Введение к работе
Актуальность исследования. В соответствии с федеральным законом РФ № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности... » от 23 ноября 2009 г. сокращение потребления тепловой энергии во всех отраслях деятельности человека является в настоящее время приоритетной задачей. Основными инструментами повышения энергетической эффективности являются:
1) обязательное создание энергопаспортов для энергоемких потребителей;
2) обязательный учет всех потребляемых энергоресурсов;
3) внедрение дифференцированных тарифов на энергоресурсы;
4) ужесточение норм энергоэффективности для строящихся и реконструируемых объектов.
Одним из основных способов повышения энергоэффективности в системах теплопотребления (что подчеркивает его актуальность) является переход на местное качественно-количественное регулирование путем установки автоматических регуляторов.
На начальном этапе развитие автоматизации теплового потребления промышленных и бытовых потребителей в РФ происходило на базе центральных тепловых пунктов (ЦТП) с суммарной расчетной нагрузкой 12 – 20 ГДж/ч, далее, с середины 90-х гг. XX в., присоединение вновь строящихся потребителей к тепловым сетям производилось с обязательным внедрением автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) с суммарной расчетной нагрузкой до 8 ГДж/ч, обеспечивающих не только экономичность при переходе на количественное регулирование, но и создание комфортных условий для проживания жителей.
Снижение удельного потребления тепловой энергии в целом по жилищно-коммунальной отрасли возможно лишь с комплексным внедрением автоматизированных ИТП, однако практика их эксплуатации показывает различную экономическую и энергетическую эффективность, механизм определения которой в настоящее время еще не выработан.
Целью настоящего исследования является определение зоны экономически эффективного внедрения автоматизации теплового потребления в ре-конструируемых отопительных системах в зависимости от их расчетных тепловых нагрузок, температурных графиков центрального качественного регулирования, а также климатических факторов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1) проведена качественная оценка существующего состояния в теплоснабжении крупных городов;
2) выполнен анализ предпосылок формирования существующих систем транспорта теплоты и теплопотребления;
3) разработана методика определения величины перерасхода тепловой энергии за отопительный сезон при эксплуатации элеваторных установок присоединения систем отопления к тепловой сети по сравнению с внедрением установок автоматического регулирования теплового потребления при насосном смешении;
4) разработан алгоритм, на основе которого выполнен программный продукт для выбора схемы обвязки оборудования автоматизированного теплового пункта, а также типоразмера используемого оборудования;
5) определена степень экономической эффективности внедрения автоматического регулирования в узлах присоединения систем отопления.
Объектом исследования были тепловые пункты потребителей, оборудованные погодозависимыми регуляторами температуры теплоносителя и насосами смешения.
Методы исследования. Теоретическая часть работы основана на использовании метода статистического моделирования связи на основе корреляционно-регрессионного анализа, гидравлических расчетов при турбулентном движении жидкости, а также методов экономического анализа.
Научная новизна диссертации состоит в создании научно-практических основ повышения эффективности теплопотребления у абонентов. В работе получены следующие основные результаты:
1) разработана методика, позволяющая аналитически определять величину перерасхода тепловой энергии при эксплуатации отопительных систем с элеваторными узлами смешения по сравнению с системами, оснащенными автоматическим регулированием отопительной нагрузки;
2) на основе действующей нормативно-технической документации разработаны алгоритм и программный продукт выбора схемного решения обвязки оборудования автоматизированного ИТП, его типоразмера с выбором оборудования;
3) определена экономическая эффективность внедрения автоматического регулирования отопительной нагрузки в тепловых пунктах реконструируемых потребителей.
Достоверность научных положений и результатов исследования подтверждается сопоставлением результатов расчетов с многочисленными экспериментальными данными и экспертными оценками.
Автор защищает:
1) методику определения величины перерасхода тепловой энергии при эксплуатации отопительных систем с элеваторными узлами смешения по сравнению с системами, оснащенными автоматическим регулированием отопительной нагрузки;
2) результаты исследований по предложенной методике в зависимости от местных условий;
3) разработанные алгоритм и программный продукт по выбору схемного решения обвязки оборудования тепловых пунктов, а также по определению его типоразмера;
4) результаты исследований по определению срока окупаемости внедрения автоматического регулирования отопительной нагрузки в тепловых пунктах потребителей в зависимости от величины тепловой нагрузки, температурных графиков регулирования источников теплоснабжения и климатических факторов.
Практическая ценность и реализация результатов исследований состоит во внедрении разработанного алгоритма и, соответственно, программного продукта при выборе схемы и оборудования автоматизированного теплового пункта, при энергетических обследованиях систем теплопотребления, при проектировании тепловых пунктов.
Разработанный программный продукт апробирован в ЗАО НПП «Омэнергопром» при внедрении ИТП.
Личный вклад автора определяется тем, что он по существу излагаемых в диссертации вопросов разработал концепцию по определению потерь тепловой энергии при использовании элеваторных схем присоединения систем отопления, прогнозировал эти потери не только в отдельном регионе, но и в целом по России. Эффективность регулирования тепловой нагрузки потребителей изложена в публикациях автора, подтверждена опытом эксплуатации ИТП в системах теплоснабжения.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2006), «Проблемы теплоэнергетики» (Челябинск, 2007, 2009); научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии для транспортного комплекса» (Омск, 2010); на расширенных заседаниях кафедры «Теплоэнергетика» ОмГУПСа (Омск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ (из них одна статья – в издании, рекомендованном ВАКом).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования, 12 приложений и содержит 165 страниц основного текста, 50 рисунков и 52 таблицы.
