РОЛЬ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАФИКОВ В ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

THE ROLE OF TEMPERATURE CHARTS IN OPTIMIZING THE OPERATION OF HEAT SUPPLY SYSTEMS

Pavel Zamyatin

Senior Engineer, Saratov State Technical University named after Gagarina Yu.A.,

Russia, Saratov

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье проведен анализ литературных источников с целью оценки эффективности и экономической выгоды применения температурного графика в системах централизованного теплоснабжения. Автором осуществлен теоретический подход на основе анализа научных публикаций, журнальных статей и нормативных документов РФ, изучены методы построения графиков давления и температурных режимов. Также в ходе исследования выявлены преимущества и недостатки использования температурных графиков, определена энергоэффективность их применения на конкретных участках тепловых сетей. Установлено: оптимизация температурного графика способствует снижению энергопотребления и эксплуатационных затрат, что подтверждает необходимость дальнейшего изучения и внедрения современных методов управления теплоснабжением.

ABSTRACT

Literary sources to assess the effectiveness and economic benefits of using a temperature schedule in district heating systems are analyzed in the article. A theoretical approach based on the analysis of scientific publications, journal articles and regulatory documents of the Russian Federation is used by the author. The study also revealed the advantages and disadvantages of using temperature graphs, and determined the energy efficiency of their use in specific areas of heating networks. The energy efficiency of their application in specific sections of heating networks has been determined. Optimization of the temperature schedule helps to reduce energy consumption and operating costs, which confirms the need for further study and implementation of modern methods of heat supply management.

Ключевые слова: температурный график, график отпуска теплоты, энергоэффективность, температурный режим, качественное регулирование, система теплоснабжения, энергозатраты, теплопотери.

Keywords: temperature schedule, heat release schedule, energy efficiency, temperature regime, quality regulation, heat supply system, energy consumption, heat loss.

Температурный график представляет собой предварительно рассчитанную зависимость температуры теплоносителя, выходящего из источника, от наружной температуры воздуха. Для каждой среднесуточной температуры воздуха определена конкретная температура сетевой воды в подающей и обратной магистралях. Основная цель температурного графика состоит в том, чтоб обеспечить постоянные или почти постоянные расходы теплоносителя на всем диапазоне наружных температур в течение отопительного периода. Такое постоянство расходов позволяет эффективно проектировать и обслуживать системы теплоснабжения, устанавливая специальные гидравлические устройства на абонентских вводах. Подобного рода механизмы, такие как дроссельные шайбы и сопла элеваторов, поддерживают стабильный гидравлический режим в системе. Любые значительные изменения в расходах теплоносителя могут привести к необходимости перенастройки этих устройств для обеспечения оптимальной работы системы.

При разработке систем теплоснабжения всегда используется стандартный температурный график, который составляется на основе предполагаемого теплопотребления и проектной гидравлики трубопроводной сети. Однако со временем гидравлические характеристики трубопроводов, виды тепловой нагрузки и оборудование абонентских вводов могут изменяться, и фактические параметры системы могут отличаться от проектных. Обычно диспетчерские службы получают обратную связь от потребителей в случае недостаточного качества теплоснабжения.

При централизованных источниках тепла, как правило, ведутся журналы, где регистрируются ежедневные измерения расходов, давлений и температур в трубопроводах, а также среднесуточная температура наружного воздуха. Анализ данных этих журналов за длительный период позволяет статистически определить фактические тепловые нагрузки и потери, а также их соотношения при различных температурах наружного воздуха. Такой анализ позволяет пересчитать температурный график на основе фактических данных, что может привести к разработке и обоснованию более эффективного температурного режима для источника тепла. Интересно отметить, что расчетные нагрузки, полученные на основе фактических данных, часто значительно ниже проектных, что может указывать на потенциал разработки пониженного температурного графика.

В современном проектировании систем теплоснабжения населенных пунктов становится всё более важным совершенствование управления выпуском тепловой энергии. Один из возможных путей решения подобной задачи – это использование оптимального температурного графика на основе анализа технико-экономических показателей [3; 6].

Решение о выборе оптимального температурного режима в системе теплоснабжения является сложным процессом, учитывающим множество факторов. Основные из них включают:

• затраты на строительство и обслуживание: стоимость строительства источников тепла (котельных, ТЭЦ), а также тепловых сетей существенно влияет на выбор температурного режима. Чем выше температура теплоносителя, тем больше затрат потребуется на обеспечение герметичности системы и защиту трубопроводов от коррозии.
• Стоимость топлива: выбор температурного режима может зависеть от типа используемого топлива и его стоимости. Например, при использовании природного газа или угля высокая температура теплоносителя может потребовать большего расхода топлива, что увеличит эксплуатационные расходы.
• Потери тепла в процессе транспортировки теплоносителя по тепловым сетям могут значительно варьироваться в зависимости от температуры теплоносителя. Более высокие температуры приводят к большим потерям через изоляцию трубопроводов, что снижает общую эффективность системы.
• Расходы на транспортировку теплоносителя: транспортировка горячей воды или пара по тепловым сетям требует определенных затрат энергии. При высоких температурах теплоносителя эти затраты могут возрастать, особенно если система теплоснабжения имеет большую протяженность.

Таким образом, выбор температурного режима должен учитывать баланс между экономическими аспектами (затратами на топливо, строительством и обслуживанием) и техническими требованиями (потеря тепла, эффективность транспортировки). Оптимальный режим позволяет минимизировать общие затраты на эксплуатацию системы теплоснабжения, обеспечивая при этом необходимое качество теплоснабжения потребителей.

Постоянная модернизация и улучшение систем централизованного теплоснабжения требуют регулярного пересмотра и оптимизации температурного графика. Это помогает адаптировать систему под изменяющиеся условия, такие как изменения в стоимости топлива, развитие технологий энергосбережения и требования к его качеству.

Вышеуказанная задача наиболее актуальна в настоящее время, поскольку в результате модернизации систем регулирования теплопотребления произошел переход от качественного к количественно-качественному способу управления выпуском тепловой энергии [4; 7]. Множество специалистов в России и за рубежом занимаются оптимизацией, повышением эффективности и рентабельности температурного режима в системах теплоснабжения. В одной из статей [5] описывается проблема определения оптимальной температуры воды, отмечается, что нет универсального решения, подходящего для всех паротурбинных ТЭЦ, из-за разнообразия используемых паровых турбин и их конструктивных особенностей.

Автор статьи [5] отмечает, что его исследование направлено на анализ практики использования сниженных температурных режимов в системах теплоснабжения зарубежных стран и оценку перспектив их внедрения в российских системах теплоснабжения. Согласно данной работе, улучшение системы теплоснабжения, включая изменение температурного режима и управление качеством и количеством тепла, приведет к ряду значительных преимуществ [5]:

• тепловая энергия будет производиться на тепловых электростанциях без необходимости дополнительного подогрева на водогрейных станциях, что снизит стоимость тепловой энергии для потребителя;
• появится возможность широкого использования пластиковых труб, что увеличит долговечность трубопроводов и снизит расходы на ремонт и металлоемкость;
• произойдет снижение потерь тепла за счет улучшенной теплоизоляции;
• осуществится уменьшение необходимости в обеспечении компенсационной мощности тепловой сети и увеличение срока службы трубопроводов;
• сократятся утечки теплоносителя и теплопотерь из-за неплотностей;
• будет наблюдаться повышение качества теплоснабжения, поскольку потребитель получит только необходимое количество тепла;
• произойдет снижение расходов на увеличение диаметра трубопроводов с целью обеспечения давления и его перепадов внутри систем потребителей;
• сократятся энергозатраты на транспортировку теплоносителя;
• улучшатся надежность и безопасность системы теплоснабжения в случае возможных аварийных изменений давления в тепловой сети.

В процессе перехода к рыночной экономике и изменениям в системах собственности, управления и внедрения новых технологий, предприятия получают стимул для пересмотра температурного режима с целью его снижения до уровня, подобного действующим температурным режимам в системах централизованного теплоснабжения и отопления в западных странах [2; 3].

Это достигается за счет использования источников теплоты, работающих на основе когенерации, что повышает эффективность при низком температурном режиме за счет дополнительного производства электроэнергии. Также уменьшение тепловых потерь, повышение надежности и долговечности тепловых труб достигается благодаря использованию пластиковых предизолированных труб в тепловых сетях. Конечные потребители тепла выигрывают от этого пересмотра, поскольку улучшаются условия комфортности, надежности, экономичности и управляемости внутренних систем отопления и горячего водоснабжения.

В рамках закона № 190-ФЗ и последующих подзаконных актов государство учитывает данную тенденцию и определяет перспективное развитие каждого муниципального образования на период 15–20 лет с учетом местных условий.

Анализ результатов выявил, что оптимизация установки температуры прямой сетевой воды в автоматизированных системах теплоснабжения способствует снижению технологических потерь при транспортировке теплоносителя и приводит к экономии топлива. Подобного рода мероприятие можно считать весьма эффективным, так как оно учитывает положительный опыт зарубежной практики эксплуатации систем теплоснабжения, а также не требует больших финансовых затрат.

Список литературы:

1. Варфоломеев Ю.М., Гусаров В.Д. О проблеме надежности систем теплоснабжения с нагруженным резервированием // Известия Академии наук СССР. Энергетика и транспорт. – 1976. – № 1.
2. Громов Б.Н., Саламов A.A., Смирнов И.А. Состояние и перспективы развития централизованного теплоснабжения // Итоги науки и техники. Сер. Тепловые электростанции. Теплоснабжение / науч. ред. Н.М. Зингер – Т. 3 – М.: ВИНИТИ, 1988 c.
3. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем / Е.В. Сеннова, В.Г. Сидлер; отв. ред. А. П. Меренков. – Новосибирск: Новосибирское отделение издательства «Наука», 1987. – 219 с.
4. Седнин В.А., Седнин А.В., Богданович М.Л. Оптимизация параметров температурного графика отпуска теплоты в теплофикационных системах // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2009 – № 4. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/optimizatsiya-parametrov-temperaturnogo-grafika-otpuska-teploty-v-teplofikatsionnyh-sistemah (дата обращения: 15.04.2025).
5. Черненков В.П., Лихачев И.Д., Барышев М.С., Рахматулина М.Б. Расчет графиков регулирования тепловой нагрузки в независимых автоматизированных системах теплоснабжения // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. – 2017. – № 3(32) – https://doi.org/10.5281/zenodo.896992 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-grafikov-regulirovaniya-teplovoy-nagruzki-v-nezavisimyh-avtomatizirovannyh-sistemah-teplosnabzheniya (дата обращения: 10.04.2025).
6. Яковлев Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения. – М.: Новости теплоснабжения, 2008. – 446 с.
7. Rafalskaya T., Filatova T. Determination of the Temperature Graph of Heat Supply With Minimal Heat Losses // Journal of Physics: Conference Series. Gelendzhik: IOP Publishing. – 2021. – Vol. 2131. – No. 3 – https://doi. org/10.1088/1742-6596/2131/3/032107.