Системы отопления присоединяются к водяным тепловым сетям по зависимой или независимой схеме. Присоединение отопительных систем следует выполнять с учётом гидравлического режима тепловых сетей (пьезометрического графика) и графика изменения температуры теплоносителя в наружных тепловых сетях, зависящего от изменения температуры наружного воздуха. В СП 41-101-95 [1] особо отмечается, что в тех случаях, когда может быть принято несколько различных технических решений, следует проводить экономический расчёт с учётом уровня цен, долговечности и надёжности конструкций, социальных и экологических факторов, а также требований заказчика. Присоединения водяных систем отопления по зависимым схемам показаны на рис. 1: а) прямоточная при совпадении гидравлического и температурного режимов тепловой сети и системы отопления; б) с водоструйным элеватором при необходимости снижения температуры воды в системе отопления и располагаемом давлении перед элеватором, достаточном для его работы в системе; в) со смесительным насосом при располагаемом давлении перед элеватором, недостаточном для его работы.
В СП [1] чётко оговорены рациональные с технической и экономической точек зрения случаи применения зависимых схем. Они могут надёжно эксплуатироваться в зданиях до 12 этажей (не более 36 м). В соответствии с пьезометрическим графиком необходимо выполнять следующие основные правила. Во-первых, при располагаемом давлении в тепловой сети, недостаточном для преодоления гидравлического сопротивления трубопроводов и оборудования теплового пункта и системы отопления устанавливается подкачивающий насос на обратном трубопроводе перед выходом из теплового пункта. Если давление в обратном трубопроводе системы отопления будет ниже статического давления в тепловой сети, подкачивающий насос должен устанавливаться на подающем трубопроводе.
При располагаемом давлении в тепловой сети, недостаточном для преодоления гидравлического сопротивления трубопроводов и оборудования теплового пункта и системы отопления устанавливается подкачивающий насос на обратном трубопроводе перед выходом из теплового пункта
Во-вторых, если давление в подающем трубопроводе тепловой сети перед тепловым пунктом ниже статического давления в системе отопления, то подкачивающий насос устанавливается на подающем трубопроводе на вводе в тепловой пункт. Одновременно на обратном трубопроводе на выходе из теплового пункта устанавливается регулятор давления «до себя».
В-третьих, смесительный насос для системы отопления устанавливается: на перемычке между подающим и обратным трубопроводами при располагаемом давлении перед узлом смешения, достаточном для преодоления гидравлического сопротивления системы отопления, и при давлении в обратном трубопроводе тепловой сети после теплового пункта не менее чем на 0,05 МПа выше статического давления в системе отопления; на обратном трубопроводе перед узлом смешения или на подающем трубопроводе после узла смешения при располагаемом давлении перед узлом смешения, недостаточном для преодоления гидравлического сопротивления системы отопления и тепловых сетей после центрального теплового пункта.
К паровым тепловым сетям системы отопления могут присоединяться по зависимой схеме в случае непосредственной подачи пара в системы с изменением или без изменения параметров пара; по независимой схеме — через пароводяные подогреватели.
Таким образом, нормативным требованием при наличии необходимого перепада давления в наружной тепловой сети и высоте здания до 36 м является присоединение системы отопления по зависимой схеме с водоструйным элеватором (рис. 1б). Методика полного теплового и гидравлического расчёта водоструйного элеватора приведена нами в работе [2]. По такой схеме присоединено подавляющее большинство жилых и общественных зданий в стране при наличии в населённых пунктах централизованного водяного теплоснабжения.
При анализе технической литературы по проектированию, эксплуатации и управлению систем водяного отопления нами не обнаружено ни одного технико-экономического или теплового расчетов по преимуществам иных, кроме показанных на рис. 1б, способов присоединения систем отопления при указанных выше и оговорённых в [1] условиях эксплуатации. Обычно приводятся только общие научно и практически не обоснованные стереотипы про низкую гидравлическую и тепловую эффективность водоструйных элеваторов.
Систематизировать и привести в одной статье полный анализ высказываемых в различных изданиях недостатков применения водоструйных элеваторов не представляется возможным. Поэтому мы обратились к конкретному литературному источнику. Остановимся только на анализе некоторых характерных отрицательных доводов применения элеваторных вводов в зависимых системах отопления (рис. 1б) на примере справочного пособия [3], изданного под эгидой компании «Данфосс». Пособие довольно широко применяется в России при проектировании тепловых пунктов жилых и общественных зданий, пользуется известностью у инженеров-теплотехников.
В главном выводе по способам присоединения абонентов (стр. 233) автор указывает, что водоструйный элеватор не создаёт достаточного располагаемого давления для системы отопления с терморегуляторами у отопительных приборов и автоматическими регуляторами гидравлических параметров на стояках либо приборных ветках. Покажем, что это утверждение не только не относится к системам отопления зданий, присоединённых к тепловым сетям по зависимой схеме (рис. 1б), но и ошибочно по трактовке физических процессов в системе отопления.
«Красной нитью» всего справочного пособия проходит противопоставление переменного гидравлического режима системы отопления в процессе эксплуатации и постоянства коэффициента смешения водоструйного элеватора. Полностью игнорируется факт только качественного регулирования изменения теплоотдачи нагревательных приборов в зависимых системах. Напомним, что качественное регулирование осуществляется с постоянным расходом воды при её переменной (в зависимости от температуры наружного воздуха) температуре. Таким образом, рассматриваемые зависимые системы отопления работают, как и водоструйный элеватор, с постоянным гидравлическим режимом.
Недоучёт этой важнейшей гидравлической закономерности совместной работы наружных и внутренних систем теплообеспечения зданий становится поводом для получения выводов, не соответствующих физическим процессам, происходящим в эксплуатируемых зависимых системах отопления.
Следующим недостатком водоструйных элеваторов в пособии названо недостаточное располагаемое давление для работы систем отопления с терморегуляторами у нагревательных приборов и автоматическими регуляторами гидравлических параметров на стояках.
В зависимых системах отопления отсутствует необходимость в применении терморегуляторов, потери давления в которых могут достигать 20 кПа, так как и площадь теплоотдачи нагревательных приборов и расход воды в них постоянны в течение всего отопительного периода, а температура горячей воды изменяется в соответствии с расчётным тепловым балансом помещений по периодам, следуя температуре наружного воздуха.
При постоянном расходе воды в системе отопления в течение всего отопительного периода отпадает необходимость применения балансировочных клапанов на стояках (гидравлическое сопротивление в пределах 10 кПа). Гидравлическая увязка системы проводится в процессе проектирования и в период наладки при её начальном пуске. Для этого необходимо с учётом рассчитанной динамики гидростатического давления установить на конкретных стояках элементарные дроссельные шайбы. В зависимых системах отопления с элеваторным вводом имеет место саморегулирование гидравлического режима, никаких систем автоматизации не требуется. Поэтому вывод о недопустимости применения водоструйных элеваторов в зависимых системах отопления, смонтированных по схеме б (стр. 18), является ошибочным, не учитывающим физические процессы и динамику давлений в системе.
К недостаткам водоструйного элеватора отнесено его высокое гидравлическое сопротивление со странной аргументацией. В справочном пособии утверждается положение о необходимости поддержания перед водоструйным элеватором повышенного давления в тепловой сети, что отражается на герметичности устаревших трубопроводов и оборудования, приводящей к повышенной аварийности. А в абонентских вводах, смонтированных по схеме в со смесительными насосами или в независимых системах, не те же факторы наблюдаются?
В справочном пособии к главному недостатку водоструйного элеватора отнесён его малый статический коэффициент полезного действия (до 10 %). По нашему мнению, данное утверждение не обосновано, по крайней мере, по двум причинам.
Во-первых, не требуется установка регулятора давления на подающем трубопроводе в абонентском вводе для защиты системы отопления от нерасчётного повышения давления в подающем трубопроводе наружной тепловой сети или при гидравлическом ударе. Регулятор давления устанавливается только на обратном трубопроводе. При иной конструкции абонентского ввода зависимой системы отопления без элеватора требуется установка двух регуляторов давления. Таким образом, высокое гидравлическое сопротивление водоструйного элеватора в зависимых системах отопления, смонтированных по схеме б, является положительным фактором.
Во-вторых, низкий статический коэффициент полезного действия водоструйного элеватора для зависимых схем присоединения систем отопления не является каким-либо ограничением. Расчётные потери давления в системах отопления не превышают 12-15 кПа, а требуемый минимальный перепад давления в подающей и обратной магистралях наружной тепловой сети лежит в пределах 0,150,20 МПа. Такой перепад давлений вполне достаточен для стабильной и надёжной работы системы отопления.
Зависимые системы с водоструйным элеватором отличаются надёжностью и эксплуатационной пригодностью, не требуют оперативного вмешательства обслуживающего персонала в течение всего отопительного периода, кроме непредсказуемых аварийных ситуаций. Применение смесительных насосов или другого технологического оборудования с электродвигателями в индивидуальных тепловых пунктах требует постоянного высококвалифицированного обслуживания и контроля. При этом обязательно наличие двух независимых источников электроснабжения, что для условий жилых зданий практически неосуществимо и вызывает значительные дополнительные капитальные затраты.
Каждая система отопления имеет строго ограниченную рациональную область применения. Проектирование абонентского ввода в здании и его дальнейшая эксплуатация должны проводиться после тщательного и всестороннего анализа динамики тепловых и гидравлических процессов в разрабатываемой системе отопления
Доказывая неэффективность водоструйных элеваторов в зависимых системах отопления, автор пособия не приводит конкретных экономических обоснований, путает понятия энергоэффективности системы и энергосбережения. Энергоэффективность — это показатель использования всего потенциала генерируемой энергии. Энергосбережение — доведение административным путём расхода потребляемой системой энергии до расчётных значений путём снижения дополнительных затрат энергии, вызванных неэффективностью или неправильностью эксплуатации систем и отсутствием текущего учёта расхода теплоты.
Характерные примеры. На стр. 84 пособия вывод: «Поэтому модернизация тепловых пунктов предполагает полный отказ от применения гидроэлеваторов и их замену на циркуляционные насосы. Сокращаемое от такой замены теплопотребление составляет в среднем 13 %». Абсолютно не обоснованный и не привязанный к конкретным системам отопления факт со ссылкой на статью по анализу опыта установки приборов учёта тепловой энергии [4]. Результаты свидетельствует только об элементарном отсутствии профессиональной эксплуатации систем, что подтвердила установка счётчиков теплоты.
Основной вывод: «Термомодернизация зданий, включающая комплексную автоматизацию инженерных систем и теплоизоляцию ограждающих конструкций здания, приводит к примерно 50% экономии тепловой энергии...». «Термомодернизация» здания (повышение теплозащитных характеристик теплового контура здания) значительно повышает их энергоэффективность. Но откуда взялась конкретная цифра 50 °/о? В справочном пособии вообще не рассматриваются вопросы теплофизических характеристик ограждающих конструкций и тем более комплексная автоматизация инженерных систем здания. Автоматизация рассматриваемых систем отопления, как было показано выше, является одним из энергосберегающих факторов, позволяющим административными методами снижать реальное потребление теплоты до расчётного.
Заключение
1. Каждая система отопления имеет строго ограниченную рациональную область применения.
2. Водоструйный элеватор (по схеме на рис. 1б) широко применяется на практике и имеет большие перспективы как надёжный, экономичный аппарат системы отопления при соответствующем техническом и технологическом состоянии наружных тепловых сетей и объёмно-планировочных решениях зданий, приведённых в статье.
3. Проектирование абонентского ввода в здании и его дальнейшая эксплуатация должны проводиться после тщательного и всестороннего анализа динамики тепловых и гидравлических процессов в разрабатываемой системе отопления.
4. Как специалистам по тепловому режиму зданий и сооружений, нам не понятны причины, по которым некоторые авторы справочных пособий по отоплению лоббируют только технические решения и оборудование определённых фирм и производителей без научного и практического изучения и экономического обоснования рекомендуемых решений, часто идущих вразрез физическим процессам тепломассообмена в системах теплообеспечения. Этот вывод относится не только к данному справочному пособию, но и многим другим современным пособиям по проектированию и эксплуатации систем отопления.
