Новая жизнь однотрубных систем отопления
Однако в последние годы, когда на первый план начали выходить соображения экономии и комфорта, низкая энергоэффективность однотрубных систем, которой долгое время пренебрегали, приобрела поистине фатальное значение. Казалось бы, выхода просто не существует. Резкий переход на двухтрубные схемы в подобном огромному конвейеру массовом строительстве вряд ли возможен. А переоборудование всех ранее построенных зданий — задача фантастическая как по масштабам, так и по стоимости. Однако, как оказалось, существует оригинальное и достаточно простое решение проблемы.
Ахиллесова пята однотрубной системы
Как известно, основным отличием такой схемы от двухтрубной является отсутствие обратных стояков. Отдавая часть своего тепла отопительному прибору, вода возвращается в стояк, охлаждая общий поток теплоносителя, постоянно циркулирующего в контуре. Значения расхода остаются при этом неизменными. Изначально такое решение предполагало качественное регулирование параметров теплоносителя на источнике теплоты.
По мере постепенного отказа от элеваторных схем, перевода объектов теплоснабжения на динамический режим потребления и внедрения средств тепловой автоматики (в частности, автоматических радиаторных терморегуляторов, устанавливаемых на отопительных приборах) ситуация изменилась. Основная идея применения термостатов для регулирования режима работы оконечных приборов заключается в том, чтобы ограничить их теплоотдачу пределами реальной необходимости. Однако если в двухтрубной системе при этом сокращается и общий расход теплоносителя по стояку, то в однотрубной он остается неизменным. Даже при отключенных радиаторах сами стояки продолжают топить помещения с прежней интенсивностью, что существенно снижает эффективность регулирования. Кроме того, поскольку при закрытом клапане терморегулятора вся вода идет через байпас, она не остывает и возвращается в стояк перегретой. То есть тепловыделение со стояков не только не уменьшается, но, напротив, растет.
Конечно, автоматика индивидуального теплового пункта (АИТП) или автоматизированного узла управления (АУУ) реагирует на повышение температуры обратки и компенсирует его. Но общедомовая автоматика контролирует «средние по больнице» показатели. То есть регулирование осуществляется по системе в целом, тогда как по стоякам теплосъем может идти по-разному. Например, если один фасад нагрет солнцем и терморегуляторы закрываются, то по стоякам этого фасада, а значит, и по дому в целом, идет перегрев обратки. Автоматика теплового пункта корректирует температуру подачи теплоносителя, пока средняя по дому температура обратки не нормализуется. В результате может возникнуть ситуация, при которой по солнечному фасаду все равно будет идти перегрев, хотя и меньший, что вынудит жильцов открывать форточки и отапливать улицу, расходуя тепло впустую. При этом по теневому фасаду будет недотоп. И чем длиннее здание, тем больший температурный дисбаланс может возникать в отопительной системе.
Есть решение
Как это часто бывает, катализатором технического прогресса стали экономические интересы. Наиболее остро ощутили проблему управляющие компании восточной части Германии, бывшей ГДР. Здесь, как и в некоторых других бывших странах соцлагеря, строилось довольно много типовых зданий с однотрубной системой отопления. Тем не менее, применялась и двухтрубная система.
После объединения страны довольно быстро была проведена коммунальная реформа, предполагающая, в числе прочих изменений, модернизацию отопительных систем и переход на оплату потребляемого тепла по приборам учета. Однако очень скоро жители домов с однотрубными системами отопления стали замечать, что при прочих равных условиях проживания они платят за тепло больше своих соседей, обитающих в зданиях с двухтрубными системами. В результате в адрес управляющих компаний начали поступать коллективные претензии с требованием о снижении тарифов на центральное отопление. Очевидно, что сделать это коммунальщики могли только себе в убыток. Требовалось техническое решение.
Его поиски привели представителей немецких «ДЭЗов» в компанию Danfoss, специалисты которой нашли неожиданно простой выход из положения. Дело в том, что автоматические балансировочные клапаны AB-QM, широко применяющиеся в коммунальной отрасли для балансировки отопительных систем жилых зданий по расходу, имеют одну интересную особенность. Фактически это универсальные устройства «2 в 1», совмещающие в себе функции как балансировочного, так и регулирующего клапана, применяемого, например, для регулирования температуры в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Если устройство используется в таком качестве, то оно обычно оснащается электроприводом. Наличие на клапане посадочного места под него и позволило создать простое и доступное решение для контроля температуры обратного теплоносителя в стояках однотрубных систем отопления — термостатического элемента QT, устройства прямого действия, которое монтируется на место электропривода.
Как известно, балансировочный клапан устанавливается на стояке после последнего радиатора. В этой же точке определяют и температуру обратки. Устройство AB-QT представляет собой клапан с регулируемой термоголовкой. Внутри нее находится заполненной газоконденсатной смесью сильфон, соединенный с одной стороны со штоком клапана, а с другой, с помощью капиллярной трубки — с датчиком температуры, который крепится непосредственно на поверхности трубы перед клапаном. Термоголовка настраивается на расчетную температуру обратки в соответствии с заданным температурным графиком. При перегреве трубы рабочее вещество в датчике расширяется и оказывает давление на сильфон, перемещающий шток клапана, подобно тому, как это происходит в уже хорошо всем знакомых автоматических радиаторных терморегуляторах. При незначительных изменениях температуры клапан пропорционально прикрывается, уменьшая расход воды в контуре. Если же скачок резкий, то клапан может на какое-то время закрыться полностью. Таким образом, с помощью одного и того же клапана выполняется балансировка и термостатирование стояка. Применение AB-QT позволяет сделать расход по стояку переменным, а однотрубную систему отопления приблизить по эффективности к двухтрубной. По прогнозам специалистов компании «Данфосс», экономия тепла при этом должна составить не менее 10 процентов.
Для точной настройки термоголовок используется специально разработанная методика, которая позволяет оперировать реальными параметрами конкретной отопительной системы, с учетом типа здания, нагрузки на отопительные приборы, количества этажей, эффекта от реконструкции (если она производилась) и внутренних теплопоступлений. Хорошо известно, что любая система даже по проекту имеет некоторый запас по мощности, чтобы при полной нагрузке можно было протопить здание. Поэтому температура обратки по стоякам всегда будет немного выше, чем это предусмотрено рабочей кривой.
Описанная методика позволяет вычислить эту разницу, с тем, чтобы соответствующим образом настроить термоголовки и снимать тепло максимально эффективно, дополнительно сокращая расход теплоносителя. С учетом того, что помещениям, имеющим различное предназначение, нужен разный температурный режим, а отопительные стояки в здании, как правило, проходят через помещения одинакового назначения: к примеру, один — через кухни, другой — через гостиные, третий — через спальни и т.д. Специалисты подчеркивают, что это тоже можно учесть при настройке термоголовок.
Теория подтверждается практикой
Первые испытания термостатической головки состоялись зимой 2009-2010 года в городе Щецин на северо-западе Польши. В качестве объекта было выбрано жилое здание возрастом в 30 лет, в котором проводилось дополнительное утепление и модернизация отопительной системы, включающая установку теплового пункта и радиаторных терморегуляторов. По словам специалистов, балансировка системы до этого не производилась, поэтому начинать нужно было с нее. Контрольный замер показал, что в несбалансированной системе расход воды по стоякам составлял порядка 500 литров в час. Балансировка системы с помощью клапанов AB-QM снизила его примерно до 200 литров. После чего на клапаны были установлены термоголовки QT, настроенные по описанной методике с учетом особенностей системы теплоснабжения. В течение отопительного сезона проводился мониторинг потребления тепловой энергии по нескольким стоякам. Одновременно систему тестировали на предмет возникновения перетопов и недотопов, причем с привлечением к этому самих жильцов.
Результат даже превзошел ожидания: расход по стоякам снизился до 100 литров в час, а дополнительная экономия тепловой энергии составила от 19 до 28 процентов. При этом жалоб от жильцов на температурный дискомфорт не поступало.
В настоящий момент компания «Данфосс» планирует продолжить испытания, но уже в России, причем одновременно в нескольких городах, расположенных в различных климатических зонах. Это будет даже проще, так как в ходе федеральных и региональных программ капитального ремонта многоквартирных домов балансировка отопительных систем с применением клапанов AB-QM проводилась достаточно широко. В этом случае не требуется никаких дополнительных работ по модернизации отопительной системы. Термоголовки на клапаны можно поставить в любой момент, прямо во время отопительного сезона. Кстати, стоимость термостатических элементов, по предварительным подсчетам, будет равняться приблизительно 1/3 стоимости самого клапана, так что не такое уж это и дорогостоящее мероприятие.
По словам специалистов, важно лишь помнить о том, что использоваться термостатические головки могут только в паре с клапанами AB-QM. Ручные клапаны для этой цели не подходят, так как они не способны держать постоянный расход в динамической системе, а значит, применение термоэлементов QT в этом случае только усилит дисбаланс.
Итак, выход из ситуации, долгое время остававшейся неразрешимой, найден. Обитатели жилых домов с однотрубными отопительными системами могут, наконец, почувствовать себя по-настоящему комфортно, а заодно и сэкономить дополнительные средства на платежах за отопление. Впрочем, технический прогресс никогда не останавливается. Сейчас специалисты компании «Данфосс» работают над новой реализацией системы термостатирования стояков с применением электроприводов и контроллеров. Это позволит программировать систему для работы в различных температурных режимах и управлять ею дистанционно. Возможно, в недалеком будущем споры о преимуществах и недостатках одно- и двухтрубных систем отопления, наконец, утихнут. Просто потому, что это уже не будет иметь никакого значения.
Николай ТЕПЛОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 35 за 2010 год в рубрике вода и тепло
