ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ ГВС ДЕЛОВОГО ЦЕНТРА ПРИ РЕНОВАЦИИ ПРОМЗОНЫ
Особенностью данного проекта является реконструкция системы теплоснабжения, обслу- живающей комплекс зданий делового центра, создаваемого в рамках реновации территории промышленного предприятия. Часть производ- ственных мощностей была выведена за пределы города, и освободившиеся площади были пере- оборудованы под офисы. Также были возведены несколько новых корпусов.
Для теплоснабжения делового центра была запроектирована и смонтирована водогрейная автоматизированная котельная с четырехтрубной схемой теплоснабжения.
Согласование увеличения лимитов потребле- ния топлива – процедура длительная по времени. Принимая во внимание этот факт, для ускорения запуска комплекса в эксплуатацию было принято решение оставить выделенные лимиты без увели- чения. В то же время при проектировании необхо- димо было учесть, что нагрузка на систему тепло- снабжения значительно изменилась. Во вновь запроектированных зданиях были предусмо- трены системы вентиляции, потребляющие боль- шую часть тепловой нагрузки котельной, а рас- ход тепла на горячее водоснабжение резко возрос в связи со значительным потреблением горя- чей воды пищеблоками и со значительно возрос- шим числом людей, одновременно находящихся на территории делового центра.
Ввиду изложенных выше факторов не пред- ставлялось возможным установить пластинча- тый теплообменник, обеспечивающий пиковые расходы в системе ГВС. Оптимальным решением стало уменьшение тепловой мощности тепло- обменника, отбираемой от котельной на тепло- снабжение систем ГВС в результате сведения расчетного расхода воды через теплообменник ГВС к среднесуточному, а для компенсации пико- вых расходов было предложено установить бак- накопитель.
Объем бака-аккумулятора рассчитан таким образом, чтобы погасить пиковые расходы водопотребления имеющимся в баке запасом горячей воды, приготовленной во внерабочее время и в часы минимального водопотребления в системе ГВС.
Основное преимущество такой системы заключается в том, что в нерабочее время, при тепловой нагрузке на теплообменник ГВС, состав- ляющей 20–30% от пиковой, из нижней части бака забирается холодная вода с более высокой плотностью, прокачивается через теплообменник нерегулируемым насосом с низкими параметрами производительности, рассчитанными только на прокачку требуемого расхода воды через
теплообменник, после чего горячая вода посту- пает в верхнюю часть бака-аккумулятора.
Из-за того что плотность горячей воды зна- чительно ниже холодной, активного смешивания практически не происходит, что повышает эффек- тивность работы теплообменника. Таким обра- зом, за ночь имеющийся в баке запас холодной воды постепенно прогревается. Днем, в часы мак- симального водопотребления, основной объем горячей воды будет забираться из бака-аккумуля- тора, который в свою очередь будет постепенно заполняться холодной водой от наружного водо- провода, и лишь небольшая часть требуемого рас- хода будет обеспечиваться за счет приготовления горячей воды с помощью теплообменника.
Поскольку насос, прокачивающий воду через теплообменник по контуру бака-аккумулятора, нерегулируемый, расход воды через теплообмен- ник остается постоянным. Но при снижении водо- потребления в течение значительного периода времени, например в выходные дни, возможна ситуация, когда практически весь бак будет заполнен горячей водой. При этом следует учи- тывать наличие циркуляционного расхода, кото- рый обеспечивает постоянную подачу в бак воды с температурой 40 °C, и если в расчетном режиме нагреваемый контур теплообменника работает по графику 60 °C, то в ситуации, когда бак запол- нен горячей водой, температура воды на входе в теплообменник может превышать 40 °C.
Система автоматики котлов настроена таким образом, чтобы поддерживать постоянную тем- пературу греющего контура в зависимости от температуры наружного воздуха, соответ- ственно при повышении температуры в обратной магистрали свыше 40 °C может возникнуть сле-
дующая ситуация:
• температура воды на выходе из теплообмен-
ника ГВС превысит 60 °C;
• вырастут температура и давление в греющем
контуре из-за недостаточного охлаждения.
Такая ситуация недопустима, так как создает опасность для потребителей ГВС и приводит к снижению эффективности работы тепломеханического оборудования котельной, а также создает угрозу срабатывания защитных устройств котельного оборудования, что может привести к аварий- ной остановке котельной.
Для предотвращения такой ситуации необходимо предусмотреть автоматическое поддержание температуры горячей воды на выходе из теплообменника ГВС. Регулирование осущест- вляется путем изменения температуры теплоно- сителя на подающей линии греющего контура. Теплообменник подобран таким образом, чтобы в расчетном режиме, при работе нагреваемого
контура по графику 5/60 °C, на вход греющего контура подавался теплоноситель с максимальной температурой. При увеличении температуры воды на входе в нагреваемый контур количество тепла, передаваемого воде для нагрева ее до тем- пературы 60 °C, необходимо ограничивать. Это возможно осуществить двумя способами:
• качественное регулирование теплоносителя,
• количественное регулирование теплоноси-
теля.
Качественное регулирование подразумевает изменение температуры теплоносителя греющего контура, в то время как количественное – изменение расхода теплоносителя.
В рассматриваемом случае применен метод качественного регулирования как более эффективный и более приемлемый с точки зрения гидравлической стабильности системы.
Суть метода заключается в том, что при уве- личении температуры на выходе нагреваемого контура свыше 60 °C к теплоносителю, поступа- ющему от котлов, подмешивается теплоноситель из обратного трубопровода, за счет чего снижается температура на входе в греющий контур теплообменника и нормализуется температура нагреваемого контура. Смешение осуществляется посредством трехходового клапана с электропри- водом, который управляется центральным кон- троллером по датчику температуры воды в подающей линии ГВС.
Задача поддержания требуемого давления в системе ГВС в конкретном случае решена путем установки автоматической станции поддержания давления. По требованию нормативных документов давление воды перед нижним водоразборным прибором не должно превышать 0,4 МПа. В часы минимального водопотребления возможно превышение заданного давления из-за избыточной мощности насоса, однако при максимальном расходе в распределительной сети будут иметь место гидравлические потери давления в трубо- проводах, что в некоторых случаях может приве- сти к значительному снижению давления воды перед водоразборным прибором. Возможны два пути решения данной проблемы:
• увеличение диаметров труб и водопроводной арматуры для снижения потери и увеличения циркуляционного расхода,
• установка устройств частотного регулирова- ния электродвигателей насосов.
С точки зрения энергоэффективности и эконо-
мической целесообразности более привлекатель- ным является второй путь.
Принцип работы такой системы следующий. В часы минимального водопотребления насос используется лишь для перекачивания циркуля- ционного расхода, блок частотного регулирова- ния поддерживает минимальное количество обо- ротов электродвигателя насоса, достаточное для поддержания заданного давления в сети. При росте водопотребления давление в сети начнет снижаться, при этом частотный регулятор будет увеличивать обороты электродвигателя насоса таким образом, чтобы давление на входе в сеть
превышало расчетное на величину роста гидрав- лических потерь давления в сети при этом рас- ходе. Эту зависимость можно построить опытным путем таким образом, чтобы давление у потре- бителей никогда не превышало 40 м вод. ст. при любых, имеющих место расходах.
Циркуляция горячей воды осуществляется за счет разности давлений в сети и баке-аккумуляторе. В конкретном случае давление в баке- аккумуляторе соответствует давлению в хозяйственно-питьевом водопроводе и составляет 20 м вод. ст. Такого перепада достаточно, чтобы обеспечить регулирование циркуляционного расхода двумя последовательно установлен- ными регулятором температуры и ограничителем расхода. В нерабочее время, когда через систему проходит циркуляционный расход, а давление в системе сохраняется высоким, расход будет поддерживаться ограничителем, а в период, когда происходит интенсивный водоразбор и вода практически не остывает в подающих магистралях, регулятор температуры предотвращает поступление в бак воды с температурой свыше 40 °C, чем обеспечивает эффективность работы насосной станции.