Регулирование системы отопления офисного здания

Н. Копылов

Применение систем автоматического регулирования тепловой нагрузки в системах отопления становится все более актуальным по причине постоянного роста цен на энергоносители и, соответственно, тарифов теплоснабжающих компаний. Особенно существенная экономия при этом возможна в офисных помещениях – в связи с непостоянством их использования в течение суток и недели. Об опыте модернизации, проведенной недавно в офисе компании «Данфосс ТОВ» в Киеве, рассказали нам технические специалисты данного предприятия Александр Гут и Алексей Жаданов

Решение о модернизации существующей системы теплопотребления было принято в минувшем году, после повышения тарифов на теплоснабжение. До этого здание, в котором располагается офис компании, было оснащено тепловым узлом с трехходовым смесительным клапаном с ручным управлением. На каждом отопительном приборе (радиаторе) были установлены автоматические терморегуляторы, не связанные между собой в какую-либо единую систему. Коммерческий учет количества тепловой энергии, потребленной на нужды отопления, осуществлялся теплосчетчиком типа Sonometer 2000 с ультразвуковым расходомером.

При старте проекта модернизации существующей системы теплопотребления было также учтено то, что здание в целом обладает достаточно невысоким уровнем тепловых потерь – внешние стены в 2 силикатных кирпича, обшитые изнутри гипсокартоном, пластиковые окна с двухкамерными стеклопакетами. Общая площадь помещений – 1 800 м². При этом из трех этажей первый и второй совмещены – здесь находится некогда производственное помещение с высокими потолками.

Индивидуальный тепловой пункт

В первую очередь было решено реконструировать существующий тепловой узел с обустройством современного индивидуального теплового пункта (ИТП) для автоматического управления режимами работы системы отопления. Для этого был выбран стандартный узел смешения (СУС) SML Danfoss (рис. 1), предназначенный для создания соответствующих режимов теплоснабжения и трансформации параметров тепло. D_1

Рис. 1. Стандартный узел смешения SML Danfoss носителя в автоматическом режиме

СУС SML Danfoss – это индивидуальные тепловые пункты, которые разработаны для систем отопления и используют так называемую зависимую схему подключения к тепловой сети.

Данный ИТП включает автоматический регулятор перепада давления прямого действия, регулирующий клапан с электроприводом, обратный клапан, реле и датчики температуры и давления. Поскольку предполагалось построение системы с переменным расходом, то обязательным условием проекта было включение в схему энергоэффективного циркуляционного насоса с частотным регулированием (выбран насос немецкой компании Wilo). Управление оборудованием ИТП осуществляется из общего шкафа управления, на базе электронного регулятора ECL Comfort.

По современным нормам обязательным условием для любой системы отопления является применение погодозависимого регулирования параметров ее работы при помощи регулятора теплового потока. В свою очередь, регулятор теплового потока – это комплекс автоматического оборудования, в котором электронный регулятор температуры корректирует температуру теплоносителя на входе в систему теплопотребления, в зависимости от погодных условий. Регулирование осуществляется при помощи клапана с электроприводом, в соответствии с выходными сигналами от датчиков температуры (наружного воздуха, теплоносителя на входе и выходе системы отопления, внутри помещения).

Датчик температуры наружного воздуха, в соответствии с рекомендациями производителя, устанавливается на северной части фасада здания и должен быть защищен от попадания прямых солнечных лучей для корректной работы. При изменении температуры воздуха снаружи отапливаемого здания электронный регулятор посредством регулирующего клапана с электроприводом увеличивает или, наоборот, снижает расход греющего теплоносителя из тепловой сети во внутреннюю систему отопления.

СУС SML Danfoss рассчитаны на работу с теплосетью с максимальной температурой теплоносителя до +150°С и номинальным давлением до 25 бар. Расчетные температуры системы отопления при этом составляют 95/70°С.

При модернизации для коммерческого учета потребляемого тепла был применен теплосчетчик Multical602 с ультразвуковым расходомером производства компании Kamstrup (Дания). Необходимость замены прибора учета была продиктована возможностью подключения тепловычислителя к электронному регулятору ECL Comfort через стандартный интерфейс M-bus от теплосчетчика регулятору для последующей передачи данных в систему диспетчеризации, а именно на сайт ECL Portal, используемый для дистанционного управления и мониторинга работы ИТП.

Система отопления

Внутренняя система отопления офиса также претерпела изменения. В первую очередь, термостатические элементы было решено заменить на новые с электронным управлением типа living сonnect (рис. 2). Это программируемые микропроцессорные регуляторы для поддержания заданной температуры воздуха, преимущественно в помещениях жилых зданий, обслуживаемых системой водяного отопления. Данные регулирующие устройства оснащены ЖК-дисплеем, на котором отображаются установленная температура воздуха, заряд батарей и другая информация. Точность поддержания температуры в помещениях обеспечивается при помощи ПИД-алгоритма. Возможно программирование по времени суток и дням недели. Есть блокировка от несанкционированного вмешательства. Кроме того, предусмотрена такая важная в теплый период года (при отключении систем отопления) функция, как защита от залипания: клапан в терморегуляторе самостоятельно открывается и закрывается один раз в неделю.

D_2

Рис. 2. Электронный терморегулятор

Помимо этого, терморегуляторы оснащены функцией «Открытое окно». Она обеспечивает энергосбережение при залповом проветривании (резком снижении температуры в помещении) – клапан перекрывает подачу теплоносителя в радиатор, а затем, по прошествии 30 минут, возвращается к обычной работе.

Для максимального эффекта энергосбережения терморегуляторы управляются по радиоканалу с комнатного беспроводного датчика температуры RS, установленного в том же помещении на стене. В свою очередь, датчики всех комнат через беспроводное подключение подсоединены к центральной панели управления (рис. 3), установленной в центре офиса, в коридоре.

D_3

Рис. 3. Центральная панель управления

Данное устройство оснащено сенсорным экраном. На нем отображаются параметры работы системы во всех помещениях. Та же информация с возможностью корректировки настроек постоянно доступна ответственному работнику предприятия удаленно – на смартфоне или планшете, благодаря установленному на этих портативных устройствах приложению Danfoss Link app (рис. 4).

D_4

Рис. 4. Интерфейс управления системой отопления со смартфона

Таким образом, можно постоянно в режиме онлайн контролировать работу системы отопления и вносить, при необходимости, корректировки.

В рассматриваемом случае число зон регулирования достигло нескольких десятков – в соответствии с количеством помещений. Температурный режим в них выбирался исходя из рекомендаций действующего ДБН В.2.5-67:2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и пожеланий сотрудников, особенностей их рабочих мест. В частности, как уже упоминалось, на первом этаже здания расположено производственное помещение, просторное и с высокими потолками. В настоящее время оно используется как учебная аудитория, а поскольку занятия проходят непостоянно, то в нем в основном поддерживается минимальная температура. И напротив, в приемной, где периодически возникают сквозняки, для комфорта сотрудников в рабочее время фиксируется максимальная температура +26 °С.

Всего здание было разбито на 37 зон (помещений), которые оборудованы настенными датчиками температуры воздуха и в каждом из которых установлены свои параметры поддерживаемой температуры воздуха. Кроме того, в общую систему управления впоследствии был включен теплый электрический пол, оборудованный в учебном центре на первом этаже здания – дополнительно еще 3 зоны. Кабельная система обогрева управляется при помощи терморегуляторов с датчиками пола FT, а на более высоком уровне – с центральной сенсорной панели (и/или со смартфона). Всего таких панелей в офисном здании две – на разных этажах. Интересно, что беспроводные датчики воздуха и радиаторные терморегуляторы системы Danfoss Link не зависимы от сети энергоснабжения. Они запитаны от обычных элементов питания, заряда которых хватает на 2 года.

Энергоэффективность

Энергоэффективность работы системы отопления именно офисных помещений достигается, прежде всего, за счет минимизации расходов тепла в выходные дни и в нерабочее время. Ведь, как свидетельствует общемировая практика, снижение температуры воздуха в отапливаемом помещении всего на 1°С приносит от 6 до 9% снижения потребления тепловой энергии. Впрочем, переусердствовать не стоит. Минимизировать температуру также необходимо грамотно, ведь если переохладить помещение, то затем потребуется затратить большое количество энергии, чтобы его снова прогреть.

В рассматриваемом примере были выбраны оптимальные пределы регулируемых температур воздуха в помещениях от 16 до 26°С.

Особенность описанной системы управления состоит в том, что она автоматически подстраивается под потребности клиента. А именно: в течение первой недели эксплуатации терморегуляторы living connect настраиваются, запоминая время, в которое следует начинать обогрев помещения для достижения нужной температуры воздуха к заданному моменту (например, началу рабочего дня). В связи с этим в первое время происходят незначительные колебания температуры, затем же интеллектуальные устройства выходят на рабочий режим и поддерживают установленную комфортную температуру точно в заданные периоды.

Итоги работы

Результатом описанной модернизации офисной системы теплоснабжения стала существенная экономия тепловой энергии. Для сравнения были выбраны показатели работы системы за одинаковые периоды времени – за три первых месяца 2015-го, когда система еще не была смонтирована, и аналогичный период 2016 года (см. таблицу). В результате в абсолютном количественном выражении, по показаниям приборов учета, в первом квартале текущего года здание снизило потребление тепла на 24,2 Гкал, или на 57,5%, по сравнению с аналогичным периодом предыдущего года.

Таблица. Сравнение потребления тепла

Однако будет не совсем корректно для оценки эффекта от модернизации сравнивать только абсолютные цифры, ведь температура наружного воздуха в одном и том же месяце, но в разные отопительные сезоны может существенно отличаться. Поэтому для приведенных расчетов используют специальный корректирующий фактор – так называемые градусо-сутки.

Это показатель, равный произведению разности температуры внутреннего воздуха и средней температуры наружного воздуха за исследуемый период (в который осуществлялось теплоснабжение) на продолжительность этого периода в сутках.

ГС = (Tв – Тн)×Пп, где:

ГС – количество градусо-суток;
Tв – температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °С (при отсутствии реальных данных принимается равной нормативному значению +20 °С);
Тн – средняя температура наружного воздуха за исследуемый период, °С (по данным метеонаблюдений);
Пп – продолжительность (в сутках) исследуемого периода.

В рассматриваемом случае средняя температура в помещениях установлена на уровне 20 °С, а продолжительность оцениваемого периода составляет 90 и 91 день (2016 год – високосный). Что касается среднемесячной температуры рассматриваемого квартала, то она взята из данных Гидрометцентра Украины. Так, например, если для Киева в 2015 году средняя температура января составляла -0,7 °С, то в тот же месяц текущего года – уже -5,4 °С.

Исходя из имеющихся данных, рассчитывается количество градусо-суток:

в первом квартале 2015 года: (20 – 3,6) × 90 = 1476 градусо-суток;
в первом квартале 2016 года: (20 – 0,5) × 91 = 1774 градусо-суток.

Получаемая разница – в 1,2 раза. Таким образом, введя этот поправочный коэффициент, можно подсчитать, что итоговая экономия составила 57,5 × 1,2 = 69%.

Экономический расчет

Основные затраты на модернизацию системы теплопотребления офиса компании «Данфосс ТОВ» в Киеве были связаны с обустройством индивидуального теплового пункта (рис. 5). Расходы на оборудование, а также теплосчетчик, дополнительные материалы, работа по монтажу и запуску обошлись приблизительно в 180 тыс. гривен.

Еще 60 тыс. гривен было потрачено на оборудование для управления системой отопления: радиаторные терморегуляторы, центральная панель управления, дополнительные датчики и повторители сигнала.

Таким образом, общие затраты на модернизацию составили 240 тыс. гривен.

Если взять примерную экономию за отопительный сезон порядка 50 Гкал, то в существующих ценах за 1 Гкал в 1 338 грн. с НДС можно подсчитать, что годовая экономия составляет 66 900 грн. Таким образом, срок окупаемости проекта составит 240 000/66 900 = 3,6 года.