экономия тепла и воды в системах горячего водоснабжения

ЭКОНОМИЯ ТЕПЛА И ВОДЫ В СИСТЕМАХ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
(согласно Инструкции Минжилкомхоза РСФСР от 25 января 1983 г.)
В настоящей инструкции изложены основные мероприятия, направленные на
совершенствование эксплуатации систем горячего водоснабжения жилых здания.
Использование инструкции позволят квалифицированно вести эксплуатацию системы, что
приведет к уменьшению потерь тепловой энергии и воды.
В настоящее время годовые расходы тепловой энергии на горячее водоснабжение в
жилых зданиях, оборудованных централизованными системами горячего водоснабжения,
в средней климатической зоне превышают расходы тепловой энергии на отопление. Число
этих зданий постоянно возрастает, отсюда увеличиваются и расходы топлива на горячее
водоснабжение. Поэтому экономия топлива, организация рационального использования
горячей воды, ликвидация потерь горячей воды и тепловой энергии в системах,
совершенствование эксплуатации систем приобретают первостепенное значение.
В инструкции приведены мероприятия, осуществление которых в эксплуатирующихся
системах позволит получить значительную экономию тепловой энергии воды. К ним
относятся: наладка системы, создание в системе устойчивых теплового гидравлического
режимов; изоляция стояков, проложенных в каналах санитарно-технических кабин и
подвалах зданий; выключение циркуляционных насосов на ночь в теплый период года;
увеличение толщины тепловой изоляции на всех трубопроводах систем;
совершенствование эксплуатации.
НАЛАДКА СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Наладка система горячего водоснабжения производится с целью обеспечения
расчетных температур воды у водоразборных кранов всех абонентов и предотвращения
потерь тепла и воды при сливе охлажденной воды в начале водоразбора. Она является
одним из основных мероприятий, позволяющих устранить значительные потери тепла,
достигающие 5 % в квартальных системах горячего водоснабжения, для которых
характерно неравномерное распределение циркулирующих расходов по системам
отдельных зданий и секционным узлам и стоякам. Наладка системы должна проводиться в
соответствии с “Рекомендациями по наладке системы горячего водоснабжения с целью
улучшения теплового режима и уменьшения потерь тепла со сливом”, ОНТИ АКХ, 1983.
Основой для наладки системы является принцип повышения сопротивления стояков и
секционных узлов в циркуляционном режиме. Оптимальная величина потерь напора в
стояке или секционном узле в циркуляционном режиме, необходимая для достижения
устойчивой работы каждой рассматриваемой системы, как правило, определяется на
основания рассмотрения результатов расчета этой системы на ЭВМ (“Рекомендации по
повышению гидравлической тепловой устойчивости и экономичности систем горячего
водоснабжения от ЦТЦ”, ОНТИ АКХ, 1977).
При невозможности проведения расчета системы на ЭВМ величину потерь напора (м
вод. ст.) в стояке или секционном узле допускается принимать: для систем на 2 - 3 дома 4, для систем на 4 - 6 домов - 6, для систем на 7 и более домов - 8.
Наладка и регулирование системы считается законченной, если отклонение
температуры, циркулирующей в системе воды от расчетной во всех ответвлениях, стояках
и циркуляционных узлах в циркуляционном режиме, не превышает  2 °С.
В случае, если разработанными мероприятиями по наладке системы предусмотрен
значительный объем строительных работ, то целесообразно наладочные работы
совмещать по срокам с работами по замене трубопроводов системы, вышедшими из строя
в результате коррозионного процесса.
Годовая экономия тепла в результате проведения наладочных работ может
определяться по формуле
QЭГОД  0,05Q ГГОД
.В
ГОД
где Q Г . В - годовой расход тепла на горячее водоснабжение в налаживаемой
квартальной системе.
6
ГОД
Q Г . В  1,3 m 55  t х. з n0   (350  n0 )(55  t  )10
где  - норма расхода воды при температуре 55 °С на одного жителя, рекомендуется
принимать 120 л/сут.; m - число жителей в квартале; tx3, txП -температура холодной
(водопроводной) воды, °С, соответственно зимой и летом (при отсутствии данных
принимают равными зимой 5 °С, летом 15 °C);  - коэффициент, учитывающий снижение
cpеднечасового расхода воды на горячее водоснабжение летом по отношению к
отопительному сезону (при отсутствии данных должен приниматься равным 0,8, а для
курортных и южных городов - 1); n0 -продолжительность отопительного периода, сут.; 350
- количество дней роботы системы горячего водоснабжения в году; 1,3 - коэффициент,
учитывающий расход тепла на циркуляцию (потери тепла трубопроводами системы,
теплоотдача полотенцесушителями).
ИЗОЛЯЦИЯ СТОЯКОВ, ПРОЛОЖЕННЫХ В КАНАЛАХ
САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ КАБИН И ПОДВАЛАХ
В стоимости горячей воды 90 % приходится на стоимость тепловой анергии, а
стоимость самой воды составляет только 10 %, поэтому экономии тепловой энергии в
системах горячего водоснабжения должно уделяться первостепенное внимание. Расходы
тепловой энергии на циркуляцию, складывающиеся из потерь тепловой энергии
изолированными магистралями, неизолированными стояками и расхода тепловой энергии
на отопление ванных комнат, составляют 30 - 40 % расходов тепловой энергии на горячее
водоснабжение. Расход тепловой энергии на отопление ванных комнат составляет 25 %
расхода тепловой энергии на циркуляцию, а остальные 75 % должны рассматриваться как
потери.
Потери тепловой энергии в системах горячего водоснабжения могут быть уменьшены
при устройстве тепловой изоляции стояков в подвалах и технических каналах
сантехкабин. Осуществление тепловой изоляции стояков в эксплуатируемых зданиях
приведет к повышению температуры воды у водоразборных кранов и к уменьшению
сливов охлажденной воды в начале водоразбора. Стояк, проложенный в техническом
канале сантехкабины, изолируется полностью. Стояки, проложенные открыто в
совмещенном санузле, изолировать не рекомендуется.
В качестве тепловой изоляция для стояков системы горячего водоснабжения
рекомендуется конструкция, состоящая из двух слоев: теплоизоляционного из
минеральной ваты в виде мата толщиной 30 - 60 мм, укрепляемого на трубе оцинкованной
проволокой; покровного, в качестве которого могут быть использованы фольгоизол,
укладываемый на тепловую изоляцию в виде цилиндров с нахлесткой в продольном (по
образующей) в поперечном швах, соединяемых с помощью шурупов, либо два слоя
пергамина или рубероида, укрепляемых оцинкованной проволокой.
Годовая экономия тепла в системе при проведении работ по изоляции стояков
определится по формуле
ГОД
QЭГОД  QНЕИЗ
где  - КПД тепловой изоляции (рекомендуется принимать при изоляции из
ГОД
минеральной ваты толщиной 30 мм равным 0,6, а при толщине 60 мм - 0,8); Q НЕИЗ - потеря
тепла в системе неизолированными трубопроводами в год, определяется в зависимости от
удельных теплопотерь, протяженности неизолированных стояков и числа часов работы
системы в году.
ВЫКЛЮЧЕНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАСОСОВ НА НОЧЬ
В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД
Циркуляция воды в системе горячего водоснабжения осуществляется с целью
обеспечении установленной правилами температуры горячей воды во всех точках
водоразбора. Однако в ночное время во многих системах расход воды практически
отсутствует.
Экономия тепла, расходуемого на циркуляцию, может быть достигнута за счет
выключения циркуляционных насосов на ночь в теплый период года. Выключение
циркуляционного насоса в ночное время не лишает возможности пользоваться горячей
водой и приводит к значительной экономии тепла за счет уменьшения потерь тепловой
энергии в большинстве стояков, в которых водоразбор отсутствует.
Во избежание замораживания трубопроводной системы на чердаках выключать насосы
рекомендуется только при температуре наружного воздуха выше 3 С. Время включения и
выключения циркуляционного насоса определяют для каждого ЦТП по времени
окончания и начала фактического водоразбора. Включать насос следует примерно за час
до начала водоразбора. Время начала и окончания водоразбора в системе может быть
определено по показаниям водомера, установленном на трубопроводе перед
подогревателем горячего водоснабжения. В кварталах, где проживает значительное
количество людей, работающих посменно, т.е. имеет место значительное потребление
воды в течение всей ночи, выключать циркуляционные насосы не рекомендуется. Во всех
случаях решение о выключении циркуляционных насосов на ночь в теплый период года
нужно согласовывать с райисполкомом.
Процесс включения и выключения циркуляционных насосов должен быть
автоматизирован. Импульс на включение и выключение насосов поступает на магнитный
пускатель от реле времени. Схема включения реле времени в электрическую цепь
магнитного пускателя электродвигателя приведена в инструкции, прилагаемой заводомизготовителем. При наличии на ТП дежурного персонала включать и выключать насосы
на первом этапе следует вручную. Постепенно этот процесс должен быть
автоматизирован.
Экономию тепла в системе горячего водоснабжения от ЦТП при выключении
циркуляционных насосов на ночь в теплое время года допускается укрупненно определять
по зависимости
Qэ = кТQц
ккал/год,
где к - количество дней в году, когда выключаются насосы; Т - время, на которое
включаются циркуляционные насосы на ночь, уменьшенное на 1,5 ч (если насосы
выключаются на 5,5 ч, то Т принимается равным 4); Qц - часовой расход тепловой энергии
на циркуляцию:
Qц = nqэт,
где n - число квартир, обслуживаемых системой; qэт - теплопотери этажестояком с
учетом доли потери тепла в магистрали. Для систем с прокладкой стояков в каналах
сантехкабин рекомендуется принимать равным 230 - 250 ккал/ч.
Решение о выключении циркуляционных насосов на ночь следует обязательно
согласовать с теплоснабжающей организацией (котельной, ТЭЦ) в целях внесения
последней определенных корректив в режим отпуска теплоты.
УВЕЛИЧЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ
СИСТЕМЫ
Значительные потери тепловой энергии в системах горячего водоснабжения имеют
место в результате отсутствия тепловой изоляции на части трубопроводов и
недостаточной тепловой изоляции другой части трубопроводов системы.
Конструкция и толщина изоляционного слоя тепловой изоляции должна определяться
на основании технико-экономических расчетов исходя из стоимости материалов и затрат
труда на теплоизоляционную конструкцию и стоимости тепловой энергии. Применяемая в
настоящее время конструкция и толщина тепловой изоляции была обоснована очень
давно и в течение последних, примерно двухдесятилетий не претерпела изменений, в то
время как стоимость тепловой энергии постоянно возрастала.
В общем случае годовые расходы в эксплуатации будут складываться из стоимости
тепловой изоляции, отнесенной к году эксплуатации, и потерь тепловой энергии. Для
принятого типа изоляции по мере увеличения толщины теплоизоляционного слоя
уменьшаются тепловые потери и, следовательно, расход топлива на выработку тепловой
энергии, но одновременно возрастает стоимость тепловой изоляции. Наиболее
экономичным будет вариант, когда суммарные годовые расходы на изоляцию и на потери
тепловой энергии будут минимальными, т.е.
Qzт + EнКиз = min,
где Q - годовые теплопотери, Гкал/год; zт - стоимость тепла, руб/Гкал;
Киз - начальная стоимость изоляции, руб.; Eн - нормативный коэффициент
экономической эффективности, в расчетах рекомендуется принимать равным 0,15.
Минимальные суммарные годовые расходы позволяют определить экономическую
толщину изоляции. Экономическая толщина изоляции может быть определена
графическим методом. Для этого вычисляют стоимость годовых потерь при различной
толщине изоляции для определенной стоимости тепловой энергии, а также определяют
годовые отчисления от начальной стоимости тепловой изоляции при различной ее
толщине. Построение соответствующих кривых и на их основе кривых суммарных
расходов для различных толщин изоляции и стоимости тепловой энергии с учетом
условий прокладки трубопроводов позволит определить экономическую толщину
тепловой изоляции для каждого конкретного случая.
В настоящее время наибольшее распространение для трубопроводов систем горячего
водоснабжения имеет теплоизоляционная конструкция, состоящая из слоя минеральной
ваты и асбестоцементной штукатурки.
В этом случае тепловые потери трубопроводами определяют по формуле:
t  tH
qe 
'
d из
d из''
1
1
1

l



l


n
n
'
''
'
2из
d н 2из
d из  нd из'' ;
где t - температура теплоносителя, С; tн - температура окружающего воздуха, С; из
- коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, ккал/(чмС), для минеральной
ваты из = 0,05; из - коэффициент теплопроводности асбестоцементной штукатурки
рекомендуется принимать равным 0,09; dн - наружный диаметр трубы, м; dиз - наружный
диаметр слоя минеральной ваты, м; dиз - наружный диаметр слоя асбестоцементной
штукатурки, м; н - коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий
воздух, ккал/(чм2С).
Так как термическое сопротивление от наружной поверхности тепловой изоляции к
воздуху невелико по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, поэтому для
расчета тепловых потерь трубопроводами системы горячего водоснабжения
рекомендуется принимать n=9 ккал/(чм2С).
Годовые потери тепла в окружающую среду изолированными трубами определяются
по зависимости
Q  qe  s  n  10 6
Гкал/год.м
где S - количество дней функционирования системы в году, в расчетах принимается
равным 350;
n - количество часов функционирования системы в сутки, принимается равным 24.
Стоимость потерь тепловой энергии 1м изолированной трубы определяется по формуле
S = Q  zт
Затраты на тепловую изоляцию складываются из затрат на материалы, необходимые
для тепловой изоляции, и затрат на рабочую силу. Стоимость материалов принимаются в
соответствии с действующими прейскурантами, а стоимость рабочей силы по единым
нормам и расценкам.
При тепловой изоляции из минеральной ваты расход ее на 1м трубопровода с учетом
коэффициента уплотнения, равного 1,5, может определяться по формуле


   d н2 м3/м
V  1,18 d из
2
Проведенными в Академии расчетами показано, что применяемая в настоящее время
тепловая изоляция трубопроводов систем горячего водоснабжения является
недостаточной, что приводит к значительным потерям тепловой энергии.
Наличие большого диапазона изменения экономической толщины изоляции,
определяемого условиями прокладки трубопровода, стоимостью тепловой энергии и
стоимостью теплоизоляционного материала, требует проведения технико-экономических
расчетов для определения этой толщины в каждом конкретном случае.
Исходя из полученных результатов, с учетом некоторого подорожания
теплоизоляционных материалов за счет повышения цен на топливо, при стоимости
энергии 10 руб/Гкал (стоимость тепловой энергии определена по замыкающим затратам
на топливо в соответствии с письмом АБ-170-20/4 от 11.01.79 г. Госстроя СССР и для
Москвы составляет 10 руб/Гкал) могут быть рекомендованы следующие толщины (мм)
основного слоя тепловой изоляции из минеральной ваты:
для стояков системы, проложенных в каналах сантехкабин и подвалах зданий - 60;
для трубопроводов подающих и циркуляционных линий, проложенных в подвалах
зданий и непроходных каналах, диаметром до 125 мм - 70;
для трубопроводов подающих и циркуляционных линий, проложенных в подвалах
зданий и непроходных каналах, диаметром от 150 до 300 мм - 100;
для трубопроводов всех диаметров подающих и циркуляционных линий, проложенных
в коллекторах, - 50.
Годовая экономия тепла в системе при проведении работ по усилению тепловой
изоляции трубопроводов определится по формуле.
ГОД
QЭГОД  ( 2  1 )QНЕИЗ
,
где 1 - КПД существующей тепловой изоляции;  2 - КПД усиленной тепловой
изоляции.
Пример. Определить экономическую толщину тепловой изоляции из минеральной
ваты с асбестоцементной штукатуркой для трубопровода системы горячего
водоснабжения, проложенного в подвале здания.
Исходные данные:
d   150 мм; d H  159; t  600 C; t H  100 C;
'ИЗ  0,05ккал /(ч  м 0 С ); "ИЗ  0,09ккал /(ч  м 0 С );
 H  9ккал /(ч  м 2 0 С ) ; m  350; n  24;  m  10 руб / Гкал
Принимаем для построения графика изоляцию толщиной 30, 60, 90, 120, 150 и 180 мм,
'
тогда d ИЗ будет равно 219, 279, 339, 399, 459 и 519 мм, и соответственно при толщине
''
асбестоцементной штукатурки 10 мм d ИЗ равно 239, 299, 359, 419, 479 и 539 мм.
По формулам, приведенным на стр. 10, определяем часовые и годовые потери тепловой
энергии.
После расчетов по указанным формулам имеем соответственно годовые потери тепла:
0,32; 0,21; 0,16; 0,14; 0,12; 0,11 Гкал/год м и при стоимости тепла 10 руб/Гкал стоимость
тепловых потерь: 3,2; 2,1; 1,6: 1,4; 1,2; 1,1 руб/(год.м)
Для принятых толщин тепловой изоляции расход ее составит: 0,027; 0,062; 0,106; 0,158;
0,219; 0,288 м3/м.
При стоимости тепловой изоляции в деле 40 руб/м3 капитальные затраты составят: 1,08;
2,48; 4,24; 6,32; 8,76; 11,52 руб/м, а капитальные затраты, отнесенные к году
эксплуатации, при ЕН = 0,15 - 0,16; 0,37; 0,64; 0,95; 1,31; 1,73 руб/м.
По результатам расчетов строятся кривые (рисунок) определения экономической
толщины изоляции. По минимуму кривой 3 находится экономическая толщина тепловой
изоляции. В данном случае она составляет 100 мм.
Толщина изоляции, мм
Определение экономической толщины-изоляции:
1 - стоимость тепловых потерь; 2 - стоимость капитальных затрат; 3 - суммарная кривая
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
С целью уменьшения потерь тепловой энергии и увеличения срока службы
трубопровода за счет уменьшения внутренней коррозии системы в соответствии со СНиП
II-34-76, температуру горячей воды в местах водоразбора для систем централизованного
горячего водоснабжения, присоединенных к закрытым системам теплоснабжения, следует
поддерживать на уровне 50 °С. Для этой цели обязательны: установка регуляторов
температуры у подогревателей горячего водоснабжения, постоянный контроль за их
функционированием, своевременная регулировка, ремонт и замена вышедших из строя.
Температура горячей воды на выходе из водонагревателя горячего водоснабжения
выбирается исходя из условия обеспечения нормативной (50 °С) температуры воды в
местах водоразбора. Если циркуляционный расход в системе был определен исходя из
перепада температур 10 °С, то регулятор температуры должен быть настроен на 60 °С.
Повышение температуры воды в системе на 1 °С приводит к увеличению потерь тепловой
энергии трубопроводами на 3 % и усилению процесса внутренней коррозии трубопровода.
Контроль за расходом горячей вода рекомендуется осуществлять в местах нагрева воды
в ЦТП и ИТП. С целью анализа причины увеличения расхода воды, оперативной
ликвидации утечек, возникающих в результате коррозионного повреждения
трубопровода, неисправности водоразборной арматуры и др., рекомендуется проведение
ежесуточного контроля за расходом воды путем снятия показаний холодноводного
водомера, установленного на водопроводной линии перед первой ступенью водоводяного
подогревателя в ЦТП или ИТП. Там, где такие водомеры отсутствуют, необходима их
установка, своевременная проверка и замена вышедших из строя.
На тепловом пункте должна быть ведомость, в которую заносят расход воды за сутки,
определенный по показаниям водомера. Полученный материал анализируется, при
увеличении расхода воды должны выявляться причины этого увеличения.
Нерациональный расход горячей воды в системах горячего водоснабжения может быть
значительно снижен при повышении уровня эксплуатации. Только в результате износа и
несвоевременной замены прокладок в водоразборной арматуре наблюдаются
значительные по величине утечки воды из системы. Необходимо организовать
периодические осмотры состояния водоразборной арматуры во всех квартирах,
своевременно заменять прокладки в арматуре, обеспечивающие плотность закрытия
кранов, и вышедшую из строя арматуру. Для уменьшения мгновенного расхода воды
рекомендуется перед кранами устанавливать шайбы, предусмотренные проектом системы
и рассчитанные на гашение избыточного напора на высоте здания. Необходимо
осуществлять постоянный контроль за состоянием трубопровода и тепловой изоляции в
подвалах зданий, своевременно производить ремонт тепловой изоляции и устранять
утечки воды в местах коррозионных повреждений трубопровода во фланцевых
Уменьшение потерь воды может быть достигнуто за счет снижения давления воды в
системе. Для гашения избыточного давления в системе рекомендуется установка
регуляторов давления “после себя” на подающем трубопроводе за подогревателем
горячего водоснабжения. Рабочее давление за регулятором давления определяется из
условия обеспечения подачи воды на верхний этаж наиболее высокого здания,
подключенного к системе, свободного напора у водоразборного крана верхнего этажа в
компенсации потерь напоре в трубопроводах в часы максимального водоразбора. Напор,
необходимый для подачи воды на верхний этаж самого высокого здания, подключенного
к системе, определяется как произведение высоты этажа на число этажей этого здания.
Свободный напор у водоразборного крана верхнего этажа должен быть не менее 2 м.
Потери напора в трубопроводах могут предварительно приниматься от 5 до 10 м в
зависимости от протяженности системы и степени зарастания трубопроводов. Так как
последняя составляющая суммарного напора является величиной неопределенной, то
давление за регулятором корректируется на основании опыта эксплуатации.