Обоснование необходимости установки индивидуального теплового пункта (ИТП) с погодным регулированием и анализ его работы

Довольно много в интернете гуляет информации о преимуществе индивидуальных тепловых пунктов многоэтажных домов (ИТП), особенности их установки, ввода в эксплуатацию и обслуживания. Имея большой опыт в области учета и регулирования тепловой энергии, мы хотели бы поделиться с Вами наработками анализа функционирования ИТП по данным показаний счетчиков тепла, а также математическим инструментом для оценки качества теплопотребления объекта.

Предлагаем Вам проанализировать работу системы отопления жилого дома за период сезонов 2018-2019г.г. (качественное регулирование на центральной котельной с помощью увеличения или понижения температуры теплоносителя) и 2019-2020г.г., после установки независимого ИТП. Дом находится по ул. Кривбассовская, 54 г.Кривой Рог. Дом 9-ти этажный, двухподъездный, построен в 1989 году, имеет вертикальную однотрубную систему отопления с верхней разводкой (теплоноситель поднимается трубопроводом по лестничной клетке на чердачное помещение и раздается, через распределительные трубопроводы, по стоякам сверху вниз). Источник теплоснабжения, котельная местной теплосети, расположенная в 400 метрах.

Установленное в подвале дома ИТП, с независимым подключением через теплообменник фирмы SWEP(Швеция), оборудован сдвоенным насосом с частотным управлением фирмы Grundfos(Германия), двухходовым регулирующим клапаном с электроприводом фирмы Danfoss(Дания) и щитом управления, в составе погодного контроллера фирмы Axiomа(Литва) и автоматики. Мы не просто так обратили Ваше внимание на состав и производителей комплекта ИТП, так как в первую очередь качественное, надежное и главное, проверенное оборудование является залогом долгой и продуктивной работы не только ИТП, но и всей системы отопления дома. Печально, что многие фирмы в погоне за быстрой наживой используют noname оборудование, «лепят» ИТП непосредственно в подвале, что в итоге приводит к ухудшению отопления в домах и как следствие, к недоверию и скептическому отношению многих управдомов к погодному регулированию. Экстремалам хорошо, а Вам жить в этом доме.

Независимый тепловой пункт, мощностью 420 кВт для объекта по ул. Кривбассовская, 54, после изготовления на специализированном производстве ИТП и полной, гидравлической и электрической, проверки. Готов к отгрузке и подключению на объекте.

Теперь можно перейти к основной части. Самый главный вопрос каждого управдома перед установкой ИТП — какая экономия будет в доме после его установки? Но в нашем случае жильцов интересовал главный вопрос — будет ли тепло и комфортно во всех в квартирах? Неоспоримо, что дома, которые были построены еще в советское время, повсеместно подверглись существенным изменениям всей системы отопления. И тепло перестало распределяться равномерно! В основном страдают угловые квартиры(горизонтальная разбалансировка) и существенна вертикальная балансировка, где при верхней подаче тепла не догреваются нижние этажи, а при нижней наоборот, верхние. В нашем доме с верхней разводкой исключения не было – жаловались нижние этажи и угловые квартиры. Чтобы грамотно дать ответы на эти вопросы и затем не иметь претензий со стороны жильцов, мы советуем заранее провести анализ работы ВСЕЙ системы отопления дома! При этом конечно, не стоит забывать про визуальное обследование дома и в целом системы отопления: состояние, диаметры трубопроводов и запорной арматуры, наличие изоляции, величины давлений в подающей сети и многое другое.

Итак, перед тем как начать анализ нам в первую очередь понадобятся:

1. посуточный отчет по тепловому счетчику за весь(!) отопительный сезон(желательно нескольких);

2. отапливаемая площадь дома, Sот=5019м²

3. тепловая нагрузка дома – расчетное максимальное теплопотребление дома, q=0,3634Гкал/час;

4. температурный график подачи теплоносителя – 105-70^оС;

5. среднесуточные температуры наружного воздуха, Т оС (можно скачать по ссылке https://www.degreedays.net/)

6. проектное энергопотребление за каждый день, расчетный параметр — Епр (Гкал/Дн);

7. проектное и фактическое условное теплопотребление за каждый день, расчетный параметр -Еус.пр. и Еус.ф. ( Вт/м²/ГрДн);

Используя эти параметры, основная наша задача сравнить качество и количество фактической подачи тепла на дом, относительно проектных значений (значения, которые должен потреблять дом по проектным нагрузкам относительно температурного графика). Проектные значения мы будем брать за основу для настройки нашего ИТП, что бы избежать перегревов и недогрева в квартирах. Основные из них это — расход тепла за каждый день, условное теплопотребление, а также соответствие температуры теплоносителя на обратном трубопроводе температурному графику котельной (график №3). Первые два проектных параметра нам нужно будет рассчитать:

1. Проектное теплопотребление за каждый день. Для этого воспользуемся формулой:

Епр=q*24*q_от*К, где

q – проектная нагрузка дома, Гкал/час;
24 – время в часах;
q_от– относительная нагрузка дома;
К – понижающий коэффициент используется при завышенной проектной нагрузке, его значения берем от 0,9 до 0,95.

1.1 Относительная нагрузка рассчитывается по формуле:

q_от=(Твр-Тн)/(Твр-Тно), где

Твр – температура внутри помещения(базовая для расчетов), Т= 18^оС;
Тн – усредненная температура наружного воздуха за сутки;
Тно – максимальная минусовая температура наружного воздуха, согласно норм, для вашего региона. Для нашего города, Тно =-21^оС.

Например, для рассматриваемого дома, за 01.12.18 получаем:

q_от=(18-(-3,2))/(18-(-21))=0,54,

и тогда, проектное теплопотребление:

Епр=0,3634*24*0,54359*0,9=4,27 Гкал/Дн.

2. Проектное условное теплопотребление за каждый день. Для этого воспользуемся формулой:

Еус.пр.=(1163000*Епр) /Sот /ГрД, Вт/м²/ГрДн; где

ГрДн – градусо-дни, численно равно произведению разности базовой температуры внутреннего воздуха в здании (Твр=18С) и среднесуточной температуры наружного воздуха (Тн), на длительность рассматриваемого периода в сутках(Дн):

ГрДн=(Твр-Тн)* Дн.

(Расчет градусо-дней(ГрДн) основан на климатических характеристиках местности и базовой температуре.)
По нашему дому, за 01.12.18, получаем:

ГрДн=18-(-3,2)*1=21,2, и

Еус.пр.=(1163000*4,2669)/21,2/5019=46,64 Вт/м²/ГрДн

Аналогично рассчитывается фактическое условное теплопотребление за каждый день (Еус.ф.), только вместо Епр подставляются фактические значения Еф по показаниям теплосчетчика.

Проектное значение Еус.пр., всегда будет постоянным, так как дом должен брать столько тепла, сколько нужно для поддержания постоянной температуры внутри помещений. Большие колебания в значениях Еус.ф. относительно Еус.пр., свидетельствует о перетопе или недотопе в определенные периоды.
Имея все исходные данные, перейдем к построению и анализу графиков зависимостей теплопотребления нашего дома. Для того что бы зависимости были более понятны, мы немного поясним. Анализируя отопительный сезон 2018-2019, мы построим точечные диаграммы, на которых отображены зависимости между данными фактического теплопотребления(фактические значения) и температурой наружного воздуха, и данными проектного потребления(проектные значения) и температурой наружного воздуха, за каждый день отопительного сезона – один день одна точка.

Эти данные можно аппроксимировать, т.е. получить уравнение, описывающее представленную исходную зависимость, и оценить степень приближения. Простейшим способом аппроксимации в Excel являются линии тренда.

Для создания линии тренда необходимо:
1. построить точечную диаграмму по табличным данным,
2. добавить на диаграмму линию тренда.

Линия тренда характеризуется следующими параметрами:

1. уравнением (функциональной зависимостью),
2. величиной достоверности аппроксимации R². R²ϵ [0, 1] – число, которое отражает
близость значения линии тренда к фактическим данным. Чем ближе к 1 величина этого
показателя, тем достовернее линия тренда.

В нашем случае, чем ближе к единице (1) R², тем качественней происходит регулирование теплопотребления дома в зависимости от температуры наружного воздуха!

1. Зависимость теплопотребления (Гкал/день) от температуры наружного воздуха( Тнар) -график №1,сезон 2018-2019г.г.

Анализируя график №1 четко видно, что дом недополучил нужного им количества тепла (фактическая линия тренда ниже проектной во всем диапазоне наружных температур), с чем и были связаны многочисленные жалобы жильцов по поводу температур внутри их помещений.

2. Условное теплопотребление согласно температур наружного воздуха – зависимость Вт/м²/ГрД от Тнар (график №2,сезон 2018-2019)

Анализируя график №2, мы видим, что на центральной котельной практически отсутствует погодное регулирование подачи тепла, особенно это видно при плюсовых температурах – когда температура в районе +5 оС фактическое удельное потребления меняется от 23 до 48 Вт/м²/ГрДн при норме 46,64 Вт/м²/ГрДн. Отдельно хотелось обратить внимание на величину достоверности аппроксимации R², для построенной линии тренда по фактическим значениям. Его крайне низкое значения, 0,2067, подтверждает, что теплоснабжающая организация не в состоянии выдерживать нормативные величины теплоносителя согласно температуре наружного воздуха. В таких случаях установка ИТП просто необходима!

Принимаем решение о регулировании подачи теплоносителя относительно температуры наружного воздуха и теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления дома. Просчитываем оборудование ИТП.

3. Соответствие температур обратного теплоносителя температурному графику – зависимость Т2 от Тнар (график №3,сезон 2018-2019г.г.)

Из графика №3 видно, что температура в обратном трубопроводе при плюсовых температурах значительно превышает нормы. Можно сделать вывод, что теплоноситель просто не доходит до всех радиаторов в нужном количестве и уходит через перемычки в обратный трубопровод, вызывая ее перегрев.

Принимаем решение подобрать насосы с частотным управлением, для улучшения теплоотдачи радиаторов. Даны рекомендации управдому по промывке системы отопления дома, замене трубопроводов отопления и запорной арматуры на стояках.

Данный анализ поможет Вам не только на словах, но и на конкретных цифрах доказать необходимость установки ИТП, и спрогнозировать эффект его работы!

После установки и наладки ИТП в сезоне 2019-20 мы увидели значительные изменения в качестве подачи теплоносителя:

• дом начал полностью прогреваться – жалоб среди жильцов нет ни в одной квартире, но при этом платежи за отопления не увеличились, а в теплые месяцы даже меньше чем в соседнем однотипном доме без ИТП;
• система отопления работает стабильно и управдому не приходится спускать воздух и воду с проблемных стояков раз в две недели;
• при плюсовых температурах ИТП поддерживает комфортную температуру без перерасхода теплоносителя, управдому не нужно бегать в подвал и прикручивать задвижки каждый день «на глаз», и выслушивать жалобы жильцов из угловых квартир про холодные батареи;
• экономия за отопительный сезон по сравнению с предыдущим составила 64 Гкал (20%), что в денежном эквиваленте составило 108 800 грн. Учитывая сумму всей реконструкции системы отопления 286 000 грн, что с учетом компенсации от государственных и городских программ энергоэффективности (60%), непосредственные затраты жильцов составили 114 400 грн. И как вывод — ИТП окупился почти за один сезон, при явном улучшении качества теплоснабжения всех без исключения квартир.

Отобразив полученные зависимости работы ИТП в сезоне 2019-20г.г. на ниже приведенных графиках, можно увидеть разницу в работе системы отопления дома по ул. Кривбассовская, 54 до и после установки индивидуального теплового пункта.

1. Зависимость теплопотребления (Гкал/день) от температуры наружного воздуха( Тнар) — график №4, сезоны 2018-2019г.г., без ИТП и 2019-2020г.г., с ИТП.

2. Зависимость условного теплопотребления (Вт/м²/ГрД) от температуры наружного воздуха (Тнар) – график №5, сезоны 2018-2019г.г.,без ИТП и 2019-2020г.г, с ИТП.

3. Соответствие температуры обратного теплоносителя температурному графику – зависимость Т2 от Тнар (график №6, сезоны 2018-2019г.г., без ИТП и 2019-2020г.г., с ИТП).

Анализируя полученные зависимости при работе ИТП, в первую очередь смотрим на величину достоверности аппроксимации R². Чем ближе R² к единице, тем качественней подача в дом теплоносителя и соответственно больше экономия и лучше комфорт в помещениях. Мы видим, что наши показатели улучшились почти в два раза по сравнению с прошлым сезоном, что повлияло на уменьшение суммы в платежках жильцов и тепло в их квартирах! Надеемся, что наш опыт и профессиональное отношение поможет сделать ваш дом еще более уютным и экономным!