Сравнительная эффективность различных систем автоматического регулирования в системах отопления и горячего водоснабжения

Автоматическое регулирование в системах отопления и горячего водоснабжения решает следующие задачи:

1) стабилизацию температурного режима здания, квартиры или отдельного помещения;

2) программное изменение температуры внутреннего воздуха по заданному закону в течение суток, недели;

3) стабилизацию температуры горячей воды на нужды горячего водоснабжения.

Автоматическое регулирование, как и коммерческий учет энергоносителей, может осуществляться:

- в автономной котельной или микро-ТЭЦ;

- в местном тепловом пункте с распределением тепла по всему зданию;

- в местном тепловом пункте с распределением тепла по фасадам здания;

- на вводе в отапливаемую квартиру;

- непосредственно в отапливаемых помещениях на отопительных приборах.

Различают соответственно местное, пофасадное, поквартирное и индивидуальное автоматическое регулирование.

С позиции эффективности использования тепла в различных системах отопления и с разным уровнем автоматизации системы водяного отопления можно классифицировать следующим образом:

1) традиционные однотрубные системы с вертикальным распределением теплоносителя;

2) традиционные двухтрубные системы с вертикальным распределением теплоносителя;

3) традиционные одно- и двухтрубные системы с вертикальным пофасадным регулированием теплоносителя;

4) горизонтальные радиаторные системы с поквартирным распределением теплоносителя;

5) горизонтальные низкопотенциональные системы с поквартирным распределением теплоносителя (типа «теплый пол»);

6) системы отопления от автономных (квартирных) теплогенераторов.

В силу ряда причин не представляется возможным дать обобщенную количественную оценку потерь при распределении теплоносителя между отапливаемыми помещениями и эффективности автоматического регулирования для различных вариантов перечисленных выше схемных решений. Это обусловлено тем, что факторы, определяющие режимы теплоснабжения и теплопотребления зданий, имеют в большей своей части вероятностный характер и зависят от особенностей функционирования данной конкретной системы (ее размера, состояния оборудования, метеорологических условий, режима центрального регулирования отпуска тепла, теплофизических характеристик ограждающих конструкций и др.).

Вместе с тем целесообразно оценить перечисленные варианты схем систем отопления, способов автоматического регулирования с точки зрения эффективности использования энергии и уровня поддержания теплового комфорта в отапливаемых помещениях.

Результаты такой пробной оценки приведены в табл. 3.3.

В приложении 1 представлены структурные схемы ИТП и АТП.

Таблица 3.3

Эффективность вариантов распределения тепла и обеспечения
теплового комфорта в автоматизированных системах отопления
при различных вариантах технических решений

№	Техническое решение системы отопления	Факторы, повышающие значение	Оценка, балл
	Традиционная, с вертикальным распределением теплоносителя. Подключена к системе централизованного теплоснабжения. Местный тепловой пункт не автоматизирован. Установлена система коммерческого учета энергоносителей.	Оплата фактически потребленного тепла, величина которой, как правило, меньше размера оплаты по проектным данным, снижает затраты потребителя. Коммерческий учет энергоносителей стимулирует потребителя экономить энергоресурсы
	Традиционная, с вертикальным распределением теплоносителя. Местный тепловой пункт автоматизирован	Корректировка режима подачи тепла с учетом тепловых характеристик конкретного здания, его удаленности от источника тепла, устранение перерасхода тепла в период нижней срезки температурного графика (переходный период года)
	Традиционная, с вертикальным распределением теплоносителя. Снабжение теплом от автономной котельной либо от местного автоматизированного теплового пункта с пиковым газовым или электрическим нагревателем	Исключается недогрев здания в холодный период отопительного сезона, когда температура теплоносителя в тепловой сети ниже, чем требуется по графику регулирования
	Традиционная, с вертикальным распределением теплоносителя. Местный тепловой пункт автоматизирован (с пофасадным регулированием тепла)	Учет при регулировании влияния ветра и солнечной радиации на тепловой режим зданий

Продолжение табл. 3.3

№	Техническое решение системы отопления	Факторы, повышающие значение	Оценка, балл
	Традиционная, с вертикальным регулированием теплоносителя. Местный тепловой пункт автоматизирован (с пофасадным регулированием тепла); снабжение системы отопления теплом по п. 3	Учет при регулировании влияния ветра и солнечной радиации на тепловой режим зданий, исключается недогрев здания в холодный период
	Традиционная, с пофасадным программным автоматическим регулированием тепла	Эффект использования тепла по сравнению с п. 4 дополнительно повышается за счет снижения внутренней температуры в нерабочие часы в общественных зданиях, в ночные часы – в жилых зданиях
	Традиционная, с пофасадным программным автоматическим регулированием тепла. Снабжение теплом – по п. 3	См. повышающий фактор по п. 3 и 5
	Традиционная, вертикальная однотрубная. Отопительные приборы оснащены индивидуальными терморегуляторами (комнатными термостатами)	Учет при регулировании влияния ветра, солнечной радиации и бытовых тепловыделений. Потребитель настраивает терморегулятор на желаемое значение температуры внутреннего воздуха. Возможность индивидуального регулирования температуры ограничены из-за большой остаточной теплоотдачи при полном отключении отопительных приборов
	Система низкопотенциального водяного отопления («теплый пол») с поквартирным распределением и коммерческим учетом теплоносителя	Уменьшается недогрев помещений при перерывах в подаче тепла от тепловой сети и при температуре в подающем трубопроводе ниже требуемой по графику регулирования. Не обеспечивает быстрой реакции на изменения внешних и внутренних воздействий
	Традиционная, вертикальная однотрубная. Отопительные приборы оснащены индивидуальными терморегуляторами (комнатными термостатами). Снабжение – по п. 3	См. повышающий фактор – по 3 и 5

Окончание табл. 3.3

№	Техническое решение системы отопления	Факторы, повышающие значение	Оценка, балл
	Традиционная, вертикальная двухтрубная. Отопительные приборы оснащены комнатными термостатами	Дополнение к п. 8 и 9 – возможность индивидуального регулирования шире из-за существенно меньшей остаточной теплоотдачи отопительных приборов при их отключении
	Система с горизонтальным поквартирным распределением и регулированием теплоносителя и коммерческим учетом тепла. Отопительные традиционные приборы оснащены комнатными термостатами. Снабжение теплом - по варианту 2 или 3	Коммерческий учет тепла у конечного потребителя стимулирует экономию теплопотребления и дает возможность полного закрытия запорно-регулирующего органа на вводе в квартиру (офис, встроенное торговое помещение и пр.). По вариантам 2, 3	8, 9
	Система низкопотенциального водяного отопления («теплый пол) с поквартирным распределением теплоносителя, кондиционерами-доводчиками и коммерческим учетом теплоносителя	Исключается недогрев помещений при перерывах в подаче тепла или понижении температуры в подающем трубопроводе, быстро реагирует на внешние и внутренние возмущения теплового режима
	Совмещенная система отопления и горячего водоснабжения от индивидуального теплогенератора с комнатными термостатами и программным регулированием отпуска тепла	Полностью исключается потери, обеспечивается гибкое регулирование тепловой нагрузки по желанию потребителя

Каждый последующий из представленных в таблице вариантов технических решений обладает более высокими потенциальными возможностями эффективного распределения тепловой энергии и обеспечения лучших условий теплового комфорта в отапливаемых помещениях. Данные базируются на материалах исследований большого количества авторов, обобщают отечественный и зарубежный опыт. Оценка выполнена по десятибалльной шкале, при этом нижний балл обозначен единицей и соответствует значениям: , а верхний – десятью и соответствует значениям [17].

Из таблицы видно, что эффективность автоматического регулирования в системах водяного отопления существенно зависит от схемы отопления и схемы теплового пункта, уровня автоматизации, степени децентрализации теплоснабжения.

В качестве базового варианта принят неавтоматизированный тепловой пункт c системой коммерческого учета энергоносителей (оценка по десятибалльной шкале – 1). Наименьший эффект дает автоматизация теплового пункта в зданиях, оснащенных традиционными вертикальными системами отопления.

При снабжении теплом от автономной котельной или от теплового пункта с местным пиковым подогревом в периоды стояния низких температур наружного воздуха условия теплового комфорта в помещениях улучшаются, так как исключается недогрев в холодный период отопительного сезона.

Пофасадное автоматическое регулирование отпуска теплоты позволяет улучшить температурные условия в здании путем учета влияния ветра и солнечной радиации.

Дополнительный эффект дает программное регулирование, предусматривающее снижение отпуска тепла в ночные часы в жилых зданиях и в нерабочее время - в общественных и промышленных.

Еще более высокие показатели достигаются при установке комнатных термостатов, особенно в двухтрубных системах отопления.

Наиболее высокой оценки (от 8 до 10 баллов) заслуживают системы с поквартирным распределением теплоносителя, системы низкопотенциального отопления с кондиционерами-доводчиками и, наконец, системы отопления и горячего водоснабжения от индивидуальных теплогенераторов с комнатными термостатами и программным регулированием отпуска тепла. Изложенные соображения дают основания при оценке рыночной стоимости жилья, помимо общепринятых критериев, учитывать энергоэкономичность здания: теплозащитные качества наружных ограждений, совершенство принятых технических решений инженерных систем, уровень их автоматизации.

Как известно, повышение уровня применяемых технических решений вызывает увеличение капитальных затрат на строительство зданий.

Однако эти дополнительные затраты с учетом неизбежного роста тарифов на отпускаемую тепловую энергию и постепенный переход на 100% оплату населением коммунальных услуг являются, безусловно, оправданными как с точки зрения экономии топливно-энергетических ресурсов, так и с позиции социальной защиты населения.

Конкретные цифры удорожания строительства либо реконструкции зданий и снижения эксплуатационных затрат зависят от многих факторов (климатических условий, типа возводимых или реконструируемых зданий, характера и состояния инженерной инфраструктуры в данном районе и др.).

Расчеты с оценкой размера потребления тепла зданием должны быть подтверждены результатами энергетического аудита и отражены в энергетическом паспорте здания.[18, 19, 22, 29].