Обґрунтування необхідності встановлення індивідуального теплового пункту (ІТП) з погодним регулюванням та аналіз його роботи

Досить багато в інтернеті гуляє інформації про перевагу індивідуальних теплових пунктів багатоповерхових будинків (ІТП), особливості їх встановлення, введення в експлуатацію та обслуговування. Маючи великий досвід у галузі обліку та регулювання теплової енергії, ми хотіли б поділитися з Вами напрацюваннями аналізу функціонування ІТП за даними показань лічильників тепла, а також математичним інструментом для оцінки якості теплоспоживання об’єкта.

Пропонуємо Вам проаналізувати роботу системи опалення житлового будинку за період сезонів 2018-2019р.р. (якісне регулювання на центральній котельні за допомогою збільшення або зниження температури теплоносія) та 2019-2020р.р., після встановлення незалежного ІТП. Будинок знаходиться по вул. Кривбасівська, 54 м.Кривий Ріг. Будинок 9-ти поверховий, двопід’їзний, збудований 1989 року, має вертикальну однотрубну систему опалення з верхнім розведенням (теплоносій піднімається трубопроводом сходовою кліткою на горищне приміщення та роздається через розподільчі трубопроводи по стояках зверху вниз). Джерело теплопостачання, котельня місцевої тепломережі, розташована за 400 метрів.

Встановлений в підвалі будинку ІТП, з незалежним підключенням через теплообмінник фірми SWEP (Швеція), обладнаний здвоєним насосом з частотним керуванням фірми Grundfos (Німеччина), двоходовим регулювальним клапаном з електроприводом фірми Danfoss (Данія) та щитом управління, в складі погодного контролера фірми Axiomа (Литва) і автоматики. Ми не просто так звернули Вашу увагу на склад і виробників комплекту ІТП, тому що насамперед якісне, надійне і головне, перевірене обладнання є запорукою довгої і продуктивної роботи не тільки ІТП, а й усієї системи опалення будинку. Сумно, що багато фірм у гонитві за швидкою наживою використовують noname обладнання, «ліплять» ІТП безпосередньо в підвалі, що в підсумку призводить до погіршення опалення в будинках і, як наслідок, до недовіри та скептичного ставлення багатьох управдомів до погодного регулювання. Екстремалам добре, а Вам жити в цьому будинку.

Незалежний тепловий пункт, потужністю 420 кВт для об’єкта по вул. Кривбасівська, 54, після виготовлення на спеціалізованому виробництві ІТП і повної, гідравлічної та електричної, перевірки. Готовий до відвантаження та підключення на об’єкті.

Тепер можна перейти до основної частини. Найголовніше питання кожного управдома перед встановленням ІТП – яка економія буде в будинку після його встановлення? Але в нашому випадку мешканців цікавило головне питання – чи буде тепло та комфортно у всіх у квартирах? Безперечно, що будинки, які були збудовані ще за радянських часів, повсюдно зазнали суттєвих змін усієї системи опалення. І тепло перестало розподілятися поступово! В основному страждають кутові квартири (горизонтальне розбалансування) і істотне вертикальне балансування, де при верхній подачі тепла не догріваються нижні поверхи, а при нижній, навпаки, верхні. У нашому будинку з верхнім розведенням винятку не було – скаржилися нижні поверхи та кутові квартири. Щоб грамотно дати відповіді на ці питання і потім не мати претензій з боку мешканців, ми радимо заздалегідь провести аналіз роботи всієї системи опалення будинку! При цьому звичайно, не варто забувати про візуальне обстеження будинку і в цілому системи опалення: стан, діаметри трубопроводів подає мережі та багато іншого.

Отже, перед тим як почати аналіз нам насамперед знадобляться:

1. добовий звіт за тепловим лічильником за весь(!) опалювальний сезон (бажано кількох);

2. опалювальна площа будинку, Sот=5019м²

3. теплове навантаження будинку – розрахункове максимальне теплоспоживання будинку, q=0,3634Гкал/час;

4. температурний графік подачі теплоносія – 105-70^оС;

5. середньодобові температури зовнішнього повітря, Т оС (можна завантажити за посиланням https://www.degreedays.net/)

6. проєктне енергоспоживання за кожен день, розрахунковий параметр – Епр (Гкал/Дн);

7. проєктне і фактичне умовне теплоспоживання за кожен день, розрахунковий параметр -Еус.пр. и Еус.ф. ( Вт/м²/ГрДн);

Використовуючи ці параметри, основне наше завдання порівняти якість і кількість фактичної подачі тепла на будинок відносно проєктних значень (значення, які повинен споживати будинок за проєктними навантаженнями щодо температурного графіка). Проєктні значення ми братимемо за основу для налаштування нашого ІТП, щоб уникнути перегрівів і недогріву в квартирах. Основні з них це – витрата тепла за кожен день, умовне теплоспоживання, а також відповідність температури теплоносія на зворотному трубопроводі температурному графіку котельні (графік №3). Перші два проєктні параметри нам потрібно буде розрахувати:

1. Проєктне теплоспоживання за кожен день. Для цього скористаємося формулою:

Епр=q*24*q_от*К, де

q – проєктне навантаження будинку, Гкал/год;
24 – час у годинах;
q_от– відносне навантаження будинку;
К – понижувальний коефіцієнт використовується в разі завищеного проєктного навантаження, його значення беремо від 0,9 до 0,95.

1.1 Відносне навантаження розраховується за формулою:

q_от=(Твр-Тн)/(Твр-Тно), де

Твр – температура всередині приміщення (базова для розрахунків), Т= 18^оС;
Тн – усереднена температура зовнішнього повітря за добу;
Тно – максимальна мінусова температура зовнішнього повітря, згідно з нормами, для вашого регіону. Для нашого міста, Тно =-21^оС.

Наприклад, для розглянутого будинку, за 01.12.18 отримуємо:

q_от=(18-(-3,2))/(18-(-21))=0,54,

і тоді, проєктне теплоспоживання:

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

2. Проєктне умовне теплоспоживання за кожен день. Для цього скористаємося формулою:

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

ГрДн – градусо-дні, чисельно дорівнює добутку різниці різниці базової температури внутрішнього повітря в будівлі (Твр=18С) і середньодобової температури зовнішнього повітря (Тн), на тривалість періоду, що розглядається, у добі (Дн):

ГрДн=(Твр-Тн)* Дн.

(Розрахунок градусо-днів (ГрДн) ґрунтується на кліматичних характеристиках місцевості та базовій температурі).
По нашому будинку, за 01.12.18, отримуємо:

ГрДн=18-(-3,2)*1=21,2, и

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

Аналогічно розраховується фактичне умовне теплоспоживання за кожен день (Еус.ф.), тільки замість Епр підставляють фактичні значення Еф за показаннями теплолічильника.

Проєктне значення Еус.пр. завжди буде постійним, тому що будинок має брати стільки тепла, скільки потрібно для підтримання постійної температури всередині приміщень. Великі коливання в значеннях Еус.ф. відносно Еус.пр., свідчить про перетоп або недотоп у певні періоди.
Маючи всі вихідні дані, перейдемо до побудови та аналізу графіків залежностей теплоспоживання нашого будинку. Для того щоб залежності були більш зрозумілими, ми трохи пояснимо. Аналізуючи опалювальний сезон 2018-2019, ми побудуємо точкові діаграми, на яких відображено залежності між даними фактичного теплоспоживання (фактичні значення) і температурою зовнішнього повітря, і даними проєктного споживання (проєктні значення) та температурою зовнішнього повітря за кожен день опалювального сезону – один день одна точка.

Ці дані можна апроксимувати, тобто отримати рівняння, що описує представлену вихідну залежність, і оцінити ступінь наближення. Найпростішим способом апроксимації в Excel є лінії тренда.

Для створення лінії тренду необхідно:
1. побудувати точкову діаграму за табличними даними,
2. додати на діаграму лінію тренду.

Лінія тренда характеризується такими параметрами:

1. рівнянням (функціональною залежністю),
2. величиною достовірності апроксимації R². R²ϵ [0, 1] – число, яке відображає
близькість значення лінії тренда до фактичних даних. Чим ближче до 1 величина цього
показника, тим достовірніша лінія тренда.

У нашому випадку, чим ближче до одиниці (1) R², тим якісніше відбувається регулювання теплоспоживання будинку залежно від температури зовнішнього повітря!

1. Залежність теплоспоживання (Гкал/день) від температури зовнішнього повітря (Тнар) – графік №1, сезон 2018-2019р.р.

Аналізуючи графік №1, чітко видно, що будинок недоотримав потрібної їм кількості тепла (фактична лінія тренду нижча за проєктну в усьому діапазоні зовнішніх температур), з чим і були пов’язані численні скарги мешканців з приводу температур усередині їхніх приміщень..

2. Умовне теплоспоживання відповідно до температур зовнішнього повітря – залежність Вт/м²/ГрД від Тнар (графік №2, сезон 2018-2019)

Аналізуючи графік №2, ми бачимо, що на центральній котельні практично відсутнє погодне регулювання подачі тепла, особливо це видно при плюсових температурах – коли температура в районі +5 оС фактичне питоме споживання змінюється від 23 до 48 Вт/м²/ГрДн за норми 46,64 Вт/н Окремо хотілося звернути увагу на величину достовірності апроксимації R² для побудованої лінії тренду за фактичними значеннями. Його вкрай низьке значення, 0,2067, підтверджує, що організація, що теплопостачає, не в змозі витримувати нормативні величини теплоносія згідно з температурою зовнішнього повітря. У таких випадках встановлення ІТП просто необхідне!

Ухвалюємо рішення про регулювання подачі теплоносія відносно температури зовнішнього повітря і теплоносія в подавальному трубопроводі системи опалення будинку. Прораховуємо обладнання ІТП.

3. Відповідність температур зворотного теплоносія температурному графіку – залежність Т2 від Тнар (графік №3, сезон 2018-2019р.р.)

З графіка №3 видно, що температура у зворотному трубопроводі за плюсових температур значно перевищує норми. Можна зробити висновок, що теплоносій просто не доходить до всіх радіаторів у потрібній кількості та йде через перемички у зворотний трубопровід, спричиняючи його перегрів.

Ухвалюємо рішення підібрати насоси з частотним керуванням, для поліпшення тепловіддачі радіаторів. Надано рекомендації управдому щодо промивання системи опалення будинку, заміни трубопроводів опалення та запірної арматури на стояках.

Цей аналіз допоможе Вам не тільки на словах, а й на конкретних цифрах довести необхідність встановлення ІТП і спрогнозувати ефект його роботи!

Після встановлення та налагодження ІТП у сезоні 2019-20 ми побачили значні зміни в якості подачі теплоносія:

• будинок почав повністю прогріватися – скарг серед мешканців немає в жодній квартирі, але при цьому платежі за опалення не збільшилися, а в теплі місяці навіть менші ніж у сусідньому однотипному будинку без ІТП;
• система опалення працює стабільно і кербуду не доводиться спускати повітря і воду з проблемних стояків раз на два тижні;
• за плюсових температур ІТП підтримує комфортну температуру без перевитрати теплоносія, управдому не потрібно бігати в підвал і прикручувати засувки щодня «на око», і вислуховувати скарги мешканців із кутових квартир про холодні батареї;
• економія за опалювальний сезон порівняно з попереднім склала 64 Гкал (20%), що в грошовому еквіваленті склало 108 800 грн. Враховуючи суму всієї реконструкції системи опалення 286 000 грн, що з урахуванням компенсації від державних і міських програм енергоефективності (60%), безпосередні витрати мешканців склали 114 400 грн. І як висновок – ІТП окупився майже за один сезон, за явного поліпшення якості теплопостачання всіх без винятку квартир.

Відобразивши отримані залежності роботи ІТП у сезоні 2019-20р.р. на нижче наведених графіках, можна побачити різницю в роботі системи опалення будинку по вул. Кривбасівська, 54 до і після встановлення індивідуального теплового пункту..

1. Залежність теплоспоживання (Гкал/день) від температури зовнішнього повітря (Тнар) – графік №4, сезони 2018-2019р.р., без ІТП і 2019-2020р.р., з ІТП.

2. Залежність умовного теплоспоживання (Вт/м²/ГрД) від температури зовнішнього повітря (Тнар) – графік №5, сезони 2018-2019 р.р., без ІТП і 2019-2020 р.р., з ІТП.

3. Відповідність температури зворотного теплоносія температурному графіку – залежність Т2 від Тнар (графік №6, сезони 2018-2019р.р., без ІТП і 2019-2020р.р., з ІТП).

Аналізуючи отримані залежності під час роботи ІТП, насамперед дивимося на величину достовірності апроксимації R². Чим ближче R² до одиниці, тим якісніша подача в будинок теплоносія і відповідно більша економія та кращий комфорт у помешканнях. Ми бачимо, що наші показники покращилися майже вдвічі порівняно з минулим сезоном, що вплинуло на зменшення суми в платіжках мешканців і тепло в їхніх квартирах! Сподіваємось, що наш досвід та професійне ставлення допоможе зробити вашу оселю ще більш затишною та економною!