Эффективные системы жизнеобеспечения мегаполисов – основа устойчивого развития государства (стр. 2 )

климатическими условиями

Если расположить в диаграмме число и плотность городов в зависимости от климатических параметров (градусо-суток ГСОП), то мы увидим, что динамика плотности городов явно обратно пропорциональна интенсивности зимы почти во всем диапазоне значений (рис.4). Но для двух регионов эта зависимость иная: в Центральном регионе число городов растет, так как здесь активно реализуются функции центра страны. Для Южного округа с ГСОП 3500 град*сут. тенденция централизации (коммунализации) расселения сменяется определенной децентрализацией. Можно сказать, что в Южном районе природно-климатические условия позволяют значительной части населения поддерживать приемлемый уровень жизненных условий и в индивидуальных домах. Экономия тепловой энергии на отопление также четко связана с пространственной концентрацией проживания.

Рис.4. Распределение плотности и числа городов в регионах РФ.

Как же проявляется механизм экономии ресурсов на отопление при концентрации населения в небольших городах? Это связано в первую очередь с формой и размерами зданий. Диссипация тепловой энергии зданиями пропорциональна наружной площади ограждений и температурному перепаду стен и окружающей среды. При росте размеров здания от 1 тыс. м3 до 100 тыс. м3 , удельные затраты на отопление единицы объема здания падают в 5 раз [4]. Очевидно, что индивидуальное коттеджное строительство, то есть уменьшение размеров зданий меньше 2,5-3 тыс. м3, существенно повышает удельные теплопотери ограждающими конструкциями.

Таким образом, можно выделить как минимум два порога (типа самоорганизации) повышения эффективности систем населенных мест (городов). Первый связан с концентрацией проживания (снижение удельных отопительных затрат) – с уровня 100-150 тыс. человек. И второй – применение теплофикации (комбинированной выработки тепла и электроэнергии) - с уровня 300-400 тыс. человек. Теплофикация, то есть комбинированная выработка тепловой и электрической энергии, наряду с экономией до 35% топлива, также является и важнейшим фактором снижения экологического влияния на окружающую среду. Коммунальность систем жизнеобеспечения, таким образом, служила важным фактором экономии ресурсов в преодолении сопротивления среды (расстояния, суровый климат, невысокая плодородность земель) [5]

II. Реалии функционирования систем теплоэнергоснабжения в мегаполисах.

Проведение масштабных работ по энергосбережению в существующем коммунальном фонде ряда городов и регионов [6] позволило накопить обширный фактологический материал, обобщение которого, на наш взгляд, позволяет прояснить некоторые нерешенные вопросы и проблемы коммунального хозяйства. В частности, только в ходе комплекса работ по энергосбережению на территории ряда округов Москвы создано 20 зон энергетической эффективности, установлено свыше 650 приборов учета тепловой энергии, горячего и холодного водоснабжения, системы регулирования тепловой нагрузки. В целом за 2001-2004 годы системами учета и регулирования оснащены свыше 500 зданий (и 15 крупных ЦТП) с суммарным объемом свыше 2,3 млн. м3, в которых проживают свыше 75 тыс. жителей.

Таблица 5. Основные результаты проведения работ по анализу и повышению энергетической эффективности коммунального комплекса.

Демонстрационные	·  Выявлена структурная несбалансированность гидравлических режимов, тепловых нагрузок и реального энергопотребления зданиями ·  Скорректированы расчетные тепловые нагрузки объектов ·  Определены реальные затраты энергоресурсов и воды населением в типичном фонде строений города
Научно- методические	·  Разработаны методики уточнения и коррекции удельных тепловых нагрузок, предложены удельные показатели для оценки энергетической эффективности зданий и сооружений ·  Выявлены основные резервы энергосбережения, продемонстрированы возможности реализации энергосберегающих решений в зданиях
Организационные и социально-экономические	·  Определена структура нового механизма расчетов с энергоснабжающими организациями за отпущенные ТЭР ·  Выявлены роли и функции энергосервисных компаний по обслуживанию приборов учета энергопотребления ·  Осуществляется подготовка специалистов по тиражированию полученных решений на всей территории округа

Комплекс экспериментальных данных по измерению тепловых режимов зданий не дает нам веских оснований утверждать, что главными источниками необоснованных потерь тепловой энергии в зданиях являются трансмиссионные потери через ограждающие конструкции, и сверхнормативные потери в сетях. Напротив, выявлены многочисленные перетопы зданий с приемлемыми характеристиками ограждений [7].

Комплексные исследования большого числа коммунальных потребителей [8] свидетельствуют, что годовые затраты тепловой энергии на отопление зданий определяются в первую очередь не столько теплотехническими характеристиками ограждений, сколько теплогидравлическими режимами систем отопления, при этом величины дисбалансов («перетопов») зданий достигают существенных значений. Если в случае ухудшенных характеристик ограждений жители «добирают» необходимое количество тепла на отопление с помощью дополнительных устройств, то в случаях «перетопов» комфортная температура в помещениях обеспечивается «форточками». В обоих случаях налицо существенные перерасходы тепловой энергии, что подтверждается сопоставлением приходных и расходных характеристик теплового баланса зданий. В частности, установка систем регулирования теплопотребления на зданиях приводит к экономии до 15-19 % тепловой энергии на отопление.

В числе методов снижения «перетопов» и согласования режимов теплопотребления наряду с установкой регулирующих устройств в обязательном порядке целесообразно использовать технологии промывки отопительных систем зданий. В частности, опыт проведения промывки систем отопления на основе использования поверхностно-активных ингибиторов коррозии для оборудования и трубопроводов показал, что за счет удаления отложений с поверхностей оборудования и трубопроводов отопительных систем ЦТП и жилых зданий обеспечивает снижение на 10 -15 % теплопотребления зданий в системах отопления [7].

Дисбалансы энергопотребления возникают, поскольку городские системы отопления настроены на некоторые средние параметры. Очевидно, что для разных зданий комплекс мероприятий по энергосбережению может существенно различаться; или можно утверждать, что одинаковые меры принесут для разных объектов самые разные результаты. Поскольку, как показала практика, на территории одного микрорайона (и ЦТП) находятся здания самых разных параметров, то каждое из них требует собственной системы регулирования теплопотребления. Зачастую в этом случае требуется и согласование теплогидравлических режимов в рамках единой системы ЦТП. Построение эффективных систем распределенного регулирования и управления коммунальным теплопотреблением – важнейшая задача, как раз требующая органичной интеграции разнородных и разноплановых знаний специалистов по теплоснабжению, строительной теплофизике, инженеров и архитекторов, проектировщиков и эксплуатационников [8].

Масштаб возможных избытков в целом по территориальному комплексу иллюстрируют графики на рис.5.

а) Теплопотребление в 2002 г.

б) Теплопотребление в 2003 г.

Рис.5. Дисбалансы между требуемым количеством тепла для отопления и подведенным

по реестрам теплоснабжающих организаций.

Реестры теплоснабжающих организаций показывают, что коммунальным потребителям крупного территориального образования г. Москвы поставлено как минимум на треть тепла больше, чем это требуется по санитарным нормам и нормативам потерь для условий Московского региона [9].

Похожая работа выполнялись и в других регионах [10]: для оценки степени влияния нерасчетных режимов на балансовые показатели системы производился энергетический аудит на магистральных и распределительных тепловых сетях от ТЭЦ ряда крупных городов, и на отводах к зданиям. Поскольку поставщики тепла и потребители тепловой энергии использовали для расчетов разные методические подходы, в процессе аудита была поставлена задача уточнить их возможные погрешности с целью сближения расчетно-методических подходов. Экспериментальное определение расходов теплоты в действующих распределенных сетях порой приводит к весьма неожиданным результатам. Около половины данных показывают совпадения расходов по замкнутым контурам, другая половина демонстрирует определенные расхождения расходов на входе и на выходе. Помимо причин метрологического или иного характера, это вполне закономерное следствие разбалансировки распределительных сетей. Результаты замеров температурных параметров и расходов показали сильную неравномерность и несбалансированность потокораспределения теплоносителя.

В процессе энергетического аудита в теплосетях выявлены резкие изменения расходных характеристик, в ряде случаев расход на выходе группы зданий превышал входные значения. Как видно из графика на рис.6, колебания расхода происходили бессистемно, в обе стороны от номинально-расчетных значений [7]. Естественно, в силу разрегулированности гидравлических режимов транспорта теплоносителя, затруднены и нарушены нормальные процессы теплопередачи отопительных приборов зданий.

Рис.6. Колебания параметров расхода и температур на объектах аудита.

Разнокачественность теплотехнических характеристик зданий, произвольным образом распределенных по территории, накладывается на разнородность климатических характеристик и параметров, и приводит к совершенно уникальной картине потребления ресурсов коммунальным комплексом (рис.7). Задачи мониторинга и управления энергопотреблением требуют создания современных информационных систем анализа эффективности и прогнозирования потребления ресурсов в коммунальном комплексе. Адекватные обобщенные аналитические данные по районам (территории в целом) невозможно получить без наличия точной исходной информации о потреблении ресурсов по зданиям и ЦТП. Комплекс исходных данных для анализа различается для объектов разного уровня, при этом наиболее точной должна быть информация с низовых объектов: зданий, ЦТП, или, говоря точней, с приборов учета, установленных на этих потребителях ресурсов.