Таковой является система, теплоноситель которой изолирован и работает исключительно по назначения. Он не участвует в водоснабжении прямо, а только косвенно, не отбирается потребителями из сети. Скажем так, «трансфер» тепла для систем отопления и для горячего снабжения проходит через теплообменники. Для этого, в теплопунктах зданий устанавливают сами теплообменники (подогреватели), насосы различной специализации, смесители, аппаратура для контроля и пр.

Список может меняться в зависимости от типа и мощности пункта. Центральный и индивидуальный тепловой пункты могут иметь различную степень автоматизации, системы могут быть многоступенчатыми и иметь в своём составе несколько пунктов на пути, от ТЭЦ к потребителям. Стандартно, при закрытом теплоснабжении, теплопункт имеет два контура, обеспечивающих передачу теплоты системе отопления и системе водоснабжения. Каждый контур оборудован теплообменником соответствующего типа, пластинчатым, многоходовым, пр. индивидуально определяет проект.

Жидкость или антифриз, передающие теплоту, от теплоприготовительной установки, вторичным сетям, имеет неизменный объём и может лишь восполняться подпитывающей системой в случае потерь. Теплоноситель основной магистрали, должен проходить водоподготовку, для придания ему необходимых свойств, обеспечивающих безвредность для сетевых трубопроводов и теплообмена, как теплопунктов так и теплоприготовительных мощностей.

Эффективность теплоносителя

Цикл проходимый носителем тепла немногим сложнее, чем в открытом механизме. Охлаждённый теплоноситель, по возвратной магистрали поступает к теплофикационным подогревателям или котельным, где принимает температуру от горячего, технологического пара турбин, конденсата или нагревается в котле. Потери, если таковые имеются, восполняются подпиточной жидкостью, благодаря регулятору. Устройство всегда поддерживает заданное давление, удерживая его статическое значение. Если тепло получают от ТЭЦ, теплоноситель нагревается от пара, имеющего температуру 120° – 140°С.

Температура зависит от давления и отбор обычно производится из цилиндров среднего давления. Часто теплофикационный отбор на установке всего один. Отводимый пар имеет давление 0.12 – 0.25 МПа, которое повышают (при регулируемом отборе) при сезонном похолодании или расходе пара на аэрацию. При похолодании жидкость может догреваться пиковым котлом. Аэратор может быть подсоединён к одному из отборов турбины, а в питательный бак поступает химически очищенная, подготовленная вода. Отводимое для потребителей тепло, получаемое от паровых конденсатов и пара, регулируют качественно, то есть при постоянном объёме носителя регулируют только температуру.

По сетевому трубопроводу, теплоноситель поступает в теплопункт, где контуры отопления формируют требуемую температуру. Контур водоснабжения, делает это с помощью циркуляционной линии и насоса, получив подогретую теплообменником воду и подмешивая её к водопроводной и остывающей в трубах воде. Отопительный же имеет свою регулирующую арматуру, позволяющую качественно влиять на отбор тепла. Закрытая система предполагает независимое регулирование отбора тепла.

Однако такая схема не обладает достаточной гибкостью и должна иметь производительный трубопровод. В целях снижения вложений в теплосеть, организовывают связанное регулирование, при котором регулятор расхода водоснабжения определяет баланс в сторону одного из контуров. В результате, потребность в нагреве компенсируется из отопительного контура.

Недостаток подобной балансировки, несколько плавающая температура обогреваемых помещений. Нормативы допускают колебания температуры в пределах 1 – 1.5°С, что обычно происходит, пока максимальный расход на воду не превысит 0.6 расчётного, на отопление. Как и в открытой системе теплоснабжения, возможно применение совмещённого качественного регулирования подачи теплоты. Когда расход теплоносителя и сами теплопроводные сети рассчитываются на нагрузку отопительной и вентиляционной системы, увеличивая температуру носителя, для компенсации потребности горячего снабжения. В подобном случае, тепловая инерция зданий, выполняет роль теплоаккумуляторов, выравнивая колебания температур, вызванные неравномерным отбором тепла из связанной системы.

Преимущества

К сожалению, на постсоветском пространстве теплоснабжение подавляющего большинства потребителей до сих пор организовано по старой, открытой схеме. Закрытая схема сулит значительный выигрыш по многим параметрам. Именно поэтому, переход на закрытое теплоснабжение, в масштабе страны может принести серьёзные экономические выгоды. К примеру в России, на государственном уровне, переход на более экономный вариант, стал частью энергосберегающей программы на будущее.

Отказ от старой схемы принесёт сокращение потерь тепла, за счёт возможности точной регулировки потребления. Каждый теплопункт имеет возможность тонко регулировать потребление тепла абонентами.

Нагревательное оборудование работающее в изолированном режиме закрытой системы, гораздо меньше подвержено воздействию привносимых открытой сетью факторов. Следствие этого, продленный ресурс котлов, теплоприготовительных установок и промежуточных коммуникаций.

Она не требует повышенной устойчивости к высокому давлению, на всём протяжении теплопроводящих магистралей, это значительно снижает аварийность трубопроводов по причине порывов давлением. В свою очередь – это снижает потери тепла при утечках. Как результат, экономия, стабильность и качество обеспечения теплом и горячей водой, компенсируют недостатки системы. А они тоже есть. Процедуры невозможно провести централизованно. Каждый отдельный замкнутый контур требует своего обслуживания. Будь то турбины, контуры абонентов или промежуточная магистраль.

Каждый теплопункт – отдельная единица, для осуществления водоподготовки. Скорее всего, при модернизации схемы из открытой в закрытую, в большинстве случаев придётся увеличить площадь, необходимую под установку оснастки ИТП, а также реорганизация электроснабжения. Помимо этого, существенно возрастает потребление холодного на снабжение здания, поскольку именно она идёт на подогрев в теплообменники и далее потребителю, при независимом подключении горячего. Это неизменно повлечёт переустройство водопровода, ради перехода на закрытую схему горячего.

Глобальное введение независимого присоединения горячего оснащения к тепловым сетям, повлечёт изрядное повышение нагрузки на внешние сети холодного водоснабжения, поскольку придётся питать потребителей увеличенными объёмами, необходимыми для горячего водоснабжения, которые сейчас даются по тепловым сетям. Для многих населённых пунктов это станет серьёзным препятствием на пути модернизации. Дополнительное оснащение насосными установками в горячем снабжении и циркуляционных установках, в механизмах отопления зданий вызовет дополнительную нагрузку на электрические сети и без их реконструкции тоже не обойтись.

Д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция», Ульяновский государственный технический университет

В крупных системах централизованного теплоснабжения, подключенных к ТЭЦ, применяются два способа горячего водоснабжения (ГВС) потребителей: приготовление воды необходимого качества и подогрев ее на ТЭЦ с последующим разбором горячей воды потребителями непосредственно из теплосети (в ) и подогрев водопроводной питьевой воды перед подачей потребителям сетевой водой в поверхностных теплообменниках местных тепловых пунктов ().

Исторически сложилось так, что в отечественных теплофикационных системах эти два способа ГВС используются в равной мере: например, Москва располагает крупнейшей в мире закрытой системой теплоснабжения, а - крупнейшей в мире открытой системой. Каждая из этих двух систем теплоснабжения обладает своими достоинствами и своими недостатками. Дискуссия о том, какая из этих двух систем лучше, началась с полемики патриархов теплофикации профессоров С.Ф. Копьева и Е.Я. Соколова в 40-50-е гг. прошлого века и не заканчивается до сих пор. Порядок выбора систем теплоснабжения при новом проектировании долгое время регламентировался несовершенными рекомендациями , в которых одним из важнейших факторов при выборе типа системы был химический состав примесей в исходной воде городского источника водоснабжения.

Закрытые системы теплоснабжения имеют более стабильный гидравлический режим благодаря относительному постоянству расхода воды в подающей и обратной магистралях. Открытые системы теплоснабжения позволяют максимально реализовать эффект комбинированной выработки электрической и тепловой энергии за счет использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева больших количеств подпиточной воды теплосети на ТЭЦ.

Одним из примеров рационального использования низкопотенциальной теплоты может служить в Санкт-Петербурге с расходом подпиточной воды теплосети в несколько тысяч тонн в час. Подогрев исходной воды перед вакуумными деаэраторами подпиточной воды на этой ТЭЦ осуществляется только отработавшим паром трех турбин Т-250-240 во встроенных пучках конденсаторов, а подогрев воды, используемой в качестве греющего агента в вакуумных деаэраторах, производится паром высокоэкономичных отопительных отборов одной из турбин в соответствии с решением . Таким образом, применение открытых систем теплоснабжения в настоящее время особенно актуально в связи с постоянно повышающимися требованиями к энергетической эффективности всех отраслей отечественной экономики .

В разные годы, тем не менее, раздавались призывы ликвидировать существующие открытые системы теплоснабжения из-за какого-либо недостатка, например, из-за более сложного гидравлического режима этих систем или под предлогом улучшения качества ГВС. Особенно часто вопрос о ликвидации открытых систем поднимается в последнее время. Призывы эти исходят от «специалистов» и руководителей, плохо представляющих себе основы работы ТЭЦ и теплофикационных систем в целом. Особенно поразил недавний выход Федерального закона «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с принятием , в котором неизвестные его авторы записали: «С 1 января 2013 г. подключение объектов капитального строительства потребителей к централизованным открытым системам теплоснабжения (горячего водоснабжения) для нужд горячего водоснабжения, осуществляемого путем отбора теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, не допускается. С 1 января 2022 г. использование централизованных открытых систем теплоснабжения (горячего водоснабжения) для нужд горячего водоснабжения, осуществляемого путем отбора теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, не допускается».

Закон принят якобы в связи с необходимостью внести поправки в некоторые законодательные акты после выхода Федерального закона «О водоснабжении и водоотведении» . Сколько не вчитывался в этот закон, не обнаружил там требований ликвидировать открытые системы теплоснабжения (в т.ч. в статье 24 «Обеспечение качества горячей воды»). Авторы закона явно перестарались. Поскольку в современную эпоху диковатого капитализма ничего спроста не делается (кроме случаев откровенной глупости), можно предположить, что инициаторы процитированных поправок руководствовались своими коммерческими интересами.

Сторонники ликвидации открытых систем даже не пытаются хотя бы ориентировочно прикинуть масштабы потерь топлива в теплоэнергетике и масштабы затрат в городских хозяйствах при переходе от открытых систем теплоснабжения к закрытым системам в половине крупных городов страны. А если бы смогли прикинуть - поняли бы абсурдность и невозможность практической реализации подобных «инноваций». Так, только на одной, уже упомянутой, Южной ТЭЦ отказ от подготовки подпиточной воды для открытой системы теплоснабжения привел бы к ежегодному перерасходу более 100 тыс. т у.т.

Одним из главных аргументов сторонников закрытых систем является якобы повышенная надежность и низкая коррозионная повреждаемость из-за герметичности этих систем и малых расходов подпиточной воды, с которой вносится дополнительное количество растворенных коррозионно-агрессивных газов.

Мой многолетний опыт исследовательской и наладочной работы в закрытых системах теплоснабжения ряда городов и опыт коллег, в частности, бывшего начальника химической службы , а затем, заведующего Отделением водно-химических проблем Всероссийского теплотехнического института (ВТИ) Б.С. Федосеева, показывает, что полную герметичность закрытых систем следует считать мифом: во всех закрытых системах из-за неплотностей подогревателей ГВС существуют огромные перетоки недеаэрированной водопроводной воды в теплосеть, приводящие к интенсивной внутренней коррозии трубопроводов теплосети . В ряде случаев переток в теплосеть недеаэрированной воды делает практически бесполезной качественную деаэрацию малых количеств подпиточной воды на ТЭЦ. Именно по этой причине, как показали результаты проведенного ВТИ в начале 90-х гг. широкомасштабного обследования отечественных систем теплоснабжения, интенсивность внутренней коррозии в открытых и закрытых системах примерно одинакова. Более того, при превышении давления греющей сетевой воды над давлением нагреваемой водопроводной воды происходят нерегулируемые перетоки сетевой воды, не соответствующей нормативам качества питьевой воды , в трубопроводы горячей воды, подаваемой потребителям, т.е. не выполняются санитарно-гигиенические требования к ГВС . Эти перетоки, по существу, регламентированы действующими правилами технической эксплуатации , пп. 4.12.30 которых допускает часовые потери сетевой воды для любых систем теплоснабжения в объеме 0,25% от среднегодового объема воды в тепловых сетях. В закрытых системах значительная часть этих потерь приходится на перетоки сетевой воды через неплотности подогревателей в местные системы ГВС. В связи с этим едва ли можно говорить о повышенной санитарно-эпидемиологической безопасности таких систем.

В открытых системах, где в качестве исходной воды для приготовления подпиточной используется питьевая вода, а противонакипная и противокоррозионная обработка подпиточной воды происходит централизованно квалифицированным персоналом и под постоянным контролем, подобные недостатки практически исключены.

В связи с приведенными выше доводами совершенно неубедительным выглядит пп. 3.1.3 СанПиН , в котором утверждается, что с санитарно-эпидемиологических позиций наиболее надежны системы централизованного ГВС, присоединенные к закрытым системам теплоснабжения.

Все менее актуальными становятся в настоящее время и доводы о нестабильности гидравлических режимов открытых систем. Наличие большого парка современных приборов автоматического регулирования и широкое распространение их в системах теплоснабжения позволяет надежно компенсировать влияние переменных расходов воды в сетевых магистралях.

Предпринята попытка сопоставить достоинства и недостатки открытых и закрытых систем теплоснабжения (см. табл.). Из этой таблицы следует, что в современных условиях более предпочтительными являются открытые системы теплоснабжения.

За десятки лет производственной и научной работы мне приходилось слышать много раз в различных начальственных кабинетах предложения, а то и требования о переводе действующих открытых систем в закрытые. К счастью, пока вроде бы ни в одном из городов страны ни у кого до осуществления этих требований не дошли руки. Не сомневаюсь, что процитированные выше положения закона о запрете открытых систем теплоснабжения являются мертворожденными. Уверен, что и в обозримом будущем проблема выбора способа ГВС будет решаться прежде всего исходя из энергетической эффективности теплофикационных систем и с учетом качества исходной воды в источниках водоснабжения конкретных городов.

Следует также отметить, что необходимым условием для энергетически эффективной работы теплофикационных систем с открытым водоразбором является применение вакуумной деаэрации подпиточной воды теплосети. Именно использование источников низкопотенциальной теплоты, в т.ч. отработавшего пара турбин, для подогрева теплоносителей перед вакуумными деаэраторами подпиточной воды позволяет максимально реализовать эффект теплофикации на тепловых электростанциях.

Специалистами доказано, что грамотное применение вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения обеспечивает высокое качество противокоррозионной обработки подпиточной воды, существенное повышение тепловой экономичности ТЭЦ, устранение потерь конденсата греющего пара, характерное для атмосферных деаэраторов, снижение капитальных затрат на деаэрационные установки, а также полную экологическую безопасность ГВС в открытых системах теплоснабжения .

Мне представляется, что положения о постепенном запрете открытых систем теплоснабжения, непонятно каким образом попавшие в закон , должны быть немедленно устранены. Надо гордиться опытом отечественной теплофикации. В период энергетического кризиса 70-80-х гг. вся Европа оценила этот опыт и использовала его в развитии своих систем теплоснабжения . Не следует сегодня открещиваться от всего положительного, что достигнуто в отечественной теплоэнергетике и теплоснабжении. Полагаю, что инициативу в этом вопросе должно взять на себя НП «Российское теплоснабжение», которое в последнее время является наиболее авторитетной организацией по координации технической политики в области теплоснабжения.

Выводы

1. Открытые системы теплоснабжения, в отличие от закрытых систем, позволяют максимально реализовать эффект комбинированной выработки электрической и тепловой энергии за счет использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева больших количеств подпиточной воды теплосети на ТЭЦ. Применение открытых систем теплоснабжения в настоящее время особенно актуально в связи с постоянно повышающимися требованиями к энергетической эффективности всех отраслей отечественной экономики.

2. В открытых системах теплоснабжения обеспечивается поддержание высокого качества сетевой воды во всей системе теплоснабжения и в местных системах отопления и ГВС потребителей благодаря возможности высокоэффективной централизованной противонакипной и противокоррозионной обработки подпиточ- ной воды на ТЭЦ.

3. Открытые системы теплоснабжения надежнее закрытых систем в санитарно-эпидемиологическом отношении благодаря исключению попадания в местные системы ГВС сетевой воды, не соответствующей критериям качества питьевой воды, через неплотности подогревателей ГВС.

Литература

2. Патент № 1366656 (СССР). МПК F01K17/02. Тепловая электрическая станция/В.И. Шарапов//Открытия. Изобретения. 1988. № 2.

3. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

4. Федеральный закон от 07.12.2011 № 417-ФЗ «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с принятием Федерального закона «О водоснабжении и водоотведении».

5. Федеральный закон от 07.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».

6. Шарапов В.И. О предотвращении внутренней коррозии теплосети в закрытых системах теплоснабжения // Теплоэнергетика. 1998. № 4. С. 16-19.

7. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. // М.: Минздрав России. 2002.

10. Шарапов В.И. Актуальные проблемы использования вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения // Теплоэнергетика. 1994. № 8. С. 53-57.

11. Шарапов В.И., Ротов П.В. О путях преодоления кризиса в работе систем теплоснабжения // Проблемы энергетики. Известия вузов. 2000. № 5-6. С. 3-8.

Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру.

Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.

В открытой системе теплоснабжения обязательно наличие расширительного бака, так как нагретая вода расширяется. Расширительный бак служит для приёма излишков воды при расширении и возврата её в систему при остывании, а также для удаления воды при чрезмерном её объёме. Бак герметичен не полностью, поэтому вода испаряется, вследствие чего необходимо постоянно возобновлять её уровень. В открытой системе отопления не используется насос. Система достаточно проста. Состоит из труб, стального расширительного бачка, радиаторов и котла. Применяются дизельные, газовые котлы и котлы на твёрдом топливе , кроме электрических.

В открытой системе отопления вода циркулирует медленно. Поэтому трубы при эксплуатации должны разогреваться постепенно, чтобы избежать их повреждения и закипания теплоносителя. Это может привести к преждевременному износу оборудования. Если в зимний период отопление не используется, то вода из системы обязательно сливается, во избежание замерзания трубопровода.

Чтобы циркуляция теплоносителя осуществлялась на необходимом уровне, необходимо производить монтаж отопительного котла в более низком месте системы, а в самом высоком устанавливать расширительный бак, например, на чердаке. Зимой расширительный бак необходимо утеплить. При установке трубопровода в открытой системе отопления требуется использовать минимальное количество поворотов, фасонных и соединительных деталей.

В закрытой системе отопления все элементы системы герметичны, отсутствует испарение воды. Циркуляция осуществляется при помощи насоса. Так называемая система с принудительной циркуляцией теплоносителя включает в себя трубы, котёл, радиаторы, расширительный бак, циркуляционный насос .

В закрытой системе отопления при повышении температуры клапан расширительного бака открывается и забирает излишки теплоносителя. При понижении температуры теплоносителя циркуляционный насос закачивает его обратно в систему. В данной системе отопления поддерживается давление в заранее установленных пределах. Благодаря этому, осуществляется функция деаэрации теплоносителя.

Для стабильной работы системы закрытого отопления также используется расширительный бак из высокопрочного металла. Это закрытый бак, состоящий из двух половин, завальцованных друг к другу.

Внутри располагается мембрана (диафрагма) из высокопрочной жаростойкой резины. Также внутри имеется небольшой объём газа (может быть азот, который закачивается на заводе-производителе, или воздух, накапливающийся в системе по необходимости). Мембрана разделяет бак на части: одна часть - куда поступают излишки воды при нагреве системы отопления, в другой части находится азот или воздух, не вступающие в прямое соприкосновение с водой. Таким образом, теплоноситель при нагреве поступает в расширительный бак и проникает в мембрану. При остывании теплоносителя газ, находящийся за мембраной, начинает выталкивать его обратно в систему.

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:

1. По месту размещения расширительного бака. В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
2. Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
3. В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы. Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
4. В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
5. Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.

Преимущества открытой системы отопления

• простое обслуживание системы;
• отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
• равномерный прогрев отапливаемого помещения;
• быстрый пуск и остановка системы;
• независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
• высокая надёжность;
• не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.

Недостатки открытой системы отопления

• возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
• воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
• возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
• медленный нагрев системы после включения;
• необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
• невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
• достаточна громоздка;
• низкий коэффициент полезного действия.

Преимущества закрытой системы отопления

• простой монтаж ;
• нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
• возможность применения антифриза , не боясь размораживания системы отопления;
• путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
• из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
• самостоятельное регулирование давления;
• система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
• возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.

Недостатки закрытой системы отопления

• самый главный недостаток - зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения ;
• при работе насоса требуется электричество;
• для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор ;
• при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
• размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
• бак заполняется жидкостью на 60-30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
• возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.

Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжней для него.

Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.

Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.

Классификация и перспективы развития систем теплоснабжения

Интенсификация использования энер­гетических ресурсов в нашей стране сопровождается ростом теплопотребления промышленных предприятий различ­ных отраслей народного хозяйства, со­ставляющего в настоящее время в общем балансе страны около 56%. Теплоснабжение в ряде случаев имеет суммарные затраты, превышающие 50% общих производственных затрат. Они часто определяются стоимостью не столько используемых энергоресурсов, сколько соответствующих систем тепло­снабжения.

Системы теплоснабжения создают с учетом вида и параметров теплоноси­теля, максимального часового расхода теплоты, изменения потребления тепло­ты во времени (в течение суток, года), а также с учетом способа использо­вания теплоносителя потребителями.

В системах теплоснабжения исполь­зуются следующие источники теплоты: ТЭЦ, КЭС, районные котельные (центра­лизованные системы); групповые (для группы предприятий, жилых кварталов) и индивидуальные котельные; АЭС, АТЭЦ, СЭУ, а также геотермальные источники пара и воды; вторичные энергоресурсы (особенно на металлурги­ческих, стекольных, цементных и других предприятиях, где преобладают высокотемпературные процессы).

Теплофикация является особенностью отечественного теплоснабжения. Тепло­снабжение от всех ТЭЦ в нашей стране обеспечивает около 40 % тепловой энергии, потребляемой в промышлен­ности и коммунальном хозяйстве. На новых отечественных ТЭЦ устанавлива­ются теплофикационные турбоагрегаты единичной мощностью до 250 МВт, создаются предпосылки для развития тепловых сетей, в которых будет при­меняться в качестве теплоносителя пере­гретая вода с температурой 440 - 470 К. АТЭЦ также способствуют дальней­шему развитию централизованного теп­лоснабжения (особенно в европейской части страны) с одновременным реше­нием экологических проблем. Сооруже­ние АТЭЦ экономически целесообразно при тепловой нагрузке, превышающей 6 тыс. ГДж/ч. При этих условиях могут использоваться серийные реакторы. Для меньших мощностей целесообразно при­менение атомных отопительных котель­ных.

В зависимости от рода теплоносителя системы теплоснабжения делят на водя­ные (преимущественно для теплоснаб­жения сезонных потребителей теплоты и горячей воды) и паровые (в основном для технологического теплоснабжения, когда необходим высокотемпературный теплоноситель).

Определение вида, пара­метров и необходимого количества теплоносителя, подаваемого к потреби­телям теплоты, является, как правило, многовариантной задачей, решаемой в рамках оптимизации структуры и пара­метров общей схемы предприятия с учетом обобщенных технико-экономи­ческих показателей (обычно приведенных затрат), а также санитарных и противо­пожарных норм.

Практика теплоснабжения показала ряд преимуществ воды , как теплоно­сителя, по сравнению с паром: темпе­ратура воды в системах теплоснабже­ния изменяется в широких пределах (300 - 470 К), более полно используется теплота на ТЭЦ, отсутствуют потери конденсата, меньше потери теплоты в сетях, теплоноситель обладает тепло- аккумулирующей способностью.

Вместе с тем водяные системы теплоснабжения имеют следующие недостатки : требуется значительный расход электроэнергии на перекачку воды; имеется возможность утечки воды из системы при аварии; большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между участками системы обусловливают воз­можность появления механических по­вреждений системы в случае превы­шения допустимого давления; температу­ра воды может оказаться ниже задан­ной по технологическим условиям.

Пар имеет постоянное давление 0,2 - 4 МПа и соответствующую (для насы­щенного пара) температуру, а также боль­шую (в несколько раз), по сравнению с водой, удельную энтальпию. При выборе в качестве теплоносителя пара или воды учитывается следующее. При транспортировании пара имеют место большие потери давления и теплоты, поэтому паровые системы целесообразны в радиусе 6-15 км, а водяные системы теплоснабжения имеют радиус действия 30-60 км. Эксплуатация протяженных паропроводов очень сложна (необходи­мость сбора и перекачки конденсата и др.). Кроме того, паровые системы имеют более высокую удельную стои­мость сооружения паропроводов, паро­вых котлов, коммуникаций и эксплуа­тационных затрат по сравнению с водя­ными системами теплоснабжения.

Область применения в качестве теп­лоносителя горячего воздуха (или его смеси с продуктами сгорания топлива) ограничена некоторыми технологически­ми установками, например, сушильны­ми, а также системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Расстояние, на которое целесообразно транспорти­ровать горячий воздух в качестве теплоносителя, не превышает 70-80 м. Для упрощения и снижения затрат на трубопроводы в системах тепло­снабжения целесообразно применять один вид теплоносителя.

Типы систем теплоснабжения

В народном хозяйстве страны исполь­зуется значительное количество различ­ных типов систем теплоснабжения.

По способу подачи теплоносителя системы теплоснабжения подразделяют на закры­тые , в которых теплоноситель не расхо­дуется и не отбирается из сети, а используется только для транспортиро­вания теплоты, и открытые , в которых теплоноситель полностью или частично отбирается из сети потребителями. Закрытые водяные системы характе­ризуются стабильностью качества тепло­носителя, поступающего к потребите­лю (качество воды как теплоносителя соответствует в этих системах качест­ву водопроводной воды); простотой санитарного контроля установок горяче­го водоснабжения и контроля герметич­ности системы. К недостаткам таких систем относятся сложность оборудо­вания и эксплуатации вводов к потре­бителям; коррозия труб из-за поступле­ния недеаэрированной водопроводной воды, возможность выпадения накипи в трубах.

В открытых водяных системах тепло­снабжения можно применять однотрубные схемы с низкопотенциальными тепловыми ресурсами; они имеют более высокую долговечность оборудования вводов к потребителям. К недостаткам открытых водяных систем следует от­нести необходимость увеличения мощ­ности водоподготовительных установок, рассчитываемых на компенсацию расхо­дов воды, отбираемой из системы; нестабильность санитарных показателей воды, усложнение санитарного контроля и контроля герметичности системы.

В зависимости от числа трубопрово­дов (теплопроводов), передающих тепло­носитель в одном направлении, разли­чают однотрубные и многотрубные системы теплоснабжения. В частности, водяные системы теплоснабжения делят­ся на одно-, двух-, трех- и много­трубные, причем по минимальному числу труб могут быть открытая однотруб­ная система и закрытая двухтрубная.

Рис. 1. Схемы системы теплоснабжения:

а – одноступенчатая; б – двухступенчатая; 1 – тепловая сеть; 2 – сетевой насос; 3 – теплофикационный подогреватель; 4 – пиковый котел; 5 – местный тепловой пункт; 6 – центральный тепловой пункт

По числу параллельно проложенных паропроводов паровые системы бывают однотрубные и двухтрубные. В первом случае пар при одинаковом давлении к потребителям подается по общему па­ропроводу, что позволяет осуществлять теплоснабжение, если тепловая нагрузка остается постоянной в течение года и допустимы перерывы в подаче пара. При двухтрубных системах необходимо бесперебойное снабжение абонентов паром различного давления при пере­менных тепловых нагрузках.

По способу обеспечения тепловой энергией системы могут быть одно­ступенчатыми и многоступенчатыми (рис. 1).

В одноступенчатых схемах потребители теплоты присоединяются непосредственно к тепловым сетям / при помощи местных или индивидуаль­ных тепловых пунктов 5. В много­ступенчатых схемах между источниками теплоты и потребителями размещают центральные 6 тепловые (или контроль­но-распределительные) пункты. Эти пункты предназначены для учета и регу­лирования расхода теплоты, ее распреде­ления по местным системам потреби­телей и приготовления теплоносителя с требуемыми параметрами. Они обо­рудуются подогревателями, насосами, арматурой, контрольно-измерительными приборами. Кроме того, на таких пунктах иногда осуществляются очистка и перекачка конденсата.

Предпочтение отдают схемам с центральными тепло­выми пунктами /, обслуживающими группы зданий 5 (рис. 2). При многоступенчатых системах теп­лоснабжения существенно снижаются затраты на их сооружение, эксплуата­цию и обслуживание в связи с умень­шением (по сравнению с одноступен­чатыми системами) числа местных подо­гревателей, насосов, регуляторов тем­пературы и пр.

Системы теплоснабжения играют зна­чительную роль в нормальном функ­ционировании предприятий промышлен­ности. Они имеют ряд специфических особенностей.

Двухтрубные закрытые во­дяные системы горячего водоснабжения с водоподогревателем (рис. 3, а) широко распространены при теплоснабжении однородных потребителей (систем отоп­ления, вентиляции, работающих по оди­наковым режимам, и др.). К потреби­телям теплоты вода направляется по подающему трубопроводу 2, она по­догревает водопроводную воду в тепло­обменнике 5 и после охлаждения по обратному трубопроводу 1 поступает на ТЭЦ или в котельную. Подогре­тая водопроводная вода поступает к потребителям через краны 4 и в акку­мулятор 3 подогретой воды, предназ­наченный для сглаживания колебаний расхода воды. В открытых системах теплоснабжения (рис. 3, б) для горячего водоснабже­ния непосредственно используется вода, полностью отработанная (деаэрированная, умягченная) на ТЭЦ, в связи с чем системы водоподготовки и контро­ля усложняются, повышается их стои­мость. Вода в двухтрубной системе горячего водоснабжения с циркуляцион­ной линией (от ТЭЦ или котельной) подается по теплопроводу 2, а обрат­ная – по теплопроводу 1. Вода по трубе поступает в смеситель 6, а от него к аккумулятору 3 и через краны 4 к потребителям теплоты. Для исключения возможности попадания воды из подаю­щего трубопровода 2 непосредственно в обратный теплопровод 1 по трубе 8 предусмотрен обратный клапан 7.

Рис. 2. Схема системы теплоснабжения с центральным тепловым пунктом :

1 – центральный тепловой пункт; 2 – неподвижная опора; 3 – тепловая сеть; 4 – П-образный компенсатор; 5 – здание

В паровой схеме теплоснабжения с возвратом конденсата (рис. 4) пар от ТЭЦ или котельной поступает по паропроводу 2 к потребителям тепло­ты 3 и конденсируется. Конденсат через специальное устройство-конденсатоотводчик 4 (обеспечивает пропуск только конденсата) попадает в бак 5, из которого конденсатным насосом 6 возвращается к источнику теплоты по трубе 1. Если в паропроводе давление ниже требуемого технологическими по­требителями, то в ряде случаев оказы­вается эффективным применение комп­рессора 7.

Конденсат может не возвращаться к источнику теплоты, а использоваться потребителем. Схема тепловой сети в подобных случаях упрощается, однако на ТЭЦ или в котельной возникает дефицит конденсата, для устранения ко­торого необходимы дополнительные за­траты.

Рис. 3. Двухтрубная водяная система горячего водоснабжения :

а – закрытая с подогревателем воды; б – открытая

Рис. 4. Паровая схема теплоснабжения Рис. 5. Схема теплоснабжения с эжектором

Система горячего водоснабжения может иметь струйный подогреватель (рис. 5). Водопроводная вода по магистрали 2 подается к подогрева­телю 3 и далее в расширительный бак-аккумулятор 4, В этот же бак из паропровода 1 через вентиль 6 поступает пар, что обеспечивает дополнительный подогрев воды при барботаже пара. Из бака 4 вода направляется к потреби­телям теплоты 5. Тепловые схемы систем теплоснабже­ния разрабатываются с учетом требо­ваний технологии производства, при условии наиболее полного использова­ния теплоты и обеспечения охраны окружающей среды.

Для отопления помещений применяется закрытая и открытая система теплоснабжения. Последний вариант дополнительно обеспечивает потребителя горячей водой. При этом необходимо контролировать постоянное пополнение системы.

Закрытая система применяет воду только как теплоноситель. Она постоянно циркулирует по замкнутому циклу, где потери минимальны.

Любая система состоит из трех главных частей:

• источник тепла: котельная, ТЭЦ и др.;
• тепловые сети, по которым транспортируется теплоноситель;
• потребители тепла: калориферы, радиаторы.

Особенности открытой системы

Достоинством открытой системы является ее экономичность. Из-за большой протяженности трубопроводов качество воды ухудшается: она становится мутной, приобретает цветность, имеет неприятный запах. Попытки очистить ее делают способ применения дорогим.

Трубы теплосети можно увидеть в больших городах. Они имеют большой диаметр и укутаны в теплоизолятор. От них делаются отводы к отдельным домам через тепловую подстанцию. Горячая вода поступает для использования и к радиаторам отопления из общего источника. Ее температура колеблется в пределах 50-75°С.

Подключение теплоснабжения к сети производится зависимым и независимым способами, реализующими закрытую и открытую системы теплоснабжения. Первый заключается в подаче воды напрямую - с помощью насосов и элеваторных узлов, где она доводится до требуемой температуры путем смешивания с холодной водой. Независимый способ заключается в подаче горячей воды через теплообменник. Он более затратный, но качество воды у потребителя выше.

Особенности закрытой системы

Тепловая магистраль выполнена в виде отдельного замкнутого контура. Вода в ней подогревается через теплообменники от магистрали ТЭЦ. Здесь требуются дополнительные насосы. Температурный режим получается более стабильный, а вода - лучше. Она остается в системе и не забирается потребителем. Минимальные потери воды восстанавливаются автоматической подпиткой.

Закрытая автономная система получает энергию от теплоносителя, поступающего на Там вода доводится до необходимых параметров. Для систем отопления и горячего водопровода поддерживаются разные температурные режимы.

Недостатком системы является сложность процесса водоподготовки. Также дорого обходится доставка воды в тепловые пункты, расположенные далеко друг от друга.

Трубы тепловых сетей

В настоящее время отечественные находятся в аварийном состоянии. В связи с большим износом коммуникаций дешевле заменить трубы для теплотрассы на новые, чем заниматься постоянным ремонтом.

Сразу обновить все старые коммуникации в стране невозможно. При строительстве или капитальном ремонте домов устанавливают новые трубы в в несколько раз сокращающие потери тепла. Трубы для теплотрассы изготавливают по специальной технологии, заливая пеной зазор между расположенной внутри стальной трубой и оболочкой.

Температура транспортируемой жидкости может достигать 140°С.

Использование ППУ в качестве теплоизоляции позволяет сохранять тепло значительно лучше традиционных защитных материалов.

Теплоснабжение многоквартирных жилых домов

В отличие от дачи или коттеджа, теплоснабжение многоквартирного дома содержит сложную схему разводки труб и нагревателей. Кроме того, в систему входят средства контроля и обеспечения безопасности.

Для жилых помещений существуют где указываются критические уровни температуры и допустимые погрешности, зависящие от сезона, погоды и времени суток. Если сравнить закрытую и открытую системы теплоснабжения, первая лучше поддерживает необходимые параметры.

Коммунальное теплоснабжение должно обеспечивать поддерживание основных параметров в соответствии с ГОСТ 30494-96.

Наибольшие потери тепла происходят на лестничных клетках жилых домов.

Снабжение теплом большей частью производится по старым технологиям. По существу системы отопления и охлаждения должны объединяться в общий комплекс.

Недостатки централизованного отопления жилых домов приводят к необходимости создания индивидуальных систем. Сделать это сложно из-за проблем на законодательном уровне.

Автономное теплоснабжение жилого дома

В зданиях старого типа по проекту предусмотрена централизованная система. Индивидуальные схемы позволяют выбрать типы систем теплоснабжения в плане снижения расходов на энергоноситель. Здесь имеется возможность их мобильного отключения при отсутствии необходимости.

Проектирование автономных систем производится с учетом нормативов отопления. Без этого дом сдать в эксплуатацию невозможно. Следование нормам гарантирует комфорт для проживания жильцов дома.

Источником нагрева воды обычно служит газовый или электрический котел. Необходимо выбрать способ промывки системы. В централизованных системах применяется гидродинамический способ. Для автономной можно использовать химический. При этом необходимо учитывать безопасность влияния реагентов на радиаторы и трубы.

Правовые основы отношений в области теплоснабжения

Отношения энергетических компаний и потребителей регламентирует ФЗ о теплоснабжении № 190, вступивший в силу с 2010 г.

1. В главе 1 излагаются основные понятия и общие положения, определяющие сферу правовых основ экономических отношений в теплоснабжении. В нее также входит обеспечение горячей водой. Утверждаются общие принципы организации поставки тепла, заключающиеся в создании надежных, эффективных и развивающихся систем, что очень важно для проживания в сложном российском климате.
2. Главы 2 и 3 отражают обширную область полномочий местных органов власти, которые управляют ценообразованием в сфере теплоснабжения, утверждают правила его организации, учет расхода тепловой энергии и нормативы ее потерь при передаче. Полнота власти в этих вопросах позволяет контролировать организации теплоснабжения, относящиеся к монополистам.
3. В главе 4 отражаются отношения между поставщиком тепловой энергии и потребителем на основании договора. Рассматриваются все правовые аспекты подключения к тепловым сетям.
4. Глава 5 отражает правила подготовки к сезону отопления и ремонта тепловых сетей и источников. В ней описывается, что делать при неплатежах по договору и несанкционированных подключениях к тепловым сетям.
5. В главе 6 определяются условия перехода организации в статус саморегулируемой в области теплоснабжения, организации передачи прав на владение и пользование объектом теплоснабжения.

Пользователи тепловой энергии должны знать положения ФЗ о теплоснабжении, чтобы отстаивать свои законные права.

Составление схемы теплоснабжения

Схема теплоснабжения представляет собой предпроектный документ, в котором отражены правовые отношения, условия функционирования и развития системы обеспечения теплом городского округа, поселения. По отношению к ней в федеральный закон входят определенные нормы.

1. для поселений утверждаются органами исполнительной власти или местного самоуправления, в зависимости от численности населения.
2. Для соответствующей территории должна быть единая теплоснабжающая организация.
3. В схеме указываются энергетические источники с указанием их основных параметров (загрузка, графики работы и др.) и радиусом действия.
4. Указываются мероприятия по развитию системы обеспечения теплом, консервации избыточных мощностей, созданию условий ее бесперебойной работы.

Объекты теплоснабжения размещаются в границах поселения согласно утвержденной схеме.

Цели применения схемы теплоснабжения

• определение единой теплоснабжающей организации;
• определение возможности подключения к тепловым сетям объектов капитального строительства;
• включение мероприятий по развитию систем подачи тепла в инвестиционную программу организации теплоснабжения.

Заключение

Если сравнить закрытую и открытую системы теплоснабжения, в настоящее время перспективной является внедрение первой. позволяет повысить качество подаваемой воды до уровня питьевой.

Несмотря на то что новые технологии являются ресурсосберегающими и сокращают выбросы в атмосферу, они требуют значительных инвестиций. При этом не хватает квалифицированных специалистов в связи с отсутствием специальной кадровой подготовки и низким уровнем заработной платы.

Способы внедрения находятся за счет коммерческого и бюджетного финансирования, конкурсов на инвестиционные проекты и др. мероприятий.