Определение структуры неучтенных расходов воды методом зонирования

Экспертиза систем водоснабжения и канализации — наш опыт

Потери воды в тепловых сетях: методы снижения объёма утечек

Потери воды в тепловых сетях: методы снижения объема утечек

Задача уменьшения потерь воды сегодня стоит весьма остро. Утечки теплоносителя и, как следствие, существенные потери тепла имеются на большинстве действующих сетей. В результате увеличивается объем необходимой подпиточной воды, расходы на ее подготовку.

Основные причины утечек:

• Разрушение труб под действием коррозии.
• Неплотная подгонка регулирующей и запорной арматуры.
• Нарушения целостности трубопровода под воздействием механических нагрузок, которые происходят по причине некачественного монтажа.

Для восполнения утечек необходима энергия источника теплоты (подпиточная вода подогревается до определенной температуры), что приводит к лишним затратам.

Потери горячей воды могут быть:

• аварийными;
• постоянными.

Постоянные в тепловых сетях зависят от площади неплотных участков и давления. Аварийные утечки связаны с разрывами трубопроводов. Потери холодной воды (остывшего теплоносителя) вследствие аварий встречаются довольно редко. Подавляющее большинство аварий происходит именно на подающих трубопроводах. По ним движется вода высокой температуры под достаточно большим давлением.

Согласно действующим нормативам при эксплуатации тепловой сети утечка теплоносителя должна за час составлять не более 0,25% от общего объема.

Для сокращения потерь тепла, причиной которого являются утечки воды, необходимо регулярно проводить профилактические мероприятия.

К таким мерам относятся:

• Защита труб от электрохимической коррозии. Для этого выполняется катодная защита, и наносятся антикоррозийные средства.
• Качественная водоподготовка. Для замедления коррозии трубопроводов снижают количества растворенного в воде кислорода.
• Периодическая оценка остаточного ресурса труб. Благодаря этому можно своевременно выявлять участки трубопровода, которые необходимо заменить. Это позволяет существенно снизить риск аварий и, как следствие, уменьшить потери воды.

Водный баланс тепловых сетей

На любом объекте, который поставляет тепло, каждый месяц определяют эффективность работы. В том числе, подсчитывают баланс отпущенной и доставленной конечным потребителям воды. Небаланс может свидетельствовать как о существенных утечках, так и о неправильно проведенных измерениях или расчетах. Например, при выполнении расчетов не учтена погрешность средств измерения.

Если наблюдается крупный небаланс, имеет смысл заказать диагностику сети, которая определит ее техническое состояние и возможность дальнейшей эксплуатации. Инженерная диагностика – это целый комплекс работ. Проводится визуальное обследование трубопровода, которое позволяет выявить очаги коррозии. При помощи ультразвуковой диагностики выполняется толщинометрия труб.

Скрытые утечки обнаруживаются посредством корреляционной и акустической диагностики. Также выполняется анализ технической документации и необходимые инженерные расчеты. Заказчику представляется заключение, в котором указан остаточный ресурс, техническое состояние сети и рекомендации.

Предисловие

Причин потери тепла в доме несколько, и каждая из них может быть если не полностью устранена, то хотя бы частично локализована. Согласно исследованиям Госстроя, две трети энергии, вырабатываемой в стране, «растворяется в воздухе».

Cодержание

Причин потери тепла в доме несколько, и каждая из них может быть если не полностью устранена, то хотя бы частично локализована. Согласно исследованиям Госстроя, две трети энергии, вырабатываемой в стране, «растворяется в воздухе». Перед тем как снизить теплопотери дома, нужно выяснить, почему вместо обогрева помещения отапливается улица и, несмотря на огненные батареи, в квартире холодно.

Понять, как дом теряет тепло, можно, если вспомнить некоторые физические законы.

Основными причинами теплопотери дома являются следующие факторы:

• проводимость . Поскольку дом построен на холодной земле, то вследствие теплопроводности тепловые потоки уходят в почву;
• конвекция . При включенном отоплении стены и крыша изнутри становятся теплыми. В результате действия теплопроводности тепло перемещается и на наружную сторону стен и крыши. При этом окружающая их атмосфера, будучи более холодной, нагревается за счет них и отбирает часть тепла, унося его вверх.

Таким образом, можно сказать, что теплопроводность стройматериалов и разница между температурами в доме и на улице - два главных фактора, влияющих на потери домом тепла.

При этом основные потери тепла происходят через ограждающие конструкции дома: на долю стен приходится 35% теплопотерь, на крышу - 25%, через подвальное перекрытие и всевозможные щели - по 15%, через окна - 10%. Определенная часть тепла может выносить из дома .

Установить, что именно из них повинно в том, что в доме холодно, несмотря на огненные батареи, поможет специальная экспертиза, которая называется тепловизионной диагностикой. Если пригласить службы, специализирующиеся на ней, то проведенное обследование выявит конкретные места утечек тепла; качество, дефекты и повреждения теплоизоляции чердачного и подвального перекрытий и труб; мостики холода; состояние и и т. д.

Как уменьшить теплопотери дома: теплоизоляция стен и окон

Понимание причин потери тепла вызывает естественный вопрос: как устранить теплопотери дома хотя бы значительно снизить? Ответ очевиден - кардинально улучшить теплоизоляцию стен, крыши, перекрытий, окон, что позволит повысить температуру в доме без увеличения затрат на отопление.

При качественной теплоизоляции дома даже при понижении температуры воздуха до -25 °С и выключенном отоплении температура внутри дома за сутки упадет всего лишь на 1 °С. Понятно, что и расходы на отопление в таком доме не столь обременительны.

Если вы не знаете, как уменьшить теплопотери дома, начните с осмотра окон: проверьте механизмы открывания и закрывания, при необходимости отрегулируйте их. Если будут обнаружены зазоры между оконными блоками и стенами, их тоже нужно герметично заделать. На стекла можно нанести отражающее покрытие. Поможет снизить теплопотери и остекление балкона и лоджии.

Ещё один способ, как снизить теплопотери дома - утепление дверей, причем желательно установить вторую дверь, которая дополнительно будет играть роль звукоизолятора.

Как снизить теплопотери дома: утепление крыши и подвала

Кроме того, стены, крышу и подвал необходимо утеплить. При этом надо заметить, что утеплять дом надо не изнутри, а снаружи. Если сделать это со стороны помещения, то между стеной и внутренней теплоизоляцией будет скапливаться конденсат, что не только ухудшит теплоизоляцию дома, но и приведет к повреждению отделки и размножению грибов. Для внешней теплоизоляции подходит такой материал, как экструдированный пенополистирол; хорошо себя зарекомендовало устройство вентилируемого фасада и т.д.

Для теплоизоляции крыш, как правило, используют каменную или минеральную вату, которые реализуются в виде плит. При этом нельзя забыть о пароизоляции (желательно, чтобы ее сторона, обращенная внутрь, была покрыта алюминиевой фольгой, что предотвратит потери тепла от излучения).

Если дом еще только в проекте, то необходимо заранее подумать о том, как уменьшить периметр внешних холодных стен (чем больше квадратура наружных стен, тем значительнее потери тепла; дом, украшенный многочисленными выступающими элементами, теряет много тепла), не допустить образования мостиков холода.

Снижение теплопотерь дома: возведение монсарды

Возведение мансарды - еще один способ снижения теплопотерь дома и сокращения потери тепла через крышу, поскольку ее часть используется в качестве стен мансардного помещения. О том, что для кровли следует выбрать качественный материал, наверное, можно не говорить.

Уменьшение теплопотерь дома до нуля вряд ли удастся, но реально предпринять меры, благодаря которым можно перестать обогревать улицу. Первое, что приходит на ум,- это необходимость утепления дома. При этом заметим, что стоимость теплоизоляции по сравнению с тем, во сколько обойдется строительство дома, просто мизерна. Экономия на теплоизоляции непременно обернется еще большими потерями в будущем, тем более что цены на энергоносители постоянно растут. Подойдя к утеплению дома в комплексе, можно сократить расходы на отопление примерно на 40%. Это означает, что теплоизоляция выгодна вдвойне, поскольку снижает теплопотери и минимизирует затраты на энергоресурсы.

Уменьшение теплопотерь дома: теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы должны отвечать целому ряду требований, среди которых:

• долговечность (это важно для длительной его эксплуатации);
• экологичность (отсутствие вредных для здоровья выделений);
• горючесть (отсюда и пожаробезопасность);
• повышенная паропроницаемость (благодаря чему из помещения будет выводиться влага и конструкции дома будут оставаться сухими);
• небольшой вес (не придется , не возникнет проблем с монтажом, транспортировка материала и покупка крепежа обойдутся не слишком дорого
• естественно, цена (для многих это главный показатель, определяющий ).

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.

Количество потребляемого энергосистемой топлива в значительной мере зависит от потерь тепловой и электрической энергии. Чем выше эти потери, тем больше топлива потребуется при прочих равных условиях. Снижение потерь электроэнергии на 1 % позволит сэкономить 2,5–4 % топливных ресурсов. Одним из путей, способствующих уменьшению потерь тепловой и электрической энергии, является внедрение АСУ ТП и АСКУЭ.

Главной причиной потерь тепловой энергии является низкий коэффициент полезного действия (КПД) тепловых электростанций. В настоящее время износ энергетических установок на белорусских электростанциях составляет порядка 60 %, а темпы обновления основных фондов в энергетике отстают от темпов старения ранее введенных мощностей. По этой причине значительная часть основного оборудования уже отработала положенный срок эксплуатации. Оборудование крупных ТЭЦ и ГРЭС в Беларуси сегодня соответствует среднему зарубежному уровню 1980-х гг. КПД на наших конденсационных электростанциях составляет не более 40 % при полной загрузке энергоблоков, а при неполной загрузке он еще ниже. На электростанциях типа ТЭЦ в отопительный сезон и при полной загрузке энергоблоков КПД составляет примерно 80 %, в неотопительный сезон и при неполной загрузке энергоблоков – примерно 50 %. Значительная часть тепла теряется и в котлоагрегатах. В старых котлоагрегатах КПД составляет около 75 %. При их замене на новые, более совершенные котлоагрегаты КПД котельной части увеличивается до 80–85 %. Однако это не решает проблему снижения потерь тепловой энергии кардинально.

Ведется также преобразование котельных в мини-ТЭЦ. В этих работах используются газотурбинные, газопоршневые двигатели и котлы-утилизаторы. Применение частотного электропривода позволяет существенно повысить КПД тепловых электростанций и котельных.

Для уменьшения потерь тепла в теплосетях стали применять предизолированные трубы (ПИ-трубы). Благодаря их использованию потери тепла уменьшаются примерно в 10 раз по сравнению с применением обычных стальных труб с теплоизоляцией 120 Вт/м.

Одним из способов уменьшения потерь тепловой энергии является также переход с централизованной системы теплоснабжения к децентрализованной, при которой отсутствует потребление тепла от ТЭЦ или от центральной котельной через тепловые сети.

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.

Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.

Со временем ожидается внедрение в энергетику высокоэкономичных дизельных и газотурбинных установок средней и малой мощности, высокоинтенсивных теплогенераторов для электро- и теплоснабжения отдельных домов и малых предприятий. Планируется также применение топливных элементов и тепловых насосов для выработки тепла, холода и электроэнергии.

Теплопотери в зданиях

Искусственно возникают хорошие условия переходу теплоты от обогревающих приборов в строительные ограждающие конструкции при применении распространенного способа крепления отопительных батарей к стене. Речь идет о забивке подвесных крюков или с помощью закладных анкерных болтов. Наличие такого металла в стене создает более легкие пути движения теплоты наружу. Даже близкое расположение к стене стояков внутренней системы отопления квартир способствует тоже усиленной теплоотдаче наружу (рис. 4). Получается, что важно очень строго оценить зазор между стояком и стеной и рекомендовать его величину строителям. А может быть, возможно стояки крепить к внутренней сте стене квартиры, а не к наружной. Хотя схемы поквартирного учета теплоты исключают квартирные стояки, но появляются так называемые подъездные, с которыми следует избежать упомянутой ситуации.

Общеизвестны строителям и эксплуатационникам схемы нижней или верхней разводки греющей сетевой воды внутри жилого дома. Это когда сетевая вода остывает в многоэтажном доме снизу вверх (рис. 5, а) и сверху вниз (рис. 5, б). При фактической разлаженности внутридомовой сети и частым не выдерживанием температуры подающей сетевой воды (tn) по схеме «а» может быть жарко на нижних этажах и холодно на верхних. По схеме «б» все наоборот при одной и той же температуре обратной сетевой воды (to).

Известна и смешанная схема. Последнюю важно использовать не вообще, как это делается сегодня, а целенаправленно для поддержания комфортных температур адресно по высоте всего дома внутри угловых квартир, которые отличаются повышенной теплоотдачей наружу. В целом в таких комнатах и квартирах по смешанной схеме будет усредненная довольно высокая температура греющей сетевой воды по всем этажам дома, приближающаяся к расчетной (рис. 5, в), а не такая, как указано выше по схеме «а» и «б». Это может снизить дискомфорт в угловых и неблагополучных квартирах и сократить потери от перегрева других более теплых помещений.
Таким образом, перечисленные факты подсказывают решения более эффективного использования теплоты. С другой стороны прямые потери тепловой энергии непосредственно усиливают парниковый эффект планеты и ускоряют глобальное потепление климата. Происходит переплетение экологических и экономических вопросов, обязывающее вести энергосбережение уже с гражданских позиций для сохранения окружающей нас природы и уменьшения заболеваний людей.

1. Эскиз неподвижной опоры трубопровода.

2. Термограмма промежуточной скользящей опоры трубопровода теплосети.

3. Эскиз подвижной опоры с минимальным оттоком теплоты.

4. Схемы остывания греющей сетевой воды в 6-тиэтажом доме: а - с верхней разводкой, б - с нижней разводкой, в - со смешанной разводкой.

С анализом российского рынка теплоизоляции Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок теплоизоляционных материалов в России ».

к.т.н. В.И.Рябцев, член-кор. МАН, доцент, Курский технический университет; к.т.н. М.А.Литвиненко, инженер; А.Н.Плетнев, инженер; Г.А.Рябцев, инженер, Курские муниципальные тепловые сети