Енергийна ефективност на абонатни станции – част 2

В продължение на темата от миналия брой на списанието, в която ви представихме състоянието на действащите у нас абонатни станции и техническите изисквания към тях от гледна точка на енергийната ефективност, в настоящия материал ще ви запознаем детайлно с ролята на компонентите на системата за управление и други елементи от абонатните станции.

Абонатната станция се управлява от система, образувана от цифров РI температурен регулатор, електрозадвижвани регулиращи вентили, температурни датчици и регулатор на диференциалното налягане.

Температурният РI регулатор следва да може да регулира температурата на водата в отоплителния кръг във функция от външната температура, а температурата на водата за битовото горещо водоснабдяване съгласно зададената стойност и в двата случая.

Пропорционалната лента на регулатора трябва да бъде задавана в широки граници, интегралната константа да може да бъде задавана за бърза и бавна реакция и регулаторът трябва да има неутрална зона, така че когато температурата е в нейните граници, регулаторът да не активира регулиращите вентили.

Температурата на водата в отоплителния кръг се определя от температурни криви, във функция от външната температура, типът на отоплителната система и характеристиките на сградата. Регулаторът трябва да дава възможност за промяна наклона на кривите, паралелно преместване на същите и автоматично да адаптира температурните криви във функция от температурата на представително помещение.

Регулаторът следва да може да ограничава максималната и минимална температура на водата в отоплителния кръг и да гарантира 24-часова и седмична програма за нормална и редуцирана температура, като редуцираната температура е във функция от външната температура и връщането към нормалната температура да става чрез форсирано увеличаване на температурата.

Регулаторът трябва да може да ограничава температурата на връщащата вода към топлоизточника в границите от 20 оС до 70 оС при външни температури от - 20 оС до + 15 оС.

Това е важна функция на температурния регулатор, която гарантира ниска температура на връщащата вода, задоволява нуждите на сградата с ограничен дебит, т. е. увеличава капацитета на мрежата без никакви инвестиции, намалява топлинните загуби в мрежата, намалява разхода на електроенергия за мрежовите помпи и повишава термичния КПД на топлоизточника.

За съжаление, в модернизираните станции на някои топлофикационни дружества датчикът за температурата на връщащата вода не се монтира и всички описани бенефиции за доставчика на топлинната енергия не могат да се реализират. Обследването на енергийната ефективност на сграда следва да констатира това, където е факт, и да препоръча възстановяване на тази функция на системата за автоматично регулиране.

Регулаторът е необходимо да е комплектован с дисплей, който показва зададените и измерените температури в референтно помещение и също температурата на водата за БГВ, да показва зададените предварителни стойности и да регистрира неточности и дефекти в температурните датчици.

Температурните регулатори следва да са комплектовани с интерфейс, позволяващ изтегляне на данни от топломера и управление от разстояние. Регулаторът трябва да е адекватно маркиран, да притежава защита IP 40 и да е съпроводен със сертификат за съответствие с европейските стандарти.

Електрозадвижвани двупътни регулиращи вентили
Изпълнителните механизми на системата за регулиране на температурата на водата в отоплителния кръг и на водата за БГВ са двупътни моторни вентили (позиции 7 и 33 от фиг. 1). Тези вентили работят с параметрите на първичния кръг и допускат диференциално налягане при затворено положение до 1,2 МРа, да имат балансиран клапан и пропуски при затворено положение не повече от 0,5 % от номиналния капацитет на вентила.

Моторните вентили следва да имат хидравлични характеристики, обсег на регулиране и скорост на затваряне, гарантиращи посочената точност на регулиране. Моторният вентил за регулиране температурата на водата за БГВ трябва да има време за затваряне, от напълно отворено положение, не по-дълго от 25 секунди. Необходимо е вентилът да е напълно отворен при 100 % товар на системата и да притежава функцията за автоматично затваряне при отпадане на напрежението.

Абонатната станция има два паралелни регулиращи кръга, при които хидравличните загуби на първичния отопляем медиум следва да се изравнят и да не бъдат повече от 80 kРа. Регулиращият кръг на отоплението включва: топлообменника за отопление, регулиращия вентил за отопление и първата степен на топлообменника за БГВ.

Регулиращият кръг за БГВ включва: регулиращия вентил за БГВ и топлообменника за БГВ (първа и втора степен). Дебитната характеристика на вентила за регулиране кръгът за отопление следва да се определи за 100% мощност на топлообменника за отопление при температурна разлика 75 оС.

Дебитната характеристика на вентила за регулиране на БГВ при двустепенно подгряване се пресмята при температурна разлика 22 оС и за 40% от капацитета на топлообменника за БГВ, тъй като се приема, че капацитетът на втората степен на топлообменника за БГВ е 40% от общия капацитет. Регулиращият вентил, при по-редкия случай на едностепенно паралелно подгряване на водата за БГВ, следва да се оразмери за 100% от капацитета на топлообменника и за температурна разлика 40 оС.

Вентилите и задвижващите двигатели е добре да са защитени срещу неоторизиран достъп, да притежават защита IP 52, да са адекватно маркирани и доставката им да се съпровожда със сертификат за съответствие с адекватните европейски стандарти. Нивото на звуковото налягане, произлизащо от регулиращите вентили, не трябва да надвишава 50 dB.

Температурни датчици
Датчиците за измерване на температурата на водата в отоплителния кръг могат да бъдат потопени или повърхностни, а датчиците за температурата на водата за БГВ (регулиращ и защитен) трябва да бъдат само “потопени” и да се монтират в неръждаеми гилзи.

Температурните датчици за БГВ е добре да имат времеконстанта, не по-голяма от 3 секунди и да бъдат монтирани близо до топлообменника за БГВ. Външният температурен датчик следва да работи коректно в температурни граници от - 30 оС до + 50 оС и максимална времеконстанта - 15 минути.

Регулатор на диференциалното налягане с ограничител на дебита
За да се избегне голямата флуктуация на налягането в системата, в съвременните абонатни станции се използват регулатори на диференциалното налягане (позиция 36 от фиг. 1). Регулаторът на диференциалното налягане, едновременно с това, има позитивно влияние върху работата на регулиращите вентили за отопление и БГВ. Регулаторите на диференциалното налягане се комплектоват с регулируеми ограничители на дебита.

Регулаторът за диференциално налягане се оразмерява за пълния дебит на станцията (отопление и БГВ), монтира се на връщащия тръбопровод, има максимално допустима разлика в наляганията 1,2 МРа и зададените стойности на регулируемия обхват са в границите от 0,02 до 0,1 МРа. Разполагаемото налягане на входа на абонатната станция е 0,25 МРа и когато то е по-високо, на входа на станцията се монтира бленда, за да се ограничи входното диференциално налягане.

Частите на регулатора се изработват от корозоустойчиви материали, нивото на звуковото налягане не трябва да е по-голямо от 50 dB и доставката му е съпроводена със сертификати за одобрен тип и за съответствие с адекватните европейски стандарти.

Топлообменници
Топлообменниците на индиректната станция са високоефективни запоени пластинчати топлообменници, изработени от неръждаема стомана, които са плътни при регламентираните параметри на средата. За големи мощности разглобяемите пластинчати топлообменници са конкурентни на запоените по цени и могат да бъдат използвани. При модернизацията на абонатните станции на топлофикационните системи по проведените досега търгове на световната банка са използвани само запоени пластинчати топлообменници.

Топлообменникът за подгряване на водата за БГВ е разделен на две части. В първата част студената вода се подгрява от обратната вода от отоплителната инсталация и излизащия от втората степен топлинен медиум. Във втората степен водата се подгрява само от топлинния медиум, постъпващ от топлоизточника.

Хидравличните загуби в топлообменниците, са регламентирани както следва:
• топлообменник на отоплителната инсталация - първ./втор. кръг -
10/25 kРа.
• топлообменник за БГВ - първа и втора степен общо - 40/40 kРа.

Помпи
Циркулационните помпи на отоплителната инсталация на модернизираните абонатни станции работят с променливи обороти (имат вградени честотни преобразуватели) и се управляват от вграден регулатор на диференциалното налягане.

Така помпата работи в много широк диапазон на характеристиката си и осигурява необходимия дебит на отоплителния медиум, точно според нуждите на инсталацията, при най малък разход на електроенергия и при отсъствие на неприятен шум. Известно е, че проектният дебит на помпата ще бъде необходим в много ограничено време на отоплителния сезон, т. е. през всичкото останало време помпата ще работи с излишен дебит и ще изразходва повече електроенергия, отколкото е необходимо.

Икономията на електроенергия откупува многократно по-голямата инвестиция за помпа с честотно модулиране за времето на икономическия й живот, поради което енергийният одит следва задължително да я препоръча.

За инсталации с монтирани термостатни вентили на отоплителните тела помпите с честотно модулиране са задължителни и поради условието за избягване на шума в инсталацията.

Рециркулационната помпа на системата за БГВ е задължителна, за да се намали разходът на вода. Тя работи непрекъснато и дебитът й се определя според вида на инсталацията за снабдяване с топла вода, но средно се приема да “върти” около 10% от проектния дебит на системата на БГВ на сградата.

Други елементи на абонатната станция
Абонатната станция се комплектова с промивни утайници и филтри, които предпазват топлообменниците, регулиращите органи и помпите. Възвратни и спирателни вентили са монтирани, за да обезпечат нормалното функциониране на станцията. Спирателните вентили на първичния кръг и отоплението на вторичния кръг, са заварени сферични вентили, а на частта на БГВ - сферични вентили на резба.

Термометри и манометри са монтирани на необходимите места, за да обезпечат нормалната експлоатация на абонатната станция. Разширителен съд, предпазен вентил и група за автоматично допълване на инсталацията на сградата “затварят” отоплителната инсталация и обезпечават безопасната й работа.

Топломери
Всяка абонатна станция е комплектована с топломер, който задължително е собственост на топлоснабдителното предприятие. Измерителят на дебита на топлоносителя се монтира на връщащия тръбопровод на топлоснабдителната система, а температурните датчици на подаващия и връщащ тръбопроводи.

Топломерите, които бяха монтирани по време на модернизацията на топлофикационните системи в България (около 20 000 броя), са само ултразвукови измерватели, гарантиращи висока точност на измерваната топлинна енергия.

Топломерите като търговски уреди подлежат на метрологичен контрол, който се провежда от оторизирани лаборатории на всеки две години. Намиращите се в експлоатация прибори с механични измерватели постепенно се заменят с ултразвукови.

Топлинна изолация
Всички топлоотделящи елементи на абонатната станция са топлоизолирани адекватно и гарантират икономически оправдани топлинни загуби. Модернизираната абонатна станция 350/150 kW има топлинни загуби от порядъка на 330 W, а индиректна станция с тръбни топлообменници от същата мощност - над 3500 W.

Тази разлика за една година генерира икономия от 30 MWh. В рамките на икономическия си живот модерната абонатна станция се откупува многократно само от намалените топлинни загуби.

Очаквана енергийна ефективност
Модернизацията на абонатната станция е важен елемент в процеса на повишаване на енергийната ефективност на сградите, които са свързани с централизирани топлоснабдителни системи. Обновяването на абонатните станции, измерването на топлинната енергия, монтирането на термостат вентили на отоплителните тела и въвеждането на топлинното счетоводство, водят до сериозни икономии на топлинна енергия.

Основна част от икономията остава за потребителите, но и печалбите за топлоснабдителното предприятие също са големи. Регулирането на температурата на водата в отоплителната инсталация във функция от външната температура създава необходимия комфорт на обитаване и предотвратява прегряване и голям разход на топлина.

Денонощното и седмично програмиране на температурите в отопляваните помещения води до спестена енергия, която се измерва като 6% по-ниска консумация за всеки градус по-ниска температура. Особено важна е тази възможност за обществените сгради, които с малки изключения имат ограничена обитаемост през денонощието и през седмицата и при професионално програмиране могат да постигнат сериозни икономии на топлинна енергия.

Въвеждането на топломери, термостат вентили, разпределители и топлинно счетоводство създава реални възможности за потребителя да потребява колкото желае и да заплаща, колкото е консумирал. Инсталирането на пластинчати топлообменници дава възможност да се постигат желаните температури в отоплителната система на сградата и на водата в БГВ с топлоносител с по-ниски параметри. Сигурното регулиране на водата за БГВ избягва прегряване, недогряване и отлагания по топлообменниците.

Също така премахването на директните станции повишава експлоатационната надеждност на системата и намалява съществено загубата на вода. Топлинните загуби на модерната станция са несравнимо по-малки от тези на съществуващите директни и индиректни станции и дори само това е достатъчно основание за модернизация на станциите.

Топлоснабдителното предприятие, макар че ще продава по-малко топлинна енергия на сградата с модерна абонатна станция, получава сериозни печалби от модернизацията, защото се намалява температурата на връщащата вода, намаляват се загубите от излъчване в топлопреносната мрежа, повишава се термичният КПД на топлоизточника, намалява се разходът на електроенергия за мрежовите помпи и се увеличава капацитетът на съществуващата мрежа, без да се влагат нови инвестиции.

Практически печалбите за потребителите при подобрен комфорт на обитаване са намалена консумация на топлинна енергия от 15 до 20%.

Статията се публикува със съдействието на Черноморска Регионална Агенция за Управление на Енергията (ЧРАУЕ)