Проблемы и решения в области энергоэффективного водоснабжения

Начиная с середины 90-х годов в нашей стране происходило медленное, но неуклонное изменение представлений о нормах и стандартах жизни отдельного человека и общества в целом. Менялись и продолжают меняться подходы к реализации комфортной среды обитания для людей и всего, что необходимо для создания и поддержания этой среды. Естественно, эти изменения затронули и такие основные и уже ставшие привычными понятия, как электричество, свет, вода и тепло. Для населения стало очевидным, особенно теперь, что энергетические ресурсы не могут быть бесплатными, и увеличение коммунальных платежей будет постоянным и неизбежным. Этой теме посвящены многочисленные статьи и интервью в СМИ. В рамках данной статьи мы постараемся затронуть лишь некоторые технические аспекты увеличения энергоэффективности систем водоснабжения.

Большая часть систем водоснабжения городов построена следующим образом: на городском водозаборе вода поступает из открытых источников (реки, озера) или из скважин на системы очистки и водоподготовки и далее по сети трубопроводов подается группой насосов большой производительности к жилым кварталам. В случае малоэтажной застройки, если городская система хорошо сбалансирована (что представляет собой отдельную сложную задачу), давления в сети вполне достаточно для гарантированного обеспечения водой всех потребителей. В больших городах в случаях многоэтажной и/или высокой неравномерности плотности застройки, а также больших изменений суточных потребностей в воде по различным районам города необходима установка насосных станций повышения давления. Станции монтируются или в отдельных зданиях внутри жилого квартала (как правило, это ЦТП), или непосредственно в подвальных помещениях жилых домов. Известно, что при условии поддержания постоянного давления на входе в гидравлически сбалансированной системе водоснабжения каждый из потребителей этой системы обеспечивается водой в одинаковых (с точностью ±15-20%) количествах независимо от местонахождения (этажа) потребителя и количества задействованных точек водоразбора (количества открытых кранов с водой). На практике это означает наличие приемлемого напора на последних этажах жилых домов в вечернее время. Гидравлическая балансировка достигается точным расчетом и установкой регулировочных клапанов. Постоянное давление на входе можно обеспечить различными средствами. Традиционная схема «1 рабочий + 1 резервный насос» не учитывает изменение потребного расхода в течение суток. Насосы выбираются на максимальный требуемый расход Q2 и напор H2 (см. рис. 1). В этом случае насос работает с максимальным КПД только в часы пикового водоразбора. При этом потребляемая электроэнергия равна N2.

,
где напор H2 должен быть выражен в Па, расход в м3/с, а КПД — в долях единицы.
При уменьшении потребного расхода происходит смещение рабочей точки по характеристике насоса в сторону излишнего напора H1 и меньшего КПД (1. Насос будет потреблять электроэнергию N1



Частотное регулирование позволяет в данной схеме снизить скорость вращения электродвигателя и перейти на расходно-напорную кривую, проходящую через точку Q1/H2. Это дает экономию электроэнергии, равную по величине.



Но частотное регулирование в подобной схеме не позволяет работать с высоким КПД во всем диапазоне требуемых расходов. Область высоких КПД (снижение не более 5% максимально возможного) лежит в диапазоне 80-120% от рабочей точки насоса с максимальным КПД. При этом следует иметь в виду, что график хозяйственно-питьевого водоснабжения характеризуется крайне высокой степенью неравномерности практически от нулевых расходов в ночные часы до максимальных значений в часы пик. При этом необходимо обеспечить максимальную эффективность во всем диапазоне расходов. Современный подход заключается в использовании нескольких насосов со встроенными частотными преобразователями, установленными в параллель на едином основании. Стандартная станция состоит из трех (двух рабочих + одного резервного) или четырех насосов (три рабочих + один резервный). Последний вариант наиболее предпочтителен, поскольку позволяет работать с максимальным КПД в диапазоне от 10% до 120% от требуемой максимальной производительности. За счет частотного регулирования всех насосов станции автоматически подстраиваются даже под очень большие колебания давления городской сети, что актуально практически для всех крупных городов. Экономию электроэнергии можно рассчитать по следующей формуле:



Пример: В числовом выражении для жилого дома с максимальным потребным расходом 15 м3/ч и напором 60 м установки концерна Grundfos по сравнению с насосами ЦНС дают экономию электроэнергии около 1-2 кВт за каждый час работы. Экономический эффект за год составляет величину порядка 8000- 16.000 кВт/ч. Специалисты рекомендуют использовать станции Grundfos Hydro Multi E на расходы от 0,5 до 45 м3/ч и установки Hydro МРС на большие расходы. Кроме значительной экономии электроэнергии, можно получить ощутимый результат и за счет снижения затрат на капитальное строительство, т.к. все станции повышения давления производства Grundfos из-за малого уровня шума можно монтировать в подвальных помещениях любых зданий. Высокотехнологичное оборудование позволяет уменьшить численность штата и поднять зарплату специалистам. Кроме того, за счет высокой автоматизации повышается надежность системы в целом, падает риск происшествий по вине человеческого фактора. Но логика развития нашей экономики и реализующаяся реформа коммунального сектора требуют еще более совершенного и энергоэффективного оборудования.

Установка Hydro MPC (рис. 2) относится к новому поколению систем повышения давления и может использоваться в системах водоснабжения жилых и административных зданий, в основных и вспомогательных технологических процессах на пищевых, перерабатывающих, нефтехимических предприятиях. Кроме того, возможно использование этого оборудования в системах ирригации для орошения сельскохозяйственных угодий и спортивных полей. Основу установки составляют соединенные параллельно многоступенчатые центробежные насосы вертикальной компоновки с гидравлической обвязкой и шкафом управления. Установки Hydro MPC поставляются полностью готовыми к применению: насосы, трубная обвязка, клапаны и шкаф управления размещены на общей раме-основании. Монтаж установки достаточно прост и заключается всего лишь в подсоединении труб и подключении источника питания. Помимо стандартной комплектации, включающей в себя от 2 до 6 насосов CR (или от 2 до 4 насосов CRE), коллекторы, контрольно-измерительную аппаратуру и запорно-регулирующую аппаратуру, а также шкаф управления Control MPC (рис. 3), для соответствия требованиям рынка концерн включил в базовую версию основные востребованные опции: мембранный бак, освещение шкафа, световую индикацию работы и аварии, защиту от «сухого хода». Благодаря наличию устройства управления Multi Pump Controller насосная установка Hydro MPC автоматически поддерживает заданные параметры независимо от режима водопотребления. Требуемая производительность и поддержание оптимального КПД достигаются за счет подключения/отключения отдельных насосов в каскадном режиме или путем регулирования их частоты вращения. Панель управления (рис. 4) на русском языке обеспечивает простоту и удобство при настройке установки и последующей ее эксплуатации, позволяя вручную задавать необходимый режим работы. При этом текущие параметры и изменяемые значения Hydro MPC наглядно отображаются на дисплее в виде текста и пиктограмм. Наличие в системе насосов с частотным регулированием позволяет поддерживать в системе постоянное давление, а также оптимизировать производительность насосов в зависимости от расхода в сети. Благодаря контроллеру МРС имеется возможность интеграции установки в единую систему управления объектом ЖКХ и в рамках диспетчеризации контролировать и управлять им с удаленного компьютера посредством Internet.

Отметим, что сборка Hydro MPC осуществляется на российском заводе GRUNDFOS в Подмосковье, при этом она соответствует самым строгим мировым стандартам качества. Внедрение новых технологий сегодня — необходимая мера для модернизации коммунальной системы Беларуси. Использование современного энергоэффективного оборудования способно кардинально снизить потери и издержки комплекса, уменьшив нагрузку на потребителей и социальную напряженность. И специалисты GRUNDFOS прилагают все усилия, чтобы качественные насосы высочайшего мирового класса стали визитной карточкой обновленного отечественного ЖКХ.

Таблица 1. Технические данные типового ряда насосных установок Hydro MPC

Характеристики установки	Е	ES	EF	F	S
Максимальная подача (м³/ч)	440	440	440	660	600
Максимальный напор (м)	145	145	145	145	145
Температура жидкости (°С)	0 — +70
Температура окружающей среды (°С)	0 — +40
Относительная влажность воздуха, не более (%)	95
Рабочее давление PN (бар)	16
Способы управления насосами насосной установки	каждый насос со встроенным преобразо- вателем частоты (Е-насосы)	один Е-насос, остальные насосы без преобразо- вателей частоты	каждый насос с внешним преобразо- вателем частоты	один внешний преобразователь частоты	все насосы без преобразо- вателей частоты
Режимы работы насосной установки	«Регули- рование Е» все насосы с регулируемой скоростью вращения (рекомендуется к использованию в системах с переменным давлением на входе в насосную установку)	«Регули- рование ЕS» один насос типа Е работает с регулируемой скоростью вращения, остальные подключаются каскадно	«Регули- рование ЕF» производи- тельность каждого насоса регулируется отдельным внешним частотным преобразо- вателем	«Регули- рование F» производи- тельность одного насоса регулируется внешним частотным преобразо- вателем; при очередном запуске производится смена регулируемого насоса	«Регули- рование S» все насосы работают с постоянной производи- тельностью

По материалам компании Grundfos подготовил Юрий СТРОЕВ