Про снижение коммунальных платежей разговоры ведутся постоянно и на всех уровнях. На энергосбережение выделяются средства по разным программам. Проводятся работы по реконструкции тепловых пунктов и термосанации зданий. Практически на каждом новом объекте затрачиваются средства на внедрение системы диспетчеризации, на экран монитора в реальном времени выводятся различные параметры работы теплового пункта (температуры теплоносителя, работа насосов, аварии и т.д). Пишутся отчёты о полученной экономии и получаются премии за выполненную работу.

Но в реальности сроки окупаемости вложенных в реконструкцию тепловых пунктов средств никто не рассчитывает. На вопрос «Как диспетчеризация помогает экономить тепловую энергию?» внятного ответа получить невозможно.

Если после замены элеваторного узла в теплопункте есть небольшая экономия в оплате за тепло на квадратный метр площади, то считается, что это хороший результат. Очень часто это мнимая экономия из-за тёплой зимы.

Окупаемость вложенных в реконструкцию ИТП средств за один год — это реальность. 8/2020. Фото 1

В одной из строительных организаций решили приложить к задаче энергосбережения свой опыт и знания, чтобы как можно быстрее окупить средства, вложенные в реконструкцию теплового пункта общежития. На первом этапе в кирпичном здании без внешнего утеплителя и внутреннего гипсокартона был заменён элеватор на ИТП. На втором этапе, когда появятся дополнительные финансовые средства, планируется применить для диспетчеризации и управления теплопунктом облачные технологии. Это значительно упростит анализ работы системы и пусконаладочные работы.

Окупаемость вложенных в реконструкцию ИТП средств за один год — это реальность. 8/2020. Фото 2

 

Зачем следить за температурой?

Многие не понимают, зачем следить за температурой в помещении с точностью до 0,5°C, считая, что достаточно ввести температурный график в управляющий контроллер. Например, «110/80–50». И говорят, что точность температуры в помещении не играет особой роли: «температура внутри помещения может быть и 23, и 19 градусов Цельсия — при этом особой экономии нет».

Поэтому — немного теории. Рассмотрим, как рассчитывается оплата за тепло. Показания теплосчётчика в гигакалориях, вычисленные по формуле (1), умножаются на стоимость 1 Гкал:

Q1 = G(tост – tобр), (1)

где G — расход теплоносителя; tост — температура теплоносителя от тепловой трассы; tобр — температура обратного теплоносителя. Но передача тепла от одного тела к другому рассчитывается по формуле Ньютона-Рихмана:

Q2 = ατS(t1 – t2), (2)

где t1 — температура отопительного прибора (подающий трубопровод); t2 — температура внутри помещения; τ, S и α — время, площадь и теплопроводность.

Обратите внимание, что в формуле (2) отсутствует расход теплоносителя G.

Поэтому главным энергетиком был разработан план работ, в котором температура воздуха в контролируемых помещениях измерялась с точностью до 0,5°C. Кроме того:

1. Были отобраны четыре датчика температуры, показания которых соответствуют эталонному прибору с погрешностью не более 0,3°C.

2. Проверен алгоритм работы управляющего контроллера, то есть в систему давались возмущения в виде уменьшения (увеличения) внутренней температуры и контролировалась работа управляющего клапана. Также были проверены настройки ПИД-регулятора.

3. Датчики были установлены в разных помещениях на северной и южной сторонах здания, в комнатах с пластиковыми окнами и старыми деревянными рамами.

4. Был составлен ежедневный фактический температурный график, анализ которого и дал основания для установки режима работы системы отопления.

В каждом управляющем контроллере различных фирм задаётся температурный график системы отопления. Имеется возможность корректировки графика по внутренней температуре в помещении. Поэтому после изучения инструкции желательно завести журнал, в который будут заноситься экспериментальные данные зависимости внутренней температуры от вводимых коэффициентов.

Однако процесс подбора температурного графика под объект вызывает некоторые затруднения. Этот процесс можно упростить, если применить теорию оптимального управления. Как известно, любую систему можно описать уравнениями. Некоторые параметры системы можно без труда измерить. В нашем случае это температуры теплоносителя в тепловом пункте и наружная температура. Восстановить недостающую среднею внутреннюю температуру помещения можно при помощи идентификатора Льюинбергера.

Поэтому управляющий контроллер по измеренным температурам подающего и обратного трубопроводов и наружного датчика приблизительно рассчитывает (или восстанавливает) среднюю температуру внутри помещения.

Восстановленная внутренняя средняя температура сравнивается с заданной. Рассогласование через ПИД-закон управляет клапаном. Это очень простой и понятный алгоритм настройки системы отопления.

Так как расчётная температура и реальная могут не совпадать, необходимо выбрать точку отсчёта для подбора температурного графика и постепенно с шагом 0,5°C снижать внутреннюю температуру воздуха, выполняя пункт 4.

Например, мы установили внутреннюю температуру 23°C, реальная внутренняя — 24°C, теплосчётчик показывает 3,8 Гкал/сут., tпод = 54°C, расход теплоносителя — 160 т/сут. С шагом 0,5°C снижаем заданную температуру и замеряем реальную. В результате температурный график подобран под объект за одну неделю.

Реальная температура в здании колебалась от 22°C в комнатах с пластиковыми стеклопакетами на южной стороне до 18,5°C в помещениях с деревянными рамами с обычным остеклением на северной стороне. Расход составлял до 80 т/сут., потребление 2,3 Гкал/сут., а tпод = 49°C при аналогичной внешней температуре.

Необходимо отметить, что 18°C — это минимально допустимая температура в помещении по санитарным нормам: ниже опускать запрещено.

Так как система отопления — это классическая система с запаздыванием, для эксперимента в управляющий контур добавили предиктор. В передаточных функциях система управления показана на рис. 1.

Окупаемость вложенных в реконструкцию ИТП средств за один год — это реальность. 8/2020. Фото 3

Анализ работы системы с предиктором показал, что колебания температуры обратного теплоносителя уменьшились. Но на внутренней температуре, измеренной в пределах 0,5°C, это не отразилось. Следовательно, для управления системой достаточно настроенного пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования, и предиктор в программе контроллера может использоваться как опция.

Возможно, для других зданий при использовании «облачных» технологий будет заметен результат.

Таким образом, оплата за тепло снижена с 3,8 до 2,3 Гкал/сут., то есть на 40%, а потреблённое тепло, рассчитанное по формуле (2), показывает снижение до 5%.

 

Вывод

Вывод здесь очевиден: уменьшение температуры внутри помещения на 1–3°C может сэкономить 15–40% финансовых средств, соответственно. Должен быть использован простой и понятный алгоритм подбора температурного графика под внутреннюю температуру воздуха в здании с точностью до 0,5°C.