Расчет экономической эффективности установки индивидуального теплового пункта

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….
Цель работы: Разработать проект автоматизации индивидуального теплового пункта в корпусе трудового обучения МКОУ Богучанской школы №1 им. К.И. Безруких
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
• сбор и анализ информационных исходных данных для проектирования;
• проектирование узла учета тепловой энергии
• расчет и проектирование деталей и узлов с использованием стандартных средств автоматизации проектирования;
• проведение предварительного технико-экономического обоснования проектных решений;
• размещение технологического оборудования;
• контроль норм расхода тепловой энергии;
• организация метрологического обеспечения технологических процессов,
• контроль соблюдения техники безопасности
• обслуживание технологического оборудования;
В России в 60-70 годы XX века было осуществлено центральное отопление с естественной гравитационной циркуляцией. Центральное отопление нескольких зданий от одного теплового источника стало доступным благодаря мощным водяным насосам. Важной частью топливно-энергетического баланса страны расходуемого на производство тепловой энергии печного и котельного оборудования расходуется более 43% топлива. [49] Основными источниками тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения являются крупные котельные, электроцентрали. Структура производства тепловой энергии для коммунального хозяйства не изменилась, но рост производства тепловой энергии в индивидуальных, блочных котельных значительно увеличился.
Жилищно-коммунальное хозяйство России находится в угнетающем состоянии, это связано с большим износом коммунальной инфраструктуры, в среднем составляющий 60 (здания, системы теплоснабжения). [1]. В таком же состоянии, по уровню износа, находится и оборудование в системах производства и доставки тепловой энергии. В жилом фонде имеются огромные резервы экономии тепла:
 на теплообеспечение зданий снижены расходы тепловой энергии;
 в магистральных тепловых сетях устранены потери тепла и теплоносителя;
 уже доставленного потребителю непроизводительные тепловые потери тепла, при распределении теплоносителя по тепловым пунктам.
Эти резервы по разным оценкам составляют от 30 до 40 [2, №3]. В Национальном докладе «Теплоснабжение Российской Федерации» отмечалась неизбежность оплаты коммунальных услуг населением в полном объеме (100), но проблема имеет решение, не ухудшая условий жизни людей. Это решение заключается в проведении полномасштабных мероприятий по экономии тепловой энергии. Возникает необходимость в развитии технологий управлении систем горячего водоснабжения зданий, отопления и вентиляции в установке приборов учета тепловой энергии. Принятые решения этих проблем приводят к экономии топливно-энергетических ресурсов и окупаемости энергосберегающих мероприятий.
В суровых климатических условиях России, отопление требует особого внимания. В Красноярском крае большинство семей живут в квартирах – 76%, индивидуальных домах – 21%, коммунальных и общежитиях – 3% (данные на 2015г.).
Развитие ЖКХ в Красноярском крае находится в числе важных аспектов социально-экономической политики. Создание жилищного фонда и объектов коммунальной структуры является определяющим фактором улучшения жилищных условий населения.
Целью ЖКХ в Красноярском крае является перевод коммунальных услуг в режим экономичного функционирования при обеспечении стандартов качества. Под качеством коммунальных услуг подразумевается степень удовлетворенности потребителя бесперебойным и качественным предоставлением необходимых параметров в соответствии с потребностями жителей и своевременное реагирование на замечания граждан.
В Красноярском крае жилищный фонд по площади жилых помещений распределен следующим образом:
 на долю частного жилищного фонда приходится 80,3%;
 муниципального жилищного фонда 16,3%;
 государственного жилищного фонда – 3,2%;
 другие – 0,3%. [4]


Рисунок 1. Площадь жилых помещений на долю частного жилфонда

Климат в Красноярском крае резко континентальный с относительно морозной зимой и жарким летом с малым количеством осадков. Среднегодовая температура минус 6.5 °C. В крае выделяют северную, центральную, южную, западную и восточную климатические области. [4].
Богучанский район относится к центральной климатической области Красноярского края. Климат в летний период относительно жаркий и короткий, зимний период продолжительный и холодный. Поэтому задачи по обеспечению населения тепловой энергией, а также ее качество и экономическую доступность, являются жизненно важными.
В мероприятиях по энергосбережению выделяют две группы пассивного и активного теплоснабжения. Первая группа относится к мероприятиям по сокращению удаления теплоты через ограждающие конструкции, т.е. увеличение теплового сопротивления ограждающих конструкций зданий, установка оконных и дверных конструкций с повышенными теплоизоляционными свойствами.[6] Реализация мероприятий первой группы неизбежно потребует реализации активной группы мероприятий. Решаемой проблемой этой группы является установка оборудования для тепловых пунктов (центральных и индивидуальных).
Системы отопления зданий и сооружений работают, в большинстве случаев, в неконтролируемом режиме, т.е. управляются только по графику надежного регулирования от ТЭЦ или примитивными элеваторными устройствами и «шайбами» на вводах. Для решения задач второй группы необходима массовая реконструкция тепловых пунктов. [7] Мероприятия по реализации теплоснабжения предполагает минимум затрат на обслуживание тепловых пунктов. В этом случае принцип очередности путей решения задач первой и второй групп не вызывает раздумья:
 установка систем управления теплопотреблением;
 осуществление мероприятий по утеплению зданий с устаревшими ограждениями. [7]
Обе реализуемые группы способны обеспечить экономию тепловых ресурсов от 20 до 50. [8]
Внедрение современных автоматизированных систем управления тепловым режимом с решением важных задач по энергоснабжению, является эффективным средством повышения качества теплоснабжения зданий и сооружений.
Автоматизация тепловых пунктов является одним из главных направлений развития систем отопления и вентиляции. Внедрение автоматизированных систем управления позволяет эффективно решать задачи по управлению и повышению технического уровня эксплуатации систем теплоснабжения. Обеспечивать комфортным микроклиматом в помещениях большой площади, условиями которого является работа при выполнении определенных видов занятий, в соответствии с современными нормами СанПиН, от чего зависит сохранность теплового баланса организма при изменении температуры воздуха.
Применение автоматизированных тепловых пунктов позволяет осуществлять нужный режим отопления в административных, промышленных помещениях и жилых зданиях, например, снижать температуру на отопление в не рабочее время, ночью, в выходные и праздничные дни, а также при отсутствии людей в данных помещениях.
Тепловой пункт это комплекс технологического оборудования используемый в процессах теплоснабжения, горячего водоснабжения, отопления, вентиляции потребителей производственных и жилых зданий. Главной задачей является оптимальное распределение тепловой энергии от центральной тепловой сети к потребителям.
На сегодняшний день в основе регулирования климатических параметров (температура, влажность) в жилых, офисных и производственных помещениях лежат задачи по применению автоматизированных систем отопления, электронных устройств.
Выбор источника теплоснабжения определяется технико-экономическими расчетами и зависит от размеров и концентрации тепловых нагрузок.
В связи с этим определены преимущественные цели и обозначены задачи данной работы.




























ГЛАВА 1. Общие сведения о тепловых пунктах
1.1.Виды тепловых пунктов
Тепловые пункты – комплекс оборудования для подготовки теплоносителя, его распределения и регулирования параметров перед подачей в системы отопления, а также ГВС (горячее водоснабжение) и вентиляции жилых, производственных зданий разного типа, оборудованный автоматической системой для учета потребления тепла.
Тепловые пункты можно разделить на три наиболее распространенные вида:
 центральные тепловые пункты (ЦТП);
 индивидуальные тепловые пункты (ИТП);
 блочные тепловые пункты (БТП).
В основном отличия тепловых пунктов заключаются в типе подключения к системам подачи и распределения теплоносителя, способу монтажа и количестве обслуживаемых потребителей.
Центральные тепловые пункты строятся для обслуживания нескольких потребителей как жилого, так и промышленного назначения. В большинстве случаев ЦТП устраиваются в отдельном сооружении и присоединяются к магистральным теплопроводам.
Индивидуальные тепловые пункты применяются для обеспечения отопления отдельных зданий, сооружений небольших помещений. Установка тепловых пунктов такого типа производится в подвальных или технических помещениях здания. ИТП может находиться и в отдельном сооружении, которое расположено в непосредственной близости от объекта обслуживания. Подключение ИТП производится к системе центрального теплоснабжения.
Блочные тепловые пункты производятся промышленным способом в виде отдельных блоков, которые монтируются на одной раме. В зависимости от тепловой нагрузки могут состоять из одного или нескольких блоков.
По схеме подключения к питающим сетям подразделяются на зависимую и независимую.
В случае применения зависимой схемы подключения для отопления используется теплоноситель непосредственно из теплотрассы (рис. 2), подающийся через узел смешения.

Рисунок 2. Зависимая система теплоснабжения.

Такая схема подключения конструктивно проста и легка в обслуживании, но при этом нет возможности обеспечить погодозависимое регулирование тепла в отапливаемых помещениях и как следствие перерасход теплопотребления. Так же качество самого теплоносителя оставляет желать лучшего и повлиять на него невозможно.
Независимая схема подключения ТП подразумевает применение теплообменных устройств, при этом теплоноситель внутри отапливаемого здания не смешивается с теплоносителем, подаваемым из теплосети (рис. 3).

Рисунок 3. Независимая система теплоснабжения.
Преимуществом независимой системы отопления являются:
 возможность гибкой регулировки температурного режима в помещениях путем поддержания необходимого давления, так как теплоноситель изолирован от теплоцентрали;
 возможность регулирования расхода греющего теплоносителя
 возможность применения различных видов теплоносителя (вода, этиленгликоль и др.);
 возможность применения автоматизированных систем управления тепловым пунктом (АСУ ТП) для осуществления регулирования, контроля и оповещения и защиты при возникновении аварийных ситуаций;
 получение эффекта энергосбережения от 10 до 40.
Такие системы имеют в своем составе довольно сложное и дорогое оборудование, требующее затрат на обслуживание и трудоемкий дорогостоящий ремонт.
.Система отопления с зависимым присоединением отопления, сейчас потеряла свое распространение. При подключении систем отопления к тепловым сетям по зависимой схеме, необходимо предусматривать автоматизированный насосный узел смешения для каждого здания, где устанавливается ТП, обеспечивая защиту от повышенного давления, регулирование температуры теплоносителя в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. [9]
В современном строительстве применяется исключительно независимая схема отопления, имеющая все важные преимущества современных систем теплоснабжения, несмотря на крупные финансовые затраты и вложения. Переход на независимое отопление происходит повсеместно. Иногда применяют комбинированную схему присоединения местного теплового пункта, используя при этом и зависимую, и независимую системы отопления.
В составе комплектующего оборудования тепловых пунктов предусматриваются приборы контроля, управления и система автоматики, теплообменные аппараты, насосы, запорно-регулирующая арматура, устройства для умягчения воды, при помощи которых осуществляется:
 подготовка воды для систем отопления; [18]
 заполнение и подпитка систем отопления; [18]
 подогрев водопроводной воды для системы ГВС;
 изменение температурного графика и вида теплоносителя;
 распределение и регулирование расхода теплоносителя по системам отопления;
 учет и контроль тепловых потерь теплоносителя;
 защита оборудования от аварийных режимов и отключение систем потребления при их возникновении.
Поддержание комфортных условий в здании, обеспечение безопасности, защита от нештатных ситуации обеспечивают множество технологических процессов, которые характеризуют определенный набор параметров и сигналов управления. Все это в совокупности называется системой жизнеобеспечения здания.
В зданиях с разными системами жизнеобеспечения устанавливают от 25 до 50 и более различных систем теплообеспечения, которые отличаются друг от друга по назначению и выполняют определенные функций:
 электронные;
 электрические;
 гидравлические;
 механические.
.Каждая из систем поставляется в комплекте с оборудованием, на базе которого можно создать законченные решения с системой контроля и управления. [10]. Для контроля систем теплоснабжения, организуется диспетчерский пункт, где диспетчер получает информацию о состоянии системы жизнеобеспечения и имеет возможность подать сигналы о сбое системы управления. Такой пункт может быть расположен как в самом здании ТП, так и на удаленном расстоянии.
Проектируемая автоматизированная система управления тепловых режимов должна обеспечивать комфортное пребывание в помещении (температурный режим), распределять, регулировать и контролировать заданные параметры теплоносителя, вести автоматический учет расхода тепловой энергии теплоносителя от пункта до потребителя. Система автоматизации так же предназначена для контроля и управления оборудования технологического процесса в автоматическом режиме без постоянного присутствия