Энергетическое сопоставление терморегуляторов и шаровых кранов на узлах обвязки отопительных приборо - Журнал С.О.К. Сантехника Отопление Кондиционирование

Указанное постановление в большей или меньшей степени нашло отражение в строительных нормах. Так, в 2006 г. введен в действие ДБН В.2.2-15-2005 «Жилые здания. Основные положения». По этому нормативу выбор технического оснащения инженерных систем здания зависит от категории жилья. Для жилья II категории (социального), т. е. строящегося за средства госбюджета, при проектировании систем отопления по п. 5.28, допускается применение ручных полнопроходных кранов на отопительных приборах, при наличии пофасадного регулирования, если это предусмотрено заданием на проектирование. В то же время по п. 3.14 изменения № 2 к СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» у каждого отопительного прибора обязательна установка автоматических терморегуляторов, а не кранов. Представляется целесообразным сопоставить эти два различных нормирования по энергосберегающему эффекту.

Экономический эффект от терморегуляторов прописан в п. 6 приложения 12 изм. № 1 к СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Величину расчетного годового теплопотребления системой отопления следует уменьшать на 10 %, если более 75 % отопительных приборов оборудованы автоматическими терморегуляторами, т. е. энергетический эффект зависит от количества терморегуляторов. Данный раздел нормы отличается от современных европейских подходов. Например, от немецкого норматива DINV 4701-10:2003-8 Energetische Bevertung heiz-undraumlufttechnischer. Anlagen. Heizung, Trinkwassererewarmung, Luftung, разработанного в соответствии с предписанием Евросоюза по энергосбережению — EnEV. По этому нормативу энергетический эффект от терморегуляторов определяется их конструктивным исполнением (пропорциональные с поддержанием разности температур в 2 °С, 1 °С, 0,5 °С; электронные; электронные оптимизированные) и применением в различных системах (с радиаторами у наружных или внутренних стен; с напольными или другими отопительными панелями). Кроме того, учитывается взаимодействие системы отопления с системами вентиляции и горячего водоснабжения, внешними системами энергоснабжения и источником энергии.

Как видим, экономический эффект от терморегуляторов может быть различным и определяться множеством факторов. Особо следует обратить внимание на то, что иногда в литературе однозначно указывают значение эффекта от терморегуляторов 20–25 %. Это тоже верно. Во-первых, когда речь идет об экономическом эффекте, прописанном в нормах, то устанавливают минимальновозможное его значение, примерно 10 %. Реальное, зачастую в несколько раз выше. Во-вторых, эффект от терморегуляторов состоит из двух частей: энергосберегающей, прописываемой в нормах, и социальной — от улучшения теплового комфорта, не указываемой в нормах. Так, в результате получаемой дополнительной тепловой энергии, образующейся при модернизации системы отопления (установке терморегуляторов) и термореабилитации здания (утеплении ограждающих конструкций), примерно 50 % этой энергии расходуется на комфортное повышение температуры воздуха в помещении. Этот результат был полученпри исследовании реальных объектов и представлен зарубежными коллегами на Международном семинаре «Устранение барьеров на пути повышения энергоэффективности в жилищном секторе», организованном Альянсом по энергосбережению и Партнерством в области возобновляемой энергии и энергоэффективности (REEP) АМР США 6-7.02.2006 в Киеве.

Несколько по иному определяют энергосберегающий эффект от терморегуляторов по немецкой методике, представленной в VDI 3808: 1993 «Energiewirtschaftliche Beurteilungskriterien fur heiztechinische Anlagen». Она интересна тем, что рассмотрено различное техническое оснащение автоматическим оборудованием как системы отопления, так и теплового пункта (см. таблицу), что позволят выделить долю эффекта от тех или иных клапанов.

Однако следует обратить внимание на то, что этот норматив разработан с учетом конструктивных особенностей местных производителей терморегуляторов — с жидкостными сенсорами. В Украине в основном применяют газоконденсатные терморегуляторы, производимые по технологии компании «Данфосс», которые имеют более высокие показатели в энергосбережении. Это достигнуто за счет минимизации в два раза времени запаздывания реакции терморегулятора на устранение теплоизбытков в помещении, согласно EN 215-1:1987 «Thermostatic radiator valves. Requirements and test methods». Несмотря на указанные отличия, рассмотрим эффект от терморегуляторов и пофасадного регулирования. Энергетическое сопоставление терморегуляторов и шаровых кранов на узлах обвязки отопительных приборов осуществлено для двух вариантов технического оснащения систем отопления здания, расположенного в Украине. В обоих случаях рассмотрены системы с наличием регуляторов теплового потока по погодным условиям на абонентском вводе тепловой сети или местной котельной, согласно п. 3.15 изм. № 2 к СНиП 2.04.05-91:

систем с регулированием температуры подаваемого теплоносителя и адаптацией кривой отопления по погодным условиям (пример 1); в одной из систем установлены терморегуляторы, в другой — отсутствуют терморегуляторы (установлены шаровые краны);
систем с пофасадным регулированием и без него (пример 2).

В применяемом нормативе дана оценка энергосберегающих мероприятий по экономии теплопотребления вследствие ручного либо автоматического временного понижения (ночного, выходного дня) температуры помещения, недопущения избыточных теплопритоков, поддержания температурных условий в помещении. Подробное влияние регулировочно-технического оснащения системы отражено коэффициентом сокращения теплопотребления вследствие поддержания температурных условий в помещении:

где t — заданная температура здания, равная нормируемой температуре основных помещений от 17 до 23 °С (принята равной 20 °С, согласно изменениям № 2 (межгосударственным) к СниП 2.04.05-91);
tZ — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С (взята в диапазоне значений от самого низкого -2,5 °С для г. Сумы до самого высокого +5,2 °С для г. Ялта согласно «Справочнику по теплоснабжению и вентиляции под ред. Щекина, кн. 1»);
fR1 и fR2 — коэффициент качества регулировочно-технического оснащения системы, соответственно, для базового и применяемого варианта проектных решений (принятых для примера 1 — позиции 4 и 8; для примера 2 — позиции 8 и 10). Ориентировочные значения fR приведены в таблице.

Пример 1. Необходимо определить энергосберегающий эффект от применения жидкостных терморегуляторов на отопительных приборах вместо шаровых кранов при температуре воздуха в помещении t = 20 °С и диапазоне средней температуры наружного воздуха в Украине за отопительный период tZ = -2,5…+5,2 °С. Тепловой пункт системы в обоих вариантах оснащен регулятором температуры теплоносителя, адаптированным к кривой регулирования системы отопления по погодным условиям.

Решение. Принимаем коэффициент качества fR1 = 1,06 (позиция 4 таблицы) регулировочно-технического оснащения системы отопления без терморегуляторов; для системы отопления с жидкостными терморегуляторами — система fR2 = 1,02 (позиция 8). Тогда сокращение теплопотребления составит:

=0,950...0,966.
Снижение теплопотребления:
(1 - 0,950…0,966) . 100 = 5,0…3,4 %.

Таким образом, даже с учетом обеспечения центрального и местного качественного уровней регулирования в тепловом пункте достигают энергосберегающий эффект от применения жидкостных терморегуляторов на отопительных приборах вместо шаровых кранов, который составляет 3,4…5,0% годового теплопотребления.

Пример 2. Необходимо определить энергосберегающий эффект от применения пофасадного регулирования при температуре воздуха в помещении t = 20 °С и диапазоне средней температуры наружного воздуха в Украине за отопительный период tZ = -2,1…+5,2 °С.

Решение. Принимаем коэффициент качества fR1 = 1,02 (позиция 8 таблицы) регулировочно-технического оснащения системы отопления регулятором температуры подаваемого теплоносителя с адаптацией кривой отопления по погодным условиям и терморегуляторами; для системы отопления с двумя уровнями регулирования по внешним условиям (первый — в котельной либо на ТЭЦ, второй — в тепловом пункте с пофасадным регулированием) и терморегуляторами — fR2 = 1,010 (позиция 10). Тогда сокращение теплопотребления составит

= 0,987...0,991.

Снижение теплопотребления:
(1 - 0,987…0,991) . 100 = 0,9…1,3 %.

Как видим, эффект от пофасадного регулирования в системах отопления с терморегуляторами ничтожно мал, поэтому системы с терморегуляторами и пофасадным регулированием применяют крайне редко: в зданиях с большими фасадами, где этот незначительный эффект превышает стоимость дополнительного контура фасадного регулирования. Таким образом, при экономическом обосновании проектного решения по п. 5.28 ДБН В.2.2-15-2005 проектировщику следует сравнивать систему с терморегуляторами на радиаторах и одним тепловым пунктом с системой, у которой установлены шаровые краны на радиаторах и два контура теплового пункта (для двух фасадов). Стоимость оборудования обоих вариантов сопоставима между собой, но результат от экономии энергоресурсов и обеспечения теплового комфорта в системе с терморегуляторами выше.

При адаптации к условиям Украины европейских методик энергосбережения, учитывающих влияние терморегуляторов, следует иметь ввиду, что наши здания по сравнению с европейскими:

имеют в несколько раз худшую теплозащиту ограждающих конструкций и, следовательно, бoльшие теплопоступления от солнечной радиации;
оснащены системами горячего водоснабжения с бoльшим в три раза водопотреблением и, следовательно, имеют бoльшие теплопоступления от этих систем;
оборудованы бытовой техникой с более низким к.п.д. и, следовательно, имеют бoльшие теплопоступления от нее;
кухни используют в значительно бoльшей степени и, следовательно, имеют бoльшие теплопоступления.

С учетом вышесказанного, энергосберегающий эффект от применения терморегуляторов в восточноевропейских странах несколько выше. Так, по данным модернизации систем отопления, представленным польскими коллегами на вышеупомянутом Международном семинаре, экономический эффект от применения терморегуляторов составляет не менее 10 %. Эти данные получены по результатам мониторинга 5056 зданий, прошедших в течение последних нескольких лет термореабилитацию и модернизацию систем отопления.

На основе обобщения мирового опыта осуществлено изменение нормативной базы даже в энергообеспеченной России. Терморегулятор стал обязательным элементом систем отопления жилых и общественных зданий (п. 6.5.13 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»). Энергосберегающий эффект от его применения определяют по СП 23-101-2000 «Проектирование тепловой защиты зданий». В этом своде правил представлена «Методика расчета удельного энергопотребления на отопление здания в течение отопительного периода».

Недостаток методики состоит в том, что европейские показатели двухтрубных систем были трансформированы на однотрубные, что не подтверждается исследованиями. Однако основные моменты энергоэффективности автоматического регулирования, в том числе и терморегуляторов, сохранены. В методике применены коэффициенты эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления. Чем ниже значение коэффициента эффективности, тем хуже восприятие системой отопления внутренних и внешних теплопритоков:
0,95 — в двухтрубной системе отопления с терморегуляторами и с центральным авторегулированием на вводе;
0,90 — в однотрубной системе отопления с терморегуляторами и с центральным авторегулированием на вводе;
0,70 — в системе отопления без терморегуляторов и с центральным авторегулированием на вводе;
0,50 — в системе отопления без терморегуляторов и без центрального авторегулирования на вводе.

Таким образом, по современным российским нормам отсутствие терморегуляторов на отопительных приборах (применение шаровых кранов) в системе отопления даже при наличии авторегулирования на вводе в здание ухудшает эффективность восприятия теплопритоков на (0,90... 0,95 - 0,70) . 100 = 20...25%.
Применение шаровых кранов на отопительных приборах вместо терморегуляторов в системе отопления без авторегулирования на вводе в здание ухудшает эффективность восприятия теплопритоков на (0,90...0,95 - 0,50) . 100 = 40...45%.

Шаровые краны относят к запорной арматуре. Они не предназначены для высокой цикловой нагрузки (частому срабатыванию), тем более ежедневному регулированию тепловым потоком отопительного прибора (см. Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. — Л.: Машиностроение, 1987. — 518 с.). Поэтому при ежедневном использовании запорной арматуры, которой является шаровой кран, она выходит из строя через несколько лет. В то время как регулирующий клапан, которым является терморегулятор, служит десятилетиями.

Кроме того, в отличие от терморегулятора, шаровой кран устанавливают на отопительный прибор с дополнительным сгоном и контргайкой, что увеличивает время монтажа узла обвязки отопительного прибора, в то время как терморегулятор оснащен присоединительным хвостовиком, являющимся разборным соединением, которое не требует никаких дополнительных уплотнительных материалов (пакли, фторопластовой ленты…).

Особо следует обратить внимание на тот факт, что шаровые краны предлагаются в однотрубных системах. Эти системы как с шаровыми кранами, так и с терморегуляторами ухудшают тепловой режим здания. При перекрытии отопительного прибора изменяется сопротивление всего стояка и уменьшается расход во всех отопительных приборах. В помещениях становится прохладнее. Это вызвано тем, что узел подключения радиаторов в однотрубных системах состоит из двух параллельных циркуляций теплоносителя: через замыкающий участок и через радиатор.

При отключении радиатора возрастает сопротивление замыкающего участка и, соответственно, стояка. Так, если один из экономных жителей решил отключить свой отопительный прибор, он ухудшает тепловой комфорт всех соседей по стояку. Для избежания этого отрицательного эффекта необходимо значительнозанижать коэффициент затекания теплоносителя в отопительный прибор, что, в свою очередь, ухудшает регулируемость системы. Это можно промоделировать на гидравлическом стенде, установленном в центральном офисе нашей компании. Всех сомневающихся приглашаем воочию убедиться в таких негативных характеристиках однотрубных систем отопления с запорной арматурой на узлах обвязки отопительных приборов.

Таким образом, не всякое, на первый взгляд, дешевое по капитальным затратам решение, в конечном счете, является эффективным для государства и потребителя. Применение шаровых кранов вместо терморегуляторов в системе отопления для регулирования отопительных приборов в социальном жилье является энергозатратным мероприятием, не отвечающим мировой практике создания энергоэффективных систем отопления.