Індивідуальний тепловий пункт для багатоквартирного будинку: схеми та рішення

С. Дейнеко

Індивідуальний тепловий пункт (ІТП) – комплекс пристроїв, що складається з елементів, які забезпечують приєднання системи опалення та гарячого водопостачання до централізованої теплової мережі. Основними елементами ІТП є: теплообмінники, насоси, клапани, датчики, контролери, блоки управління і запірно-регулююча арматура

Одночасно з ІТП в будівлях встановлюються вузли обліку теплової енергії, що дозволяють відслідковувати реально спожиту у будівлі кількість тепла на опалення, гаряче водопостачання або вентиляцію. Споживачеві це дає можливість проводити розрахунки з теплопостачальною організацією за показаннями лічильника, що, в с свою чергу, підштовхує до раціонального використання енергоресурсів шляхом модернізації своїх систем. Більш детальну інформацію про встановлення вузлів обліку теплової енергії ви знайдете в статті «Про правильну установку лічильника тепла» в одному з попередніх номерів нашого видання.

ІТП – найважливіша складова систем теплопостачання будівель. Від його характеристик багато в чому залежить регулювання систем опалення та ГВП, а також ефективність використання теплової енергії. Тому ІТП приділяється велика увага в ході термомодернізації будівель і на даний момент масштабні проекти по їх облаштуванню в багатоквартирних будинках втілюються в життя серед різних регіонів України.

У зв'язку з масовим встановленням ІТП змінюється і схема розподілу теплової енергії від джерела тепла до споживача (рис. 1).

Рис. 1. Схеми розподілу теплової енергії від джерела тепла до споживача

Сучасні рішення дозволяють підключати кожний будинок безпосередньо до джерела тепла, минаючи центральні теплові пункти (ЦТП). Дана схема дає можливість в разі аварії або ремонту трубопроводу відключати від системи тільки одного споживача, а не всю групу, одночасно позбавляючи опалення або гарячої води кілька будинків.

Температурний графік роботи теплової мережі визначає те, в якому режимі індивідуальний тепловий пункт буде працювати надалі, та яке обладнання необхідно в ньому встановлювати.

Розрізняють кілька температурних графіків роботи мережі:

• 150 / 70°С;
• 130 / 70°С;
• 110 / 70°С;
• 95 (90) / 70°С.

Якщо температура теплоносія не перевищує 95°С, то його залишається тільки розподілити по всій опалювальній системі. У цьому випадку можливо застосовувати тільки колектор з балансувальними клапанами для гідравлічної ув'язки циркуляційних кіл. Якщо ж температура теплоносія перевищує 95°С, його не можна безпосередньо використовувати в системі опалення без температурного регулювання. Саме в цьому і полягає важлива функція теплового пункту. При цьому необхідно, щоб температура теплоносія в системі опалення змінювалася залежно від температури зовнішнього повітря.

У теплових пунктах старого зразка (рис. 2, 3) в якості регулюючого пристрою застосовувався елеваторний вузол. Це дозволяло істотно знизити вартість обладнання, однак, за допомогою такого ТП було неможливо здійснювати точне регулювання температури теплоносія, особливо при перехідних режимах роботи системи, тобто, коли температура зовнішнього повітря коливалася в межах від +5 до мінус 5°С. Елеваторний вузол забезпечував тільки «якісне» регулювання, коли температура в системі опалення змінювалася в залежності від температури теплоносія, що надходить від централізованої теплової мережі. Це призводило до того, що «регулювання» температури повітря в приміщеннях проводилося споживачами за допомогою відкритого вікна та з величезними тепловими витра-
тами, що йшли в нікуди.

Рис. 2. Схема теплового пункту з елеваторним вузлом:
1 – трубопровід подачі; 2 – зворотний трубопровід; 3 – засувки; 4 – водомір; 5 – грязьовики; 6 – манометри; 7 – термометри; 8 – елеватор; 9 – прилади системи
опалення

Тому мінімальні початкові капіталовкладення виливалися в фінансові втрати в довгостроковій перспективі. Особливо низька ефективність роботи елеваторних вузлів проявилася зі зростанням цін на енергоносії, а також із неможливістю роботи централізованої теплової мережі по температурному або гідравлічному графікам, на який були розраховані встановлені раніше елеваторні вузли.

Рис. 3. Елеваторний вузол «радянської» епохи

Принцип роботи елеватора полягає в тому, щоб змішувати теплоносій з централізованої мережі та воду із зворотного трубопроводу системи опалення до температури, що відповідає нормативній для даної системи. Це відбувається за рахунок принципу ежекції при використанні в конструкції елеватора сопла певного діаметра (рис. 4). Після елеваторного вузла змішаний теплоносій подається в систему опалення будівлі. Елеватор поєднує одночасно два пристрої: циркуляційний насос і змішувальний пристрій. На ефективність змішування і циркуляції в системі опалення не впливають коливання теплового режиму в мережах.

Рис. 4. Принципова схема елеваторного вузла

Все регулювання полягає в правильному підборі діаметра сопла, дросельної шайби і забезпеченні необхідного коефіцієнта змішування (нормативний коефіцієнт 2,2). Для роботи елеваторного вузла не було необхідності підводити електричний струм.

Однак є численні недоліки, які зводять нанівець всю простоту і невибагливість обслуговування даного пристрою. На ефективність роботи безпосередньо впливають коливання гідравлічного режиму теплових мереж. Так, для нормального змішування, перепад тисків в трубопроводі подачі та зворотному трубопроводі необхідно підтримувати в межах 0,8 – 2 бар; температура на виході з елеватора не піддається регулюванню і безпосередньо залежить тільки від зміни температури зовнішньої мережі. В цьому випадку, якщо температура теплоносія, що надходить з котельні, не відповідає температурному графіку, то і температура на виході з елеватора буде нижче необхідної, що безпосередньо вплине на внутрішню температуру повітря в приміщеннях будівлі.

Подібні пристрої отримали широке застосування в багатьох типах будівель, підключених до централізованої теплової мережі. Однак в даний час вони не відповідають вимогам з енергозбереження, у зв'язку з чим підлягають заміні на сучасні індивідуальні теплові пункти. Їх вартість значно вище і для роботи обов'язково потрібне електроживлення. Але, в той же час, ці пристрої більш економні – дозволяють знизити енергоспоживання на 30-50%, що, з урахуванням зростання цін на енергоносії, дозволить зменшити термін окупності до 5-7 років. Термін служби ІТП безпосередньо залежить від якості використаних елементів управління, матеріалів і рівня підготовки технічного персоналу при його обслуговуванні.

Сучасні ІТП

Енергозбереження досягається, зокрема, за рахунок регулювання температури теплоносія з урахуванням поправки на зміну температури зовнішнього повітря. Для таких цілей в кожному ІТП застосовують комплекс обладнання (рис. 5) для забезпечення необхідної циркуляції в системі опалення (циркуляційні насоси) і регулювання температури теплоносія (клапани з електричними приводами, контролери з датчиками температури).

Рис. 5. Принципова схема ІТП з використанням контролера, регулюючого клапана та циркуляційного насоса

Більшість індивідуальних теплових пунктів має в своєму складі також теплообмінник для підключення до внутрішньої системи гарячого водопостачання (ГВП) з циркуляційним насосом (або без нього, залежно від схеми системи ГВС). Набір обладнання має відповідати конкретним завданням і вихідним даним. Саме тому, через різні можливі варіанти конструкції, а також компактність і транспортабельність, сучасні ІТП отримали назву модульних (рис. 6).

Рис. 6. Сучасний модульний індивідуальний тепловий пункт

Розглянемо використання ІТП в залежних і незалежних схемах підключення системи опалення до централізованої теплової мережі. В ІТП з залежним приєднанням системи опалення до зовнішніх мереж циркуляція теплоносія в системі опалення підтримується циркуляційним насосом. Управління насосом здійснюється в автоматичному режимі від контролера або відповідного блоку управління. Контролер також автоматично підтримує необхідний температурний графік в опалювальному контурі. Здійснюється це шляхом впливу на регулюючий клапан, розташований на трубопроводі, що подає, на стороні зовнішньої теплової мережі («гострої води»). Між подачею і зворотним трубопроводом встановлена змішувальна перемичка зі зворотним клапаном, завдяки якій здійснюється підмішування теплоносія в трубопровід подачі зі зворотної лінії системи опалення з більш низькими температурними параметрами (рис. 7).

Рис. 7. Принципова схема модульного теплового пункту, підключеного за залежною схемою

В даній схемі робота системи опалення залежить від тиску в центральній тепловій мережі. Тому в багатьох випадках потрібне встановлення регуляторів перепаду тиску, а, в разі необхідності, і регуляторів тиску «після себе» або «до себе» на трубопроводі, що подає, чи на зворотному трубопроводі.

У незалежній системі для приєднання до зовнішнього джерела тепла використовується теплообмінник (рис. 8). Циркуляція теплоносія в системі опалення здійснюється циркуляційним насосом. Управління насосом проводиться в автоматичному режимі контролером або відповідним блоком управління. Автоматичне підтримання необхідного температурного графіка в опалювальному контурі також здійснюється електронним регулятором (контролером). Контролер впливає на регульований клапан, розташований на трубопроводі подачі, на стороні зовнішньої теплової мережі («гострої води»).

Рис. 8. Принципова схема модульного теплового пункту, підключеного за незалежною схемою:
1 – контролер; 2 – двоходовий регулюючий клапан з електричним приводом; 3 – датчики температури теплоносія; 4 – сенсор
температури зовнішнього повітря; 5 – реле тиску для захисту насосів від сухого ходу; 6 – фільтри; 7 – засувки;
8 – термометри; 9 – манометри; 10 – циркуляційні насоси системи опалення; 11 – зворотний клапан; 12 – блок
управління циркуляційними насосами; 13 – теплообмінник системи опалення

Перевагою даної схеми є те, що опалювальний контур не залежить від гідравлічних режимів централізованої мережі. Також система опалення не страждає від невідповідності якості теплоносія на вході, що надходить із зовнішньої мережі (наявності продуктів корозії, бруду, піску і т. п.), а також від перепадів тиску в ній. У той же час вартість капітальних вкладень при застосуванні незалежної схеми більше – через необхідність встановлення і подальшого обслуговування теплообмінника.

Як правило, в сучасних системах застосовуються розбірні пластинчасті теплообмінники (рис. 9), які досить прості в обслуговуванні та ремонтопридатні: при втраті герметичності або виході з ладу однієї секції, теплообмінник можна розібрати, а секцію замінити. Також, за необхідності, можна підвищити потужність шляхом збільшення кількості пластин теплообмінника. Крім того, в незалежних системах можуть застосовуватися паяні нерозбірні теплообмінники.

Рис. 9. Розбірні теплообмінники для незалежних систем опалення та ГВП

Згідно ДБН В.2.5 - 39: 2008 «Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Теплові мережі », в загальному випадку рекомендується під’єднання систем опалення за залежною схемою. Незалежна схема пропонується для житлових будівель з 12-ма та більше поверхами й інших споживачів, якщо це обумовлено гідравлічним режимом роботи системи або технічним завданням замовника.

ГВП від індивідуального теплового пункту

Найбільш простою і розповсюдженою є схема з одноступінчастим паралельним приєднанням підігрівачів гарячого водопостачання (рис. 10). Вони приєднані до тієї ж теплової мережі, що і системи опалення будівель. Вода з зовнішньої водопровідної мережі подається в підігрівач ГВП. У ньому вона нагрівається водою, що надходить від джерела тепла.

Рис. 10. Схема з залежним приєднанням системи опалення до зовнішньої мережі та одноступінчастим паралельним приєднанням теплообмінника ГВП

Охолоджена вода повертається до джерела тепла. Після підігрівача гарячого водопостачання, нагріта водопровідна вода надходить в систему ГВП. Якщо прилади в цій системі закриті (наприклад, в нічний час), то гаряча вода по циркуляційному трубопроводу знову подається в теплообмінник ГВП.

Крім того, застосовується двоступенева схема підігріву води в системі ГВП. У ній в зимовий період холодна водопровідна вода спочатку підігрівається в теплообміннику першого ступеня (з 5 до 30°С) теплоносієм із зворотного трубопроводу системи опалення, а потім для остаточного підігріву води до необхідної температури (60°С) використовується вода з трубопроводу зовнішньої мережі. Ідея полягає в тому, щоб використовувати для нагріву непридатну теплову енергію зворотної лінії від системи опалення. При цьому скорочується витрата мережевої води на підігрів води в системі ГВП. У літній період нагрівання іде за одноступінчастою схемою.

Для багатоповерхового висотного (більше 20 поверхів) житлового будівництва в основному застосовуються схеми з незалежним приєднанням системи опалення до теплової мережі та паралельним підключенням системи ГВП (рис. 11). Дане рішення дозволяє розділити системи опалення та ГВП будівлі на кілька окремих гідравлічних зон. Тоді один ІТП знаходиться в підвальному приміщенні й забезпечує роботу нижньої частини будівлі, наприклад, з 1 по 12 поверх, а на технічному поверсі розташовується точно такий же тепловий пункт для 13-24 поверхів. У цьому випадку системи опалення та ГВП легше регулюються в разі зміни теплового навантаження, а також характеризуються меншою інерційністю з точки зору гідравлічного режиму і балансування.

Рис. 11. Схема індивідуального теплового пункту з незалежним приєднанням системи опалення до теплової мережі та паралельним підключенням системи ГВП

Альтернатива в регулюванні

Останні кілька років для регулювання витрати теплоносія в ІТП почали застосовувати комбіновані клапани, що поєднують в одному корпусі регулятор перепаду тиску та регулюючий клапан.

Функціонально можна уявити комбінований клапан як сполучення між собою трьох функціональних елементів (рис. 12): автоматичного клапана-регулятора перепаду тиску (V2), регулюючого клапана (V1) і вимірювальної діафрагми (V3).

Рис. 12. Принципова схема пристрою комбінованого клапана

Автоматичний клапан-регулятор перепаду тиску (V2) оснащений вбудованим мембранним модулем, за допомогою якого здійснюється підтримка заданого перепаду тиску P1-P2 на ділянці між вбудованою вимірювальною діафрагмою змінного перерізу (V3) і регулюючим клапаном (V1). Таким чином здійснюється обмеження та підтримування на заданому рівні витрати теплоносія через клапан. Для автоматичного регулювання прохідного перетину клапана (V1) на ньому встановлюється електричний привід.

Регулятори витрати і температури успішно застосовуються в схемах із залежним (рис. 13 а, б) і незалежним підключенням споживачів до теплових мереж, замінюючи собою два окремих пристрої – регулятор перепаду тиску і регулюючий клапан з електроприводом.

Рис. 13 а. Схеми з залежним приєднанням системи опалення до зовнішньої мережі з застосуванням комбінованого клапану

Рис. 13 б. Схеми з залежним приєднанням системи опалення до зовнішньої мережі з застосуванням комбінованого клапану

Вимоги до обладнання ІТП

Згідно діючих норм, у ІТП повинно бути розміщено обладнання, арматура, пристрої контролю, управління і автоматизації, за допомогою яких здійснюють:

• регулювання температури теплоносія за погодними умовами;
• зміну і контроль параметрів теплоносія;
• облік теплових навантажень, витрат теплоносія і конденсату;
• регулювання витрат теплоносія;
• захист локальної системи від аварійного підвищення параметрів теплоносія;
• доочищення теплоносія;
• заповнення та підживлення систем опалення;
• комбіноване теплозабезпечення з використанням теплової енергії від альтернативних джерел.

Індивідуальний тепловий пункт слід оснащувати засобами автоматизації, приладами теплотехнічного контролю, обліку та регулювання, які встановлюють на місці або на щиті керування. Автоматизація ІТП повинна забезпечувати:

• регулювання витрат теплової енергії в системі опалення та обмеження максимальної витрати мережевої води у споживача;
• задану температуру в системі ГВП;
• підтримання статичного тиску в системах споживачів теплоти при їх незалежному приєднанні;
• заданий тиск у зворотному трубопроводі або необхідний перепад тиску води в подавальному і зворотному трубопроводах теплових мереж;
• захист систем теплоспоживання від підвищеного тиску і температури;
• увімкнення резервного насоса при відключенні основного робочого;
• можливість інтегрування роботи ІТП в єдину систему регулювання і моніторингу (SCADA).

Сучасні ІТП дозволяють використовувати віддалений доступ для управління теплопунктом. Це дає можливість організувати централізовану систему диспетчеризації і здійснювати контроль за роботою систем опалення та ГВП. Постачальниками обладнання для ІТП є провідні профільні компанії-виробники, наприклад: системи автоматики – Honeywell (США); насоси – Grundfos (Данія); теплообмінники – Alfa Laval (Швеція) та ін. У той же час існують підводні камені при проектуванні всього обладнання ІТП. Справа в тому, що у вітчизняних умовах температура в прямому трубопроводі централізованої мережі часто не відповідає нормованій, яку вказує теплопостачальна організація в технічних умовах, виданих для проектування.

При цьому різниця в офіційних і реальних даних може бути досить суттєвою (наприклад, в реальності поставляється теплоносій з температурою не більше 100°C замість зазначених 150°C, або спостерігається нерівномірність протягом доби температури теплоносія з боку зовнішніх мереж. Це, відповідно, впливає на вибір обладнання, його подальшу ефективність роботи і, у підсумку, на його вартість. З цієї причини рекомендується при реконструкції ІТП на етапі проектування проводити виміри реальних параметрів теплопостачання на об'єкті. Саме їх краще за все враховувати в подальшому при розрахунках і виборі обладнання. При цьому, завдяки можливій невідповідності параметрів, обладнання варто проектувати з запасом в 5–20%.

Реалізація ІТП на практиці

Перші сучасні енергоефективні модульні ІТП в Україні були встановлені в Києві за період 2001‑2005 рр. в рамках реалізації проекту Світового банку «Енергозбереження в адміністративних і громадських будівлях». Всього було змонтовано і запущено в роботу 1173 ІТП.

Модернізація теплового пункту – одна з умов підвищення енергоефективності будівлі в цілому. В даний час кредитуванням енергозберігаючих проектів займається ряд українських банків, в тому числі їх впровадження відбувається і в рамках державних програм. Детальніше про це можна прочитати в одному з попередніх номерів нашого журналу в статті «Термомодернізація: що саме і за які кошти».

На даний момент реалізовано більше десятка великих проектів по установці ІТП у багатьох містах України із залученням різних джерел фінансування. Інсталяція та застосування індивідуальних теплових пунктів призводить не тільки до підвищення ефективності використання теплової енергії, а й до її значної економії, що в сучасних реаліях робить нашу країну більш незалежною від інших держав-постачальників енергоресурсів.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 25 092