Экономия тепла в теплоснабжении Экономия тепла в теплоснабжении
C.O.K. N 9 | 2010г. Рубрика: ОТОПЛЕНИЕ И ГВС
И.Ф. ЛИВЧАК, д.т.н.
Анализируя научно-технический прогресс второй половины XX века в области теплоснабжения, можно констатировать существенные достижения в развитии систем централизованного теплоснабжения, новых систем отопления и отопительных приборов в бывшем СССР. Но совершенствования местного отопления и эксплуатации систем теплоснабжения, научно-технический прогресс в то время, увы, почти не коснулся. Рассмотрим ситуацию с отоплением в то время подробнее.
Большая часть жилых и гражданских зданий в то время еще не была присоединена к централизованному теплоснабжению, и значительная часть их (сельские населенные места, малые города) так и не будет подключена в перспективе. О необходимости уделения большего внимания эксплуатации систем теплоснабжения по сравнению с вопросами их сооружения говорил тот факт, что доля нового жилищно-гражданского строительства, вследствие его большой интенсивности в 1950–1970 гг., существенно уменьшилась по отношению к существующему фонду. Так, например, объем нового жилищного строительства в городах и поселках за 1955–1960 гг. по отношению к существующему в 1955 г. жилому фонду в стране составлял 87 %, а объем строительства за 1965–1970 гг., соответственно, к 1965 г. — уже 24 %.Рассмотрим основные недостатки в эксплуатации систем теплоснабжения того времени, вытекающие из указанного отставания, и пути их устранения на основе достигнутого в те годы уровня технического прогресса, а также дадим примерную оценку экономической эффективности мероприятий по устранению этих недостатков. Для разрешения поставленной задачи необходимо дать в масштабе страны хотя бы примерную количественную оценку потребителей тепла по видам и способам обеспечения теплом этих потребителей, а также по видам расходуемого на эти цели топлива и трудозатратам, связанным с его сжиганием. Применительно к 1970 г. она приведена в табл. 1, из которой видно, что на теплоснабжение жилых и гражданских зданий в то время расходовалось около 43 % всей выработанной в стране тепловой энергии, в городах и рабочих поселках приходится 64 %, в сельских населенных местах — 36 %. Если в городах и рабочих поселках жилые и гражданские здания преимущественно обеспечивались теплом от котельных и ТЭЦ, то в целом по стране наибольшая доля тепла, расходуемого на теплоснабжение жилых и гражданских зданий, вырабатывалась отопительными печами (43 %).Суммарный расход топлива по видам источников теплоснабжения по тому времени представлен в табл. 2. Ее данные показывают, что общий расход топлива на теплоснабжение жилых и гражданских зданий составлял 27 % общего количества топлива (в виде угля, газа, дров, торфа и сланцев), добытого в 1970 г. и составлявшего 720 млн т.у.т. [2]. Большая часть топлива, израсходованного на жилые и гражданские здания (82,2 %) в 1970 г., сжигалась в отопительных печах, котельных и квартирных генераторах тепла.
Затраты на теплоснабжение жилых домов были примерно одинаковы с затратами на их ремонт и составляли в общих эксплуатационных расходах наибольшую долю (по статистическим данным, более 26 %). Стоимость тепла, затрачиваемого на теплоснабжение жилых и гражданских зданий, например, Москвы, составляла ежегодно 200–250 млн руб., тогда как стоимость расходуемой в них водопроводной воды составляла 30–35 млн руб. в год. Эффективность работы отопительных печей, котельных и квартирных генераторов зависит от вида сжигаемого топлива. Если удельный вес основных видов топлива, используемых для обеспечения коммунально-бытовых нужд населения, принять по Советскому Союзу таким же, как в РСФСР в 1970 г., то количество сожженного в 1970 г. топлива составит: уголь — 77,3 млн, газ — 23,3 млн, дрова — 36,8 млн и прочие виды — 19,8 млн т.у.т.
В отличие от ТЭЦ и крупных котельных централизованного теплоснабжения, сжигание топлива в отопительных печах и котельных требует больших трудозатрат. Эти трудозатраты на обслуживание отопительных печей в городах и рабочих поселках, по ориентировочным расчетам, составляли 135 млн, а в сельских населенных местах — 295 млн человекодней. Количество рабочих, занятых обслуживанием котельных (преимущественно сезонная работа на полгода), составляло 600 тыс. человек. За счет появления новых небольших котельных с чугунными котлами, количество рабочих, обслуживающих котельные, ежегодно возрастало на 40–45 тыс.
С развитием жилищно-гражданского строительства росли расходы тепла, топлива и трудозатраты. Для уменьшения напряженности топливного баланса страны необходимо было проведение мероприятий, которые позволили бы уменьшить расходы тепла и топлива на теплоснабжение жилых и гражданских зданий. Первым таким мероприятием являлось дальнейшее развитие крупного централизованного теплоснабжения и, в частности, теплофикация жилых и гражданских зданий, поскольку при этом не только уменьшался расход топлива на выработку единицы тепловой энергии на 20–30 %, но и сокращался расход рабочей силы и загрязнение воздушной среды. Однако, крупные системы централизованного теплоснабжения и особенно теплофикации не могли применяться везде, т.к. многие города и рабочие поселки СССР имели недостаточные плотность застройки и тепловые нагрузки [1].
Крупные системы централизованного теплоснабжения были мало применимы и в сельской населенной местности. Источниками теплоснабжения, например, в 1980 г. там были, в основном, сравнительно малые котельные с котлами поверхностью нагрева до 80 усл. м2, квартирные генераторы тепла и отопительные печи. В отличие от развитых зарубежных стран мы использовали (и используем сейчас) отопительные печи периодического, а не длительного горения, которые имеют КПД выше на 10–16 %, требуют для своего обслуживания в два-три раза меньше времени и занимают меньше места в отапливаемых помещениях, поддерживая в них равномерную температуру. Кроме того, эти печи производятся индустриально и при массовом применении обходятся дешевле.
Еще целесообразнее было применять уже тогда вместо отопительных печей квартирное отопление, при котором легко осуществляется и горячее водоснабжение квартиры. В то время были еще несовершенны отопительные котлы для небольших котельных, которые выпускались в нарастающем количестве. Особенно плохо обстояло дело с котлами, работающими на твердом топливе при ручном обслуживании: коэффициент полезного действия их в эксплуатации оказывается равным лишь 50–55 %.О неблагополучии с выработкой тепла в домовых и групповых котельных говорила высокая его себестоимость (за счет больших затрат на обслуживающий персонал), которая в котельных на твердом топливе мощностью до 2 Гкал/ч составляла не менее 10 руб/Гкал, а в малых котельных мощностью до 0,5 Гкал/ч доходила аж до 42 руб. (при стоимости тепла, отпускаемого от централизованного теплоснабжения, в среднем 4–5 руб/Гкал).
Для повышения коэффициента полезного действия небольших котельных, снижения стоимости вырабатываемого ими тепла и облегчения труда кочегаров, сжигающих в этих котельных твердое топливо, была необходима механизация топливоподачи и золошлакоудаления. Например, уже тогда на «условном Западе» (в ЧССР) эксплуатационный теплотехнический КПД составлял 75 %, а штат котельной производительностью до 5 Гкал/ч не превышал двух человек [3]. Основной причиной, сдерживающей применение отопительных котлов с механизированной топливоподачей, а также квартирного отопления и отопительных печей длительного горения, являлся тот факт, что в них сжигалось, в основном, твердое несортированное топливо, подачу которого невозможно было надежно и эффективно механизировать. Развивающееся в те годы газоснабжение и перевод котлов на газообразное топливо в некоторой степени изменили это положение, оно улучшилось в связи с выделением на отопление и коммунально-бытовые нужды печного жидкого дистиллятного топлива.
Новые здания и существующие, если они не присоединялись к централизованному теплоснабжению, должны были быть обеспечены оптимальным для данного района топливом с механизированной подачей его в генераторы тепла. Таким топливом являются, как известно, газ, жидкое топливо, различные виды сортированного и облагороженного угля и антрацита, брикетированное топливо и сжиженный газ, который по цене в то время приближался к печному жидкому дистиллятному топливу, а по качеству (отсутствие серы, простота и удобство сжигания) значительно превосходил его. На путь облагораживания топлива для малых генераторов тепла встали тогда многие страны. Например, в бывшей ГДР запрещалось сжигать без предварительного брикетирования добываемый недостаточно хороший уголь на расстоянии более 100 км от места добычи [4].
Для установления оптимальных видов топлива для того или иного района целесообразно было при разработке проектов районных планировок разрабатывать вопросы теплоснабжения и топливоснабжения, включая все здания, в т.ч. не присоединяемые к централизованному теплоснабжению. Промышленность должна была выпускать котлоагрегаты и местные генераторы тепла, рассчитанные на соответствующие виды топлива. Во многих случаях, в т.ч. и при твердом топливе, которое может поступать из бункера в топку по мере прогорания под тяжестью собственного веса, эти генераторы тепла не потребовали бы каких-либо дополнительных механизмов.
Если жилые здания не имели центрального отопления, то вместо печей на том этапе развития техники целесообразно было применять квартирные системы теплоснабжения. Постепенный переход на генераторы тепла с механической подачей топлива в них должен был происходить не только в строящихся, но и в существующих зданиях, в частности, в тех, которые подвергались капитальному ремонту и реконструкции. Это обуславливалось целесообразностью снабжения тем или иным видом топлива, пригодного для его механической подачи в генераторы тепла (жидкое, сортированное и облагороженное твердое топливо) по территориальным районам, необходимостью организации в этих районах специальных территориальных складов для хранения топлива, транспортировки топлива потребителям и службы по ремонту генераторов тепла.
Целесообразность указанного изменения технической политики в области топливоснабжения и теплоснабжения жилых и гражданских зданий, не присоединяемых к централизованному теплоснабжению, подтверждалась экономическими соображениями. Так, если бы вместо отопительных печей в 1970 г. потребители обслуживались квартирными генераторами тепла с механической подачей в них топлива (имеющими КПД выше, чем у печей, на 18 %), а котельные работали бы на высокосортном топливе с механической подачей в топку (что повысило бы их КПД на 12 %), то годовой расход топлива по стране, согласно расчетам, уменьшился бы на 23–25 млн т.у.т., что при стоимости одной тонны условного топлива в 13 руб. дало бы годовую экономию 300–352 млн руб. Кроме того, количество рабочих, занятых обслуживанием котельных, уменьшилось бы на 300 тыс. человек (их зарплата составляла около 145 млн руб. в год), а трудозатраты населения на отопление квартир — на 300 млн человекодней (что может быть оценено в 600 млн руб.).
Учитывая, что переход на применение сортированного и облагороженного топлива мог дать существенное уменьшение его расхода, целесообразно было рассмотреть вопрос о направлении части капиталовложений не на увеличение добычи топлива, а на улучшение его качества. Затраты средств на облагораживание одной тонны условного топлива угля, антрацита с учетом транспорта, как правило, были в несколько раз меньше, чем на их добычу, а капиталовложения в строительство обогатительных фабрик также оказываются гораздо меньшими, чем на строительство угольных шахт. При развивающемся в то время централизованном теплоснабжении жилых и гражданских зданий имелись большие резервы экономии тепла, использование которых при отоплении зданий чаще всего сочеталось с улучшением его действия и микроклимата в отапливаемых помещениях.
Основной недостаток работы, в частности, крупных систем централизованного теплоснабжения, являющийся главной причиной неэкономного расходования тепла в них, состоял в том, что огромное количество присоединенных к нему потребителей тепла, имеющих свой (в каждом случае особый) режим теплопотребления, практически было лишено возможности регулирования теплоподачи. Это положение усугублялось тем, что системы централизованного теплоснабжения подавали тепло не только для отопления и вентиляции, но и для горячего водоснабжения, хотя режимы теплопотребления этих систем были совершенно различны.
Центральное регулирование на источнике тепла вынуждено было ориентироваться на удовлетворение всех потребителей. В холодное время отопительного периода такими потребителями являлись наиболее неблагоприятные помещения с большими удельными теплопотерями, причем без внутренних тепловыделений и теплопоступлений от солнечной радиации. В теплое время отопительного периода (30–35 % его продолжительности) такими потребителями являлись системы горячего водоснабжения. В результате имел место значительный перетоп огромного количества помещений, вследствие чего температура в них превосходила оптимальную, что вредно влияло на здоровье людей. Чрезмерный перегрев помещений снимался проветриванием их через окна и форточки, что, в свою очередь, приводило к недопустимой сухости воздуха, также вредно отражавшейся на здоровье людей.
Указанный недостаток в работе систем централизованного теплоснабжения можно было ликвидировать [5], автоматизировав подачу тепла в каждое здание, с пофасадным регулированием, позволяющим учесть различное действие на противоположные фасады ветра и солнечной радиации. Если бы эта автоматизация, дающая экономию тепла не менее 10 %, была бы осуществлена на всех объектах, присоединенных к централизованному теплоснабжению, то в 1970 г. на них было бы израсходовано тепла меньше на 8,5 млн Гкал.
Определенную экономию тепла можно было бы получить, систематически снижая температуру воды в отопительных системах не работающих ночью гражданских зданий (учебные заведения, административные здания, театры, кино, клубы и т.п.). Если считать, что в среднем во всех гражданских зданиях эта температура в течение 10 часов в сутки будет снижаться на 4 °C против нормируемой, то общая экономия тепла, подаваемого от ТЭЦ в 1970 г., могла бы составить 1,6 млн Гкал. По гражданским зданиям в городах и рабочих поселках, присоединенным к котельным, экономия тепла при таком режиме эксплуатации могла бы составить в 1970 г. 2,8 млн Гкал.
Уже тогда было известно, что во время сна температуру окружающего воздуха по гигиеническим соображениям желательно иметь на 2–3 °C ниже той, при которой человек бодрствует. По такому температурному режиму эксплуатировались некоторые зарубежные системы централизованного теплоснабжения, например, в ГДР [4]. Успешные опыты по применению такого температурного режима и эксплуатации систем теплоснабжения проводились Ленинградским научно-исследовательским институтом АКХ [6]. Если считать, что в среднем во всех жилых зданиях при применении указанного режима эксплуатации внутренняя температура снижалась бы на 2 °C в течение восьми часов, то экономия тепла по жилым зданиям, присоединяемым к ТЭЦ, составила бы в 1970 г. 1,5 Гкал, а по зданиям в городах и рабочих поселках, присоединенным к котельным, — 3,3 млн Гкал.
Существенное значение в тепловом балансе жилых и гражданских зданий играют бытовые тепловыделения, благодаря которым нормируемая внутренняя температура в зданиях и составляла 18 °C, несмотря на то, что работа отопления заканчивалась при наружной температуре 10 °C и выше.
В применяемом режиме подачи тепла системами центрального отопления указанные тепловыделения не учитывались. Вместе с тем, их можно было использовать для возмещения теплопотерь помещений путем соответствующего уменьшения подачи тепла системой отопления в каждое помещение. Так, если бы тогда удалось (вследствие несовершенства ручного регулирования) использовать бытовые тепловыделения для возмещения теплопотерь помещения хотя бы на 50 %, то экономия тепла по зданиям, присоединенным к ТЭЦ, составила бы в 1970 г. 13,7 млн Гкал, а по зданиям в городах и рабочих поселках, присоединенным к котельным, — 24 млн Гкал.
Анализируя годовые расходы тепла жилыми и гражданскими зданиями от ТЭЦ (табл. 1), можно видеть, что годовой расход тепла на горячее водоснабжение составлял около 50 % всего расхода, причем в основном это тепло на горячее водоснабжение расходовалось в жилых домах. Между тем, доля расхода тепла на горячее водоснабжение в зданиях в городах и рабочих поселках, присоединенных к котельным, была примерно в два раза ниже. Еще ниже была доля расхода тепла на горячее водоснабжение по данным шведских специалистов [7]: для больниц, родильных домов и других лечебных учреждений, а также для жилых домов она составляла всего лишь 10 %. Правомерен ли такой большой расход горячей воды в жилых домах, присоединенных к централизованному теплоснабжению, и чем объяснялась такая большая разница в норме расходуемой горячей воды в жилом доме в зависимости от источника теплоснабжения. Эта норма для ванных, оборудованных душем при системе горячего водоснабжения, составляла 100–130 л/сут.на одного жителя (при температуре 65 °C), а при получении тепла от газовых ванных колонок — всего лишь 27 л. Не являлась ли столь увеличенная норма расхода горячей воды, без учета разбираемой населением по очень низкой цене (с государственной дотацией), следствием бесхозяйственного отношения потребителей, проектантов и эксплуатационников? Необходимо было сокращение рекомендуемой нормы 100–130 л/сут. (10–13 ведер) на одного человека. Так, если бы довести средний расход воды на одного человека до 80 л/сут., то расход тепла на горячее водоснабжение в жилых домах, присоединенных к ТЭЦ, в 1970 г. мог бы быть сокращен на существенные 23 млн Гкал.
Из табл. 3 видно, что реализация мероприятий по экономии тепла могла бы дать в 1970 г. уменьшение годового расхода тепла на 78,4 млн Гкал, что при коэффициенте использования топлива 0,75 соответствует расходу топлива около 15 млн т.у.т. При стоимости одной гигакалории в то время 3,5 руб. экономический эффект от экономии тепла мог бы составить 275 млн руб. в год.
В теплоснабжении от крупных централизованных систем можно получить большую экономию, чем в теплоснабжении от малых котельных. По экономической значимости рассматриваемых мероприятий на первом месте стоит использование бытовых тепловыделений для возмещения теплопотерь путем соответствующего уменьшения подачи тепла отоплением по отдельным помещениям. Именно реализации этого мероприятия должно быть уделено наибольшее внимание. Следует улучшить работу и конструкцию кранов ручной регулировки у отопительных приборов, необходимо раз в год подвергать их профилактическому осмотру (с разборкой) и ремонту.
Для выполнения указанных работ, а также автоматизации подачи тепла, идущего на отопление зданий, присоединенных к централизованному теплоснабжению, снижения температуры воздуха ночью в жилых домах и ряде гражданских зданий, что может быть достигнуто программным регулированием (автоматическим и ручным), необходимо было существенное повышение технического уровня эксплуатации теплоснабжения жилых и гражданских зданий.
Рассмотренные в статье мероприятия по совершенствованию теплоснабжения жилых и гражданских зданий уже в то время не являлись некой неосуществимой новинкой, и если бы они были воплощены в жизнь, могли дать огромный экономический эффект в масштабах всей страны.
1. Корытный В.П. Современное состояние и перспективы развития теплофикации / В.П. Корытный, М.М. Пик // Теплоэнергетика, №4/1972.
2. Юбилейный статистический ежегодник ЦСУ СССР «Народное хозяйство СССР 1922–1972 гг.».
3. Лобков С.А. Механизация топочных процессов в котельных / С.А. Лобков. — Л.: Стройиздат, 1969.
4. Ливчак И.Ф. Особенности отопления, вентиляции и теплоснабжения ГДР / И.Ф. Ливчак, Б.А. Локшин // Водоснабжение и санитарная техника, №12/1970.
5. Ливчак И.Ф. Пути дальнейшего совершенствования техники отопления и централизованного теплоснабжения / И.Ф. Ливчак, С.Ф. Копьев // Водоснабжение и санитарная техника, №9/1969.
6. Столпнер Е.Б. Программный отпуск тепла в системах отопления жилых и общественных зданий. Пути экономии топлива в городском хозяйстве / Е.Б. Столпнер, И.Б. Шоган // Мат. к семинару 5–7.09.1972.
7. Ильин В.П. Вращающиеся тепло и массообменные аппараты для систем вентиляции и кондиционирования воздуха / В.П. Ильин, А.Н. Кеслинь // Водоснабжение и санитарная техника, №10/1972.
Назад |
