Технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления отпуска тепла

Отпуск теплоты является одним из основных технологических процессов теплоснабжения. Однако в отличие от других процессов теплоснабжения (производство теплоты, подготовка воды, транспортирование теплоносителя, защита тепловых сетей и др.) объем и уровень автоматизации управления отпуском теплоты существенно отстают от современных требований обеспечения высокого качества, экономичности и надежности теплоснабжения. В связи с этим имеют место дискомфортные условия в отапливаемых помещениях и перерасход теплоты и топлива.

Экономическая эффективность:

Значительного повышения эффективности использования тепловой энергии можно достичь за счет систем автоматического регулирования потребления тепловой энергии, применение которых позволяет потребителю:

  • поддерживать комфортную температуру воздуха в помещениях путем соблюдения заданного графика зависимости температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, от температуры наружного воздуха;
  • ликвидация весенне-осенних перетопов зданий;
  • автоматическое снижение потребления тепловой энергии системой отопления здания в нерабочее время, в выходные и праздничные дни;
  • ограничение температуры теплоносителя, возвращаемого в тепловую сеть.

Структура и удельный вес основных элементов экономии.

Значительная экономия теплоты при любом способе регулирования может быть достигнута за счет снижения температуры воздуха в отапливаемых помещениях производственных и административно-общественных зданиях в нерабочие дни и в ночное время.

Применительно к производственным и административным зданиям, при ночном снижении температуры на 4-6 °С (min до 10-12 °С), эта экономия составляет – до 25 %. При этом снижение температуры в выше указанных пределах не ухудшает санитарно-гигиенических условий в отапливаемых помещениях (нормируется СанПиН), строительные конструкции поддерживаются в нормальном температурном тонусе (нормируется СНиП).

Таких результатов можно добиться при применении автоматизированного (ступенчатого) теплоснабжения. При ступенчатом теплоснабжении подача тепла поддерживается на постоянном уровне в течение части периода, а в остальное время уменьшается или совсем прерывается. Для большинства современных зданий допускается в течение части суток понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения.

На приведенной ниже диаграмме показана зависимость изменения температуры в отапливаемом административно-производственном помещении от степени подачи теплоносителя с учетом инертности системы отопления и отапливаемого здания.

Технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления отпуска тепла Изменение температуры

Для административных и производственных помещений, согласно СанПиН нормальной температурой считается температура от 18 °С.

Рассмотрим подробнее, как это может выглядеть:

1-я фаза - режим ночного понижения температуры стартует в 1800, когда, согласно расписания, заканчивается рабочий день в учреждении или предприятии, система автоматики снижает подачу теплоносителя. За счет инертности системы отопления и самого отапливаемого помещения происходит плавный спад температуры от 20 до 18 °С приблизительно за 2 часа, что дает дополнительное время для комфортного пребывания людей в помещении.

2-я фаза - Система должна обеспечить нормальную температуру в отапливаемом помещении к моменту начала рабочего дня – к 800. Для этого заблаговременно, приблизительно за 3,5 часа автоматика открывает максимальную подачу теплоносителя для быстрого преодоления инертности системы отопления и догрева отапливаемого здания. При этом примерно к 630 достигается температура в помещениях равная 18 °С для комфортного пребывания людей.

Из диаграммы видно, что максимальная подача теплоносителя – 100%, осуществляется всего лишь с 0400 до 1800, что составляет 14 часов в сутки. Режим ночного понижения температуры – 40% подачи теплоносителя длится 10 часов. Результатом является 25 % экономия расхода теплоносителя (тепловой энергии) в сутки. При данной системе регулирования подачи теплоносителя время комфортного пребывания людей в помещениях составляет 13,5 часов, а нормированный рабочий день с обеденным перерывом составляет 9 часов. То есть имеется еще резерв для экономии.

В период выходных и праздничных дней (не рабочие дни), в административно-производственных зданиях можно понижать температуру на весь период времени. Однако нам известно, что приблизительно 3 - 4 часа тратится на преодоление инертности системы отопления и догрев здания до заданной температуры. Получаем следующий график подачи теплоносителя: максимальная подача теплоносителя – 100%, осуществляется всего лишь 4 часа для догрева помещения; Режим понижения температуры – 40% подачи теплоносителя длится 20 часов. Результатом является 50 % экономия расхода теплоносителя (тепловой энергии) в сутки.

Экономия теплоносителя в период отопительного сезона будет приблизительно следующая: средняя продолжительность отопительного сезона 183 дня, в том числе 26 выходных и праздничных дней. Отсюда получаем приблизительно 28,55% годовую экономию расхода теплоносителя.

Понижение температуры в отапливаемом здании в ночные часы и нерабочие дни является главным элементом экономии !!!

Кроме того, за счет оперативной реакции системы теплоснабжения на изменение погодных условий (исключение перетопов) возможно получение еще 10% экономии.

Ниже на рисунке показано возможное управление тепловым режимом здания. Температура наружного воздуха в течении суток изменяется по закону:

Технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления отпуска тепла

Характер изменения температуры внутреннего воздуха в результате влияния внешних возмущающих воздействий

Технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления отпуска тепла Экономия 10 процентов
ЭКОНОМИЯ 10%

Вслед за этим по тому же закону начинает меняться температура внутреннего воздуха. Чтобы температура внутреннего воздуха оставалась на постоянном уровне, требуется определенное регулирование подачи теплоты. Экономия тепловой энергии в этом случае может составить 10% в сутки. При этом эта экономия не зависит от того рабочий ли это день или выходной, жилое это здание или административно-промышленное.

Общая экономия теплоты при автоматическом регулировании ее отпуска системам отопления может составить: в административно-производственных зданиях – до 40 % годового расхода теплоносителя (энергоресурсов).

Технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления отпуска тепла Структура общегодовой экономии

При этом следует отдавать себе отчет в том, что эффект годовой экономии теплоносителя от снижения интенсивности его подачи, достигается лишь в том случае, когда соблюдаются требования по качеству подачи первичного теплоносителя в отапливаемое здание, а так же сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций отапливаемого здания не ниже установленных в СНиП.

Следует так же отметить, что автоматизация отпуска теплоты позволит стабилизировать и балансировать гидравлический и тепловой режимы всей системы теплоснабжения, что, безусловно, благотворно влияет на увеличение срока службы системы в целом.

Перерасход теплоты в системах горячего водоснабжения при отсутствии регуляторов может составить 10 - 15 % годового потребления теплоты на горячее водоснабжение.

Как показывают расчеты, при экономии теплоты только в размере 10 % автоматические устройства и оборудование, установленные на центральных тепловых пунктах, теплогенераторных установках промышленного и бытового назначения окупаются в течение 1 - 1,5 года.

Технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления отпуска тепла Приблизительный срок окупаемости

Приблизительный срок окупаемости затрат на установку системы регулирования потребления тепловой энергии показан на графике, при условии получения экономии 25% (на практике может достигать 40%).