По состоянию на начало 2026 года теплоснабжение города Москвы обеспечивается от 11462 тепловых пунктов: 6992 центральных (ЦТП) и 4470 индивидуальных (ИТП) [1]. Тепловой пункт выполняет приём теплоносителя, его преобразование, распределение между потребителями, учёт теплопотребления, автоматически обеспечивая:

  • необходимые параметры теплоносителя в системах отопления и вентиляции, что требуется для поддержания требуемых температурных условий в обслуживаемых помещениях;
  • температуру воды в системе ГВС;
  • согласование и стабилизацию гидравлических режимов в тепловых сетях и в системах теплопотребления.

Одной из составных частей снижения тепловых потерь в тепловых сетях Москвы до 6% к 2034 году является повышение качества регулировки тепловых сетей и тепловых пунктов [2]. Повышение качества регулировки тепловых сетей и тепловых пунктов может быть реализовано в значительной степени за счёт анализа и оптимизации работы теплового пункта.

Для регуляторов центрального отопления (ЦО) и систем ГВС в ЦТП применяется пропорционально-интегральный закон регулирования (ПИ-регулирование) [2–4]. Параметры настройки ПИ-регулятора определяются свойствами объекта регулирования, если переходные характеристики объекта не заданы, их необходимо определить экспериментально. Если в результате исследований будут определены новые настройки регулятора, которые приведут к уменьшению интегрального критерия, то качество процесса регулирования будет улучшено. В системах ГВС, независимо от схем присоединения, конфигурация измерителей и регуляторов АСУ одинакова — регулирование температуры в системе ГВС осуществляется в зависимости от показаний датчика температуры воды в соответствии с заданным значением 60–61°C путём воздействия на исполнительный механизм.

По функциональному назначению тепловой пункт можно разделить на отдельные узлы, связанные между собой трубопроводами и имеющие обособленные или, в отдельных случаях, общие средства автоматического управления:

  • I — узел ввода тепловой сети предназначен для возможности подключения/отключения ЦТП к коллектору теплосети, оснащается трубопроводами сетевой воды, запорной арматурой и грязевиками;
  • II — узел учёта теплопотребления предназначен для коммерческого учёта тепловой энергии, контроля за тепловыми и гидравлическими режимами работы систем теплопотребляющих установок и документирования параметров теплоносителя (массы/объёма, температуры и давления);
  • III — узел присоединения систем вентиляции предназначен для подключения/отключения калориферов систем вентиляции, оснащается запорной арматурой;
  • IV — узел системы ГВС предназначен для поддержания заданных параметров ГВС путём регулирования расхода теплосети через теплообменники ГВС второй ступени, он оснащается запорной арматурой, регуляторами, теплообменниками и циркуляционными насосами [5] (в системе применяются насосы с частотно-регулируемым приводом);
  • V — узел присоединения систем отопления предназначен для поддержания заданных параметров отопления путём регулирования расхода теплоносителя теплосети через теплообменник ЦО, он оснащается запорной арматурой, регуляторами и пр.;
  • VI — узел подпитки независимо присоединённых к тепловой сети систем теплопотребления (отопления, вентиляции), предназначен для заполнения независимо присоединённых систем, а также их периодического пополнения (подпитка).

Подпитка осуществляется из обратного трубопровода тепловой сети через подпиточный трубопровод. Для компенсации изменения объёма теплоносителя в результате его нагрева и охлаждения в независимо присоединённых к тепловой сети системах отопления и вентиляции предусматривается установка расширительных баков [6].

Параметры работы системы ГВС. Холодная вода из городского водопровода под давлением pгор = 0,4–0,45 МПа поступает на повысительный насос типа КМ100-80-160. Средний расход потребления ГВС составляет 6,3 м³/ч зимой и 4,77 м³/ч летом. Давление в подающем трубопроводе ГВС p7 = 0,58–0,89 МПа. Давление в обратном трубопроводе ГВС p13 = 0,48–0,77 МПа. Циркуляционный трубопровод ГВС присоединён к трубопроводу нагреваемой воды между водоподогревателями первой и второй ступеней. Теплообменник ГВС первой ступени состоит из шести секций ПВ325×4–1,0РП, теплообменник ГВС второй ступени — из трёх секций ПВ325×4–1,0РП. Водопроводная вода после насоса ХВС с давлением pХВС = 0,6 МПа и средним расходом 5–6 м³/ч поступает на подогрев в теплообменники ГВС первой и второй ступеней. В теплообменнике ГВС первой ступени вода подогревается теплосетью до 55–59°C, смешивается с водой циркуляционного контура ГВС t13 = 51–59,5°C и с расходом 35 т/ч поступает на теплообменник ГВС второй ступени. В теплообменниках ГВС второй ступени вода подогревается теплосетью на 2–3°C до T7 = 56,4–61,4°C. После водоподогревателей первой и второй ступеней вода поступает на повысительный циркуляционный насос ГВС КМ100-80-160, который повышает давление до p7 = 0,8 МПа и обеспечивает циркуляцию воды ГВС по двум подающим и двум циркуляционным трубопроводам ГВС со средним расходом 70 т/ч. Среднее количество тепловой энергии на подогрев ГВС составляет QГВС = 0,4–0,5 Гкал/ч.

Регулирование температуры в системе ГВС осуществляется в зависимости от показаний датчика температуры ТE7.1 в соответствии с заданным значением 60°C путём воздействия на исполнительные механизмы клапана Г1-Y, соответственно.

Для проведения исследований выбран ЦТП в западном районе Москвы, в котором выявлены отклонения регулируемых параметров, оказывающие существенное влияние на качество функционирования ЦТП: завышение регулируемого параметра Tз от графика 95/70°C выявлено в течение 2640 ч (в среднем отклонение составило +6,72°C); занижение регулируемого параметра T7 от заданного значения выявлено в течение 645 ч (в среднем отклонение составило −2,22°C), рис. 1.

Возможные причины отклонения T7:

  • неправильные параметры настройки регулятора в шкафу комплектной автоматизации (ШКА) на базе контроллера МФК-1500 с программным обеспечением;
  • неправильная конфигурация регулятора (в том числе механический дефект регулятора или привода, потеря силового питания привода);
  • неправильная конфигурация теплообменников ГВС первой и второй ступеней (в определённых режимах не справляются с функцией подогрева ГВС).

По данным ведомостей технологических параметров, отклонений T7 ГВС от заданного значения в январе 2024 года выявлено не было. В результате проведения исследований конфигурации регулятора ГВС не выявлено явных причин отклонения параметра T7. Исследования необходимо продолжить в следующем порядке:

  • провести экспериментальные исследования теплообменника системы ГВС второй ступени;
  • построить экспериментальную кривую разгона и переходную характеристику теплообменников системы ГВС;
  • выполнить расчёт оптимальных параметров настройки регулятора ГВС (линейный интегральный показатель/квадратичный/модульный должен быть минимальным) для заданных значений корневого показателя колебательности m = 0,221 или m = 0,366;
  • сравнить работу АСР с действующими и расчётными оптимальными параметрами настройки регулятора.

Сняты характеристики изменения T7 ГВС (рис. 2).

По полученным данным построена переходная характеристика теплообменника ГВС второй ступени (рис. 3). Определены динамические параметры объекта ГВС второй ступени: коэффициент усиления К = 1,704545, постоянная времени T1 = 675, τ = 105. По результатам снятия характеристик изменения T7 ГВС и изменения расхода теплоносителя построена кривая компенсации отклонения реголитом ГВС (рис. 4).

В результате проведения исследований работы регулятора ГВС в режиме компенсации внесённых отклонений T7 (снижение с 61 до 58°C) выявлено, что действующая конфигурация регулятора ГВС (Кр = 0,8 и Ти = 120) позволяет привести параметры T7 к заданному значению 61°C. Также выполнены расчёты оптимальных параметров настроек регуляторов несколькими инженерными методиками (табл. 1).

Анализ расчётных переходных процессов, выполненный по шести методикам, показывает, что интегральный показатель регулятора с параметрами, согласно расчёту (преобразование Лапласа), является наименьшим.

Динамическое отклонение регулятора с параметрами согласно расчёту (преобразование Лапласа) в 8,03 раза меньше, чем интегральный показатель регулятора с параметрами действующего регулятора ГВС, и в 2,15 раза меньше, чем интегральный показатель регулятора с параметрами по оценке Коэна — Куна.

Показано, что настройки регулятора ГВС в шкафу автоматики (Кр = 0,8, Ти = 120) не являются оптимальными по интегральному показателю точности управления. Оптимальными параметрами настройки регулятора ГВС следует принять параметры согласно расчёту через операционные исчисления (преобразование Лапласа): Кр = 1,1473 и Ти = 31,845.

Далее проводится оценка эффективности устранения причин отклонений в ЦТП и приведения настроек регуляторов ГВС и ЦО к оптимальным (правильная конфигурация) и их влияние на качество функционирования ЦТП и снижение тепловых потерь. Расчётные тепловые потери ЦТП на примере объекта, расположенного на западе Москвы, связанные с влиянием отклонения Т3 от заданного графика за отопительный период 2024–2025 годов, составляют 330,6 Гкал. Согласно утверждённым тарифам [12], в 2025 году стоимость 1 Гкал составила 3217,19 руб. Потери ПАО «МОЭК» за отопительный период (октябрь 2024 года — апрель 2025 года), связанные с завышением регулируемого параметра, составили 1,063 млн руб.