Технологични загуби в сградни инсталации за БГВ

01.11.2009, Брой 9/2009 / Технически статии / ОВК оборудване

 

Методика за определяне на технологичните загуби в сградните инсталации при подгряване на водата за битови нужди

Уважаеми колеги, в редакцията на сп. ТД Инсталации, Оборудване, Инструменти се получи материал от г-н Пенчо Пенчев, посветен на предлагана от него методика за определяне на технологичните загуби в сградната инсталация при системата за БГВ. Публикуваме статията, тъй като в нея се предлага решение на важен и от техническа, и от обществена гледна точка проблем като големите различия в специфичния разход на топлинна енергия за затопляне на водата за битово горещо водоснабдяване (БГВ). Каним представители на Топлофикация София АД да изразят становището си по предложената методика.

Съществуват физически необясними факти около стойностите на специфичния разход на топлинната енергия за затопляне на водата за (БГВ). Оказва се, че в различните райони на града и в отделни сгради тези показатели силно се различават, твърди инж. Пенчев. Вариациите са от 60 - 70 kWh/m3 до 193 kWh/m3. От топлофикационните дружества отговарят на резонния въпрос “Защо се случва това?” с твърдението, че такива са технологичните загуби в съответните сгради. Вследствие на това възниква въпросът дали подобни резултати са технически възможни? За съжаление и в Закона за енергетиката (ЗЕ), и в Наредбата за топлоснабдяване (НТ) отсъстват указания и методика за определяне на технологичните загуби в сградната инсталация при затопляне на водата за БГВ.

Дефинирани загуби на топлинна енергия
В действителност, топлинната енергия, която се измерва в абонатните станции, се състои от три независими части. Две от тях са неизбежни, но строго дефинирани загуби. Абонатната станция (АС) и нейните елементи предават на околната среда топлина, която вече е отчетена от топломера. Логично тази топлинна енергия не достига до потребителите. Това са технологичните загуби в абонатната станция и те, съгласно ЗЕ, се заплащат от Топлофикация и се приспадат от сметките на потребителите.
Втората загуба, наречена “Технологични загуби в сградната исталация”, включва топлинните загуби от тръбите за топла вода и за нейната рециркулация. Известно е, че топлинните загуби от рециркулация са непрекъснати, заради необходимостта всеки консуматор, по всяко време на денонощието, да има бърз достъп до топла вода. Съществуват достатъчно основания да се твърди, че стойността им е постоянна величина, характерна за всяка сградна инсталация. Конкретната стойност на характеристиката би могла да се изчисли лесно за всяка отделна сграда. Също така тази стойност може да бъде определена и чрез елементарно измерване на няколко величини в абонатната станция.





Пресмятане на загубите в 8-етажен блок
Нагледен пример за описаната ситуация е абонатната станция в 8-етажен панелен блок с 56 апартамента (7 апартамента на етаж). Всеки апартамент има по две вертикални шахти с по две тръби - за топла вода и рециркулационна, т.е има общо 28 вертикални тръбни клона. При 8 етажа с етажна височина 2,70 m (с дебелината на плочата) се получава 8 х 2,70=21,6 m. Нека прибавим и височината от топлообменника на АС до плочата на 1-ви етаж - още 1 метър, или се получават общо 22,6 метра. Следователно общата дължина на вертикалните топли тръби е: 28 х 22,6 = 633 метра с тръби 3/4”. Хоризонталната дължина на тръбите при централно разположение на АС е два двойни клона по 21 метра или общо - 84 м с диаметър 1”. При 633 метра тръба 3/4”, с външна повърхност 0,0845 m2/линеен метър и 84 метра 1” тръба с 0,105 m2/линеен метър, за тръбна мрежа от 717 метра, общата външна повърхност F се получава 633 х 0,0845+84 х 0,105=62,3 m2.

Коефициентът на топлопредаване
За тръба с вертикално полагане в затворено пространство интензивността на топлопреминаване k се характеризира преимуществено от показателя - коефициент на топлопредаване a. В конкретния случай е налице предаване на топлина от вертикални тръби към спокоен въздух в затворена висока вътрешна топла шахта. Затова стойността на коефициента на топлопреминаване се задава чрез зависимости между безразмерните критерии на Нуселт (Nu), Грасхоф (Gr) и Прандтл (Pr). Тези критерии зависят единствено от физичните параметри на въздуха и постоянната геометрия на тръбите. Те са непроменливи величини за тесните граници на изменение на температурите на въздуха и водата. За температура на въздуха в диапазона от 20 - 30 °С и височина на шахтата 2,5 m, стойностите на критериите са: Pr=0,7 и Gr = 4,283.1010, а самият коефициент на конвективен топлообмен a=Nu.l/h = 0,0104Nu. Връзката между трите критерия е: Nu=c(Gr.Pr)n.
Според шест различни автори (Исаченко, Краснощеков, Сукомел, В. Иванов, Кименов, Михеев), коефициентите в този израз са съответно: с - 0,15; 0,75; 0,51; 0,473, а степенният показател n= 0,25; 0,33. Получените на основата на посочените формули стойности за a са доста ниски и са от 2,41 до 4,8W/m2°C.

Коефициент на топлопреминаване
Известно е, че в подобни случаи коефициентът на топлопреминаване от вода към въздух - k, основно зависи от коефициента на топлопредаване към въздуха - a. Затова се прави приемането, че коефициентът на топлопреминаване k като първо приближение е равен на 5W/m2°C. Прави се и приемането средната температура на въздуха в шахтата през лятото да е 22°С (б.ред. основание за това са проведени измервания). Топлата вода излиза от АС с температура от 52 до 55°С, в зависимост от настройката на температурния регулатор и интервалите на изключването му. За изчисленията се приема стойност 53°С. Температурата на връщаната вода, според реално измерените дебити на консумация на топла вода, определена по балансови пресмятания, се очаква да бъде 35°С. Следователно средната температура на водата е 44°С, или температурната разлика между водата и въздуха е 22°С.
По отношение на технологичните загуби в сградната инсталация е в сила: Qзаг = k.F.Dt. След заместване на стойностите на характеристиките се получава: Qзаг = 5 х 62,3 х 22= 6853 W или 6,85 kW.
Чрез решаване на обратната задача: Gвода х 1,163 х Dtвода = k х F x (tвода ср.- tвъздух) = 5482 бихме могли да определим по-точно каква е стойността на температурата на връщащата се вода в АС. При консумация от средно 210m3 месечно, часовият дебит вода е 300 литра/час. След пресмятане: охлаждането на водата е Dtвода=19,6, температурата на връщащата се вода tw2=33,4°С, което означава, че средната температура на водата би трябвало да бъде 43°С. Прави се последваща задължителна корекция като второ приближение: Qзаг = k х 62,3 х (43 - 22) = 6853 W, от което следва k = 5,24W/m2°C.




Проведен е едномесечен експеримент
За по-голяма достоверност на резултатите от изчисленията, в същата абонатна станция, бе проведен едномесечен експеримент, който позволи много точно да бъде определена стойността на технологичните загуби в тази сградна инсталация.
За времето от 09.09.09 г. до 08.10.09 г. в продължение на 696 часа бяха измерени:
n Количествата на консумираната вода по общия водомер за битова вода;
n Началното и крайното показание на топломера в АС;
n Температурите на топлата и студената вода за БГВ.
За този едномесечен период са консумирани 209,5 m3 вода и 15660 kWh (или по 74,75kWh/m3) при температури на водата 53,6 и 12,6°С и температура на въздуха 22 °C. По статистически данни (фактури на Топлофикация София АД за няколко годишен период) е определен средният размер на технологичните загуби в АС, и той е 320kWh, което, разделено на дебита вода, дава 1,5 kWh/m3. За потребителите остава 15660 - 320 = 15340 kWh. Чрез разделяне на тази стойност на 209,5 се получава специфичния разход на топлинна енергия за затопляне на водата, а именно: 73,22 kWh/m3, който би трябвало да се фактурира от Топлофикация София АД към потребителите.


 

Загубите от рециркулация са постоянни
Необходимото количество топлина за реалното нагряване на консумираното количество вода от 12,6 до 53,6 °С е 209,5 х 41 х 1,163 = 9989 kWh, което означава 47,7 kWh/m3. Следователно разликата 15340 - 9989 = 5351 kWh е технологичната загуба в тази сградна инсталация, т.е. това са всъщност загубите от рециркулационните тръби. Така пресметнатите общо месечни загуби, отнесени към броя на часовете, представляват часовата стойност на тези загуби - 7688 W. Ако общомесечната загуба се отнесе към количеството консумирана вода се получава технологичната загуба в сградната инсталация - 25,5 kWh/m3, с което фактурираният от Топлофикация София АД специфичен разход за нагряване на 1m3 вода е сумата на полезно необходимото количество топлинна енергия (47,7 kWh/m3) плюс технологичните загуби в сградната инсталация (25,5 kWh/m3), или общо - 73,2 kWh/m3. На практика това е загуба, която всеки час отнема топлина, независимо дали се използва топла вода или не. Тъй като рециркулационната помпа работи непрекъснато, то в тръбната рециркулационна мрежа се поддържа равномерно висока температура на водата и загубите от това са постоянна величина, независимо дали има или няма консумация на вода от потребителите.

Увеличената консумация намалява специфичния разход
Намалената консумация на топла вода води до по-високи показатели на специфичния разход на топлинна енергия за нагряване на 1 m3 вода. Респективно, увеличената консумация на вода ще намали специфичния разход за нагряване на водата. Твърденията се потвърждават от следните примери. Нека консумацията на топла вода е два пъти по-голяма, т.е. 400m3. Тогава: 47,7+5351/400 = 47,7+13,3 = 61kWh/m3. Във втория случай количеството на ползваната вода за същия период е само 140m3, което означава по 2,5m3 вода месечно за един апартамент. Следователно Q полезно би било 47,7kWh/m3. Технологичните разходи за сградната инсталация в размер на 5351kWh, разделени на количеството вода 140m3, дават стойност 38,2kWh/m3, което добавено към Q полезно, формира доста по-висок специфичен разход за затопляне на 1m3 полезно ползвана вода: 47,7 + 38,2 = 85,9kWh/m3. В рамките на реално срещаната консумация на топла вода, колебания на стойностите на специфичния разход на топлинна енергия са възможно в тесни граници, които не надвишават цифрови показатели от 65 - 80 kWh/m3.
Защо това е така? Защото геометрията на тръбната мрежа е постоянна и температурата на въздуха във вътрешно затворените водопроводни шахти има сравнително непроменливи стойности. Също така настройката на температурата на топлата вода е постоянна, както и консумацията на топла вода. Друг аргумент в подкрепа на твърдението е и постоянната стойност на коефициента на топлопреминаване.

Изолираните тръби спестяват хиляди левове
По-горе получената стойност на часовите загуби Qзаг=7688W позволява да се определи опитно реалната стойност на специфичния за разглежданата сграда коефициент на топлопреминаване от металните тръби към въздуха в шахтите. На базата на уравнението Qзаг = Gw.1,163(tw1 - tw2), след заместване, се получава, че температурата на връщаната в АС от рециркулация вода е tw2 = 53,6-22 = 31,6 °C, Dtср = 20,6°C. От уравнението Qзаг = k.F.Dt се определя к = 6W/m2°C. Получената стойност препоръчително би могла да се използва при подобни изчисления и анализи, и би трябвало да е валидна при всички сгради.
Коефициентът на топлопредаване от стената на тръбата към въздуха ще има практически същата стойност, поради много малките термични съпротивления на металната стена и на топлопредаването от водата към нея. Получава се, че a=6,08W/m2°C.
Ако тръбите са от полипропилен (l=0,22W/mK), технологичните загуби ще се намалят само с 6,5%, като коефициентът на топлопреминаване ще е равен на: 5,62W/m2°С. Поставянето на топлинна изолация на тръбите (6 mm дебелина и l=0,03W/m°C) намалява интензивността на топлопреминаване до k=2,72W/m2°C, с което ще се намалят топлинните загуби в сградната инсталация до около 3,4 kW. Тогава общият разход на топлинна енергия за затопляне на 1 m3 при същата консумация на вода ще се понижи до (47,7 + 11,3) = 59 kWh/m3. Само от тази икономия (в годишен план при 2400m3 и намален специфичен разход с 14kWh/m3) потребителите в сградата ще спечелят 34000kWh енергия, което е равно на 3400 лева годишно.

Подходът дава възможност да се избегнат високите показатели
Всички стойности на специфичния разходи по-високи от вече изчислените са ненормални. Единствената възможна причина за подобно превишение могат да бъдат само кражби, съзнателни или не, от доставчик или от потребители. Например кражба на количество вода или на топлина чрез оборотно включена вода от БГВ за отопление на радиатори, като и от неправилни методики и изчисления. Затова и повишените специфични разходи на енергия за затопляне на водата за БГВ обезателно трябва да бъдат сигнал за нередности.
В заключение бих искал да посоча, че технологичните загуби в една сградна инсталация могат да се определят и са постоянна величина, независимо от консумацията на топла вода. За всяка АС и сграда те са с индивидуално различни стойности, което се дължи на различието в диаметрите и площта на циркулационните тръби. Също така и трите компонента на измерената от топломера в АС топлинна енергия е възможно и задължително да се прилагат при фактурирането от топлофикационните дружества.
Използването на предложения подход би дал възможност да се избегнат необяснимо високите показатели за разхода на топлинна енергия за нагряване на водата за БГВ. От извършените по-горе изчисления и анализи могат да се направят обобщения, които да помогнат на топлофикационните дружества да преосмислят и коригират изчисленията и балансите си, а също така да се създаде методика за определяне на технологичните загуби в сградните инсталации, която да бъде включена в Наредбата за топлоснабдяване.

Д-р инж. Пенчо Пенчев, старши научен сътрудник



 

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Видеодиагностика и инспекция на тръби и каналиТехнически статии

Видеодиагностика и инспекция на тръби и канали

Видеодиагностиката на тръби и канали е традиционен метод за проверка на състоянието и изправността на ВиК системите. Мониторингът и инспекцията на тръбопроводите посредством видеокамера са ключови при диагностициране и превенция на различни проблеми като течове, запушвания и миризми и спомагат за предотвратяването на тежки аварии при влошено състояние на тръбната инфраструктура.

Съвременната видеодиагностика на тръбопроводите и канализационните системи обикновено се осъществява с цифрова камера, прикрепена към гъвкаво жило, което прави възможно въвеждането на камерата във вътрешността на тръбопроводните системи. Все по-често в практиката се използват и роботизирани системи с дистанционно управление, които позволяват проверка на проходимостта и състоянието на тръби и канали с по-голям диаметър.

Климатични и вентилационни камери хигиенно изпълнениеТехнически статии

Климатични и вентилационни камери хигиенно изпълнение

Климатичните и вентилационни камери са съществена част от много сградни ОВК инсталации. От тяхната ефективност и функционалност пряко зависи качеството на въздуха нататък по системата.

В широка гама приложения, като болници, чисти стаи, фармацевтични и електронни производства, предприятия от ХВП и т. н., изискванията към чистотата на въздуха са изключително високи. В такъв тип обекти обикновено се инсталират климатични и вентилационни камери в хигиенно изпълнение.

Сценично LED осветлениеТехнически статии

Сценично LED осветление

През последното десетилетие пазарът на светодиодно осветление отбелязва сериозен ръст, а LED осветителите навлизат във все по-широка гама от приложения, включително в сценичната осветителна техника. LED осветителите са съвременна алтернатива на халогенните или газоразрядни лампи с висок интензитет, използвани традиционно в сценичното оборудване.

Причини за това са динамичното развитие на технологията и множеството й предимства. Сред тях са по-високата светлинна мощност и по-ниската консумация на енергия на LED осветителите в сравнение с конвенционалните варианти. Достъпната цена на светодиодите допълнително разширява приложната им област в сценичното изкуство.

Носими устройства в сградната автоматизацияТехнически статии

Носими устройства в сградната автоматизация

Иновационният скок при персоналните мобилни устройства и приложения създаде широк набор от нови възможности за управление на
умните системи в домовете и сградите. Плавно и логично сградната автоматизация се сля със сегмента носима електроника,
доминиран доскоро от фитнес тракерите и крачкомерите.

Приложенията на устройства като смарт гривни, часовници и очила в управлението на интелигентни платформи за сградна и домашна автоматизация през идните години се очаква прогресивно да нараства.

Проектиране на водопроводни системи за многоетажни сградиТехнически статии

Проектиране на водопроводни системи за многоетажни сгради

В контекста на водопроводните системи терминът "многоетажни" се прилага за сгради, които са твърде високи, за да бъдат водоснабдявани чрез нормалното налягане на обществената водопроводна мрежа.

Водоснабдяването в типична двуетажна сграда от 8-12 метра може да се осигури при нормални условия, но по-високите сгради се нуждаят от системи за повишаване на налягането.

Мобилни приложения за сигурност в домаТехнически статии

Мобилни приложения за сигурност в дома

Технологичното развитие в областта на системите за сигурност, интелигентните сградни решения и персоналните мобилни устройства значително трансформираха концепцията за защита на дома.

Мобилните приложения в сферата на сигурността за жилищни и сградни приложения са сравнително нов продуктов сегмент в сферата на домашната автоматизация, но все по-убедително се нареждат сред търсените от потребителите решения.


АБОНИРАЙ СЕ БЕЗПЛАТНО СЕГА

 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание ТД Инсталации. TLL Media © 2018 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top