Потери тепла при его транспортировке от котельной к потребителю

Панарин В.М., Котлеревская Л.В., Дабдина О.А.
Тульский государственный университет,
Россия, г. Тула

Проблема энергосбережения сложилась сегодня на подавляющем большинстве отечественных объектов производства, транспортировки и потребления тепловой энергии.

Учитывая, что основной ввод теплоэнергетических мощностей был осуществлен в 1960-70 гг., в последние годы в электроэнергетике России неуклонно обостряется проблема физического и морального старения оборудования теплоэнергетических сетей (ТЭС). Так, степень физического износа оборудования характеризуется составом оборудования ТЭС по возрастным группам на 2002 г. ориентировочно следующими показателями: от 5 до 20 лет – 35 %; от 20 до 30 лет – 35 %; от 30 до 50 лет – 30 %.

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.

Современные трубопроводы расположены преимущественно под землей, лишь в немногих местах выходя на поверхность. Это позволяет избежать загромождения проезжих частей, городских дворов, скверов и просто не портят внешний вид многих пейзажей. Но такое расположение труб не освобождает их от требований безопасности и стойкости к экстремальным температурам. Кроме того, в системах отопления и горячего водоснабжения должны быть сведены к минимуму потери тепла на этапе транспортировки.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех способах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственны непрерывные колебания температуры, влажности и давления.

В ходе эксплуатации различные физико-химические воздействия окружающей среды вызывают деструктивные процессы в гидро-теплоизоляционных конструкциях подземных теплопроводов, которые существенно изменяют пористую структуру материала, увеличивая количество сквозных пор и их размеры, способствуя появлению трещин и других дефектов. Подобные изменения структуры практически не оказывают влияния на теплопроводность изоляции в сухом состоянии, однако, в очень большой степени влияют на коэффициент переноса жидкой влаги, увеличивая его на несколько порядков, что приводит к увеличению эксплуатационной влажности изоляции и, вследствие этого, к резкому снижению ее теплозащитных свойств. На участках увлажнения теплоизоляции, как правило, возникает наружная коррозия труб.

Причины появления и воздействия наружной коррозии наподземные трубопроводы достаточно хорошо изучены специалистами и широко представлены в специализированной литературе. Наиболее существенными факторами, определяющими коррозионную активность вмещающей среды, является структура, гранулометрический состав, влажность, воздухопроницаемость, окислительно-восстановительный потенциал, общая кислотность и общая щелочность почв и грунтов. Помимо почвенной коррозии, подземные теплопроводы подвержены электрокоррозии, вызываемой блуждающими токами, и внутренней коррозии.

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. Современные импортные насосы, разработанные уже в течение последнего десятилетия имеют КПД в 2-3 раза выше, чем у широко применяющихся сегодня отечественных, обладают высокой надежностью и качеством работы. Применение же устройств частотного модулирования для автоматического управления скоростью вращения асинхронных двигателей насосов в несколько раз (!) повышает экономичность работы насосного оборудования;

· при большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс. При возрастании выше средней величины тепловых потерь по длине, следует уделить внимание следующему факту: в настоящее время на рынке появились новые виды предварительно изолированных теплопроводов, например типа "Экофлекс". Тепловые потери такого трубопровода (например для "Экофлекс-Кватро" - 13,21 Вт/м против обычной стальной трубы с теплоизоляцией - 120 Вт/м) практически в 10 раз ниже (!), а надежность безаварийной работы в десятки раз выше. Последний показатель особенно актуален для снижения потерь, связанных с нештатными аварийными ситуациями, неконтролируемыми утечками теплоносителя и затратами на авральные ремонтные работы на теплотрассах. Другим вариантом выхода из сложившейся ситуации может быть монтаж крышной котельной прямо на объекте теплопотребления. Современное котельное оборудование и автоматика позволяет оборудовать на котельную прямо на крыше отапливаемого здания. Такая котельная работает полностью в автоматическом режиме с очень высоким КПД - порядка 85-90 %.

· 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. Одним из способов, позволяющих значительно снизить потери энергии в ГВС, является производство горячей воды прямо в теплопунктах зданий - потребителей. Эффективным и современным способом для этого являются пластинчатые теплообменники, обладающие рядом существенных преимуществ по отношению к традиционно используемым кожухотрубным.

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

Однако не стоит забывать, что тепловые потери являются величиной индивидуальной для конкретной тепловой сети и не могут напрямую применяться в качестве аналогов для других тепловых сетей, т.к. включенные в испытания участки тепловых сетей существенно отличаются по диаметру, глубине прокладки и условиям эксплуатации от основной массы теплосетей. Условия эксплуатации изменяются в зависимости от времени года, а также отличаются по влиянию потребителей (резкое отличие температуры воды в обратной трубе и ступенчатое изменение этой температуры по отрезкам теплосети в реальных условиях эксплуатации).

Для повсеместной характеристики тепловой сети (или отдельных теплопроводов) по величине тепловых потерь в разное время отопительного сезона целесообразно использовать методы и средства инструментального контроля, позволяющие выявлять основные факторы, приводящие к возрастанию тепловых потерь, и количественно учитывать воздействие реальных условий эксплуатации при определении величины тепловых потерь.

Рациональное использование ресурсов за последние годы по праву стало проблемой века: экономия и минимизация потерь по всех сферах стала важнейшей тематикой исследований и поисков технических усовершенствований. Именно поэтому одной из важнейших современных проблем по праву можно считать потерю тепла в отопительных системах, что приводит как к перерасходу ресурсов, так и к неоправданному повышению стоимости тепла.

Список литературы

1. Электронный журнал энергосервисной компании “Экологические системы” №6. Июнь 2007г.

2. Влияние различных эксплуатационных факторов на тепловые потери в бесканальных подземных трубопроводах тепловой сети. В.С.Слепченок, ГУП «ТЭК СПб»; А.Н.Рондель, генеральный директор, Н.Н.Шаповалов, генеральный директор ООО «ДИсСО», г. Санкт-Петербург

Назад к списку