теплоносителя через систему отопления (независимо от сопротивления системы отопления и перепада давлений на вводе!). В контроллер поступают сигналы от датчиков температуры наружного воздуха и смешанного теплоносителя. По результатам измерений контроллер вырабатывает управляющий сигнал для регулирующего клапана с целью поддержания температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, в соответствии с заданным температурным графиком.

Очень важно отметить, что схему эту придумали не мы – это стандартная схема подключения системы отопления к тепловым сетям из СНиПа. Балансировочные клапана на стояки следует установить для того, чтобы распределить теплоноситель равномерно по всему зданию.

Таким образом, схема подключения системы отопления через узел насосного смешения имеет ряд достоинств по сравнению с элеваторной схемой.

1. Расход теплоносителя через систему отопления при такой схеме подключения не зависит от степени засорённости стояков (а значит, отсутствует вертикальная разбалансировка!).
2. Наличие во внутреннем контуре насоса позволяет установить на стояки балансировочные клапана (при элеваторной схеме это недопустимо, т. к. балансировочные клапана – это дополнительное гидравлическое сопротивление).
3. Такая схема позволяет подавать в систему отопления теплоноситель с необходимой температурой независимо от того, какова температура теплоносителя, поступающего из теплосети (т. е. устранить перетопы, а значит повысить уровень комфорта и сэкономить деньги).
4. Для зданий, в которых люди не находятся 24 часа в сутки (например, административные или производственные здания) важно ещё одно преимущество – современные контроллеры, как правило, имеют функцию переключения режимов «комфортный – экономный». Переводя на русский язык – имеют возможность снижать температуру теплоносителя на время, когда люди в здании отсутствуют (например, на ночь или выходные дни).
5. Замена элеваторного узла на альтернативный (регулируемый) и установка автоматических(!) балансировочных клапанов, позволяет в дальнейшем организовать поквартирное регулирование и поквартирный учёт тепловой энергии.

Мифы о теплоснабжении.

Миф №1. Утепление дома, само по себе, ведёт к повышению комфорта и экономии тепловой энергии.
Это далеко не всегда так. Если у Вас в квартире холодно (весь отопительный период или только часть его), то было бы неплохо утеплить окна, двери и т. д. Безусловно, в квартире станет комфортнее, хотя, вряд ли, это приведёт к снижению коммунальных платежей. Если же утеплить современными материалами весь дом (что весьма недешёвое удовольствие!), но при этом оставить систему отопления в первоначальном виде (без поквартирного регулирования), то оплата за отопление… может и увеличится(?). И вот почему. В помещениях, попросту, станет невыносимо жарко и обитателям квартир не останется ничего другого, как открывать окна (автор статьи лично видел по этому поводу репортаж по каналу «Россия»). А вот утепление дома в комплексе с реконструкцией системы отопление даст МАКСИМАЛЬНЫЙ эффект.

Миф №2. Если в доме холодно (всем или только части дома), то надо рассверлить сопло элеватора (только так, что б не заметила теплоснабжающая организация!).
Это, опять-таки, не всегда так. Нужно понимать, почему в доме холодно и к чему приведёт увеличение сопла элеватора. Если зданию не хватает тепла в целом, то эта мера может дать положительный результат. Если же дело в разбалансировке, то можно сделать ещё хуже (при увеличении сопла уменьшится коэффициент смешения – вспоминаем что это такое; как следствие, уменьшится расход теплоносителя через систему отопления, увеличивается температура и степень разбалансировки – и горизонтальной, и вертикальной).

Миф №3. Если на улице тепло, то, для того, чтобы сэкономить, нужно пойти в подвал и прикрутить задвижку перед элеватором.
Опять вспоминаем про коэффициент смешения. Прикручивая задвижку, снижаем разность давлений перед элеватором, дальше опять «та же песня» про расход, температуру и разбалансировку. Вполне возможно, что экономия всё-таки будет, но способ не самый оптимальный.

Миф №4. Организовать поквартирный учёт тепла можно только в новых домах, в которых системы отопления не стояковые, а поквартирные.
Это не так. На западе уже давно (да и в России уже несколько лет) существует технология поквартирного учёта тепла на базе радиаторных распределителей, но подробное обсуждение этой темы не входит в цели настоящей статьи.

Каков же потенциал энергосбережения для многоквартирного жилого дома и стоит ли оно того (оборудование и работы стоят денег, и не малых)?

Это зависит от нескольких составляющих.

1. Тариф. У каждой энергоснабжающей организации свой тариф (бывает, разница достигает 1,5 раза и выше).
2. Температурный график, по которому работает тепловая сеть. Существует несколько наиболее распространённых температурных графиков: для тепловых сетей — 150/70, 130/70, 95/70. Если мы взглянем на рисунок 4, то увидим, что у разных температурных графиков зона вынужденного перетопа начинается при разных температурах наружного воздуха (150/70 при +4°С, 130/70 при +1°С, 95/70 при -8°С). Таким образом, мы видим, что самый большой потенциал энергосбережения у системы отопления, работающей по графику 95/70 (нужно заметить, что речь идёт о случае, когда энергоснабжающая организация выдерживает заявленный график).
3. Политика теплоснабжающей организации в отношении перерасхода тепла и теплоносителя. Одни теплоснабжающие организации смотрят на эти вещи «сквозь пальцы», другие подходят к этому вопросу серьёзно и всячески ограничивают энергопотребление в соответствии с договором. В результате у потребителей первых, практически не существует проблемы недогрева. Управляющий таким домом (председатель или сотрудник управляющей компании) просто «берёт» столько тепла, что бы хватило даже самой дальней квартире (кому-то комфортно, а кому-то жарко – он открывает форточку). У потребителей вторых всё сложнее. Есть некоторое количество тепла, которое надо равномерно распределить по всему дому. Равномерно распределили (что бывает редко) – всем хорошо, но, как правило, так не бывает. Обычно страдают торцевые (угловые) квартиры. Потенциал энергосбережения больше у первых.
4. Размер здания. Чем больше здание – тем сильнее разбалансировка и, как следствие, выше потенциал энергосбережения.
5. Регион. Чем теплее регион – тем выше потенциал энергосбережения в %-х от потребления (потому, что большая часть отопительного сезона находится в зоне перетопа), но ниже в абсолютной величине (Гкал, рубли).

Исходя из нашего опыта, можно заключить, что замена элеваторного узла на альтернативный (регулируемый!) и установка автоматических балансировочных клапанов, в зависимости от перечисленных выше условий, позволят сэкономить от 10-ти до 50-ти % тепловой энергии. Сколько это в рублях – считайте сами. При сегодняшних ценах на тепло (которые имеют склонность постоянно расти!), энергосберегающее оборудование и работы, такие мероприятия окупаются за 1 – 5 отопительных сезонов. На наш взгляд, в свете всего выше сказанного, уже не стоит вопрос: «Надо ли заниматься энергосбережением?». Стоит вопрос: «Когда начинать заниматься энергосбережением?» Ответ напрашивается сам собой – «чем раньше – тем лучше».