Квартирный тепловой пункт: схемы и методика расчета

С. Михненко

Мировая тенденция перехода от централизованных (ЦТП) к индивидуальным (ИТП) с децентрализованной системой ГВС благодаря квартирным теплопунктам (КТП) обоснована целым рядом энергосберегающих преимуществ и снижением эксплуатационных затрат. Эта тенденция теперь актуальна и в Украине. Каковы особенности децентрализованных систем с КТП с технической и экономической точки зрения?

Разновидности квартирных теплопунктов

Давайте сразу обратимся к нормативным документам. ДБН В.2.5-39:2008 «Тепловые сети» определяет в п. 3.13 тепловой пункт (ТП) в целом как «размещенный в обособленном помещении работоспособный комплекс оборудования (устройств), обеспечивающий присоединение устройств этого комплекса к магистральной тепловой сети и (при необходимости) сети холодного водоснабжения, управления режимами теплопотребления, трансформацию тепловой энергии, регулирования параметров теплоносителя и распределение тепловой энергии по типам потребления (включая подогрев воды) в распределительные сети (отопления, горячего водоснабжения) и защиту этих распределительных сетей от аварийного повышения параметров теплоносителя».

Рис. Cовременный квартирный тепловой пункт

ДБН классифицирует теплопункты на индивидуальные тепловые пункты (ИТП) и центральные теплопункты (ЦТП). ЦТП (в п. 4.4.2) определяется как «ТП для обслуживания группы потребителей (зданий, промышленных объектов)», а ИТП (в п. 4.4.1) как «ТП для обслуживания одного потребителя (здания или его части)». Таким образом, квартирный теплопункт (КТП) – это разновидность ИТП, выполненного для отдельной квартиры как части здания, и на него распространяются все нормы и технические требования, как для ИТП.

Исходя из нормативно определенных функций, квартирный тепловой пункт представляет собой модульное устройство (полностью готовое или собранное из элементов заводской готовности), которое обеспечивает:

индивидуальное приготовление горячей воды;
возможность подключения радиаторной системы отопления или панельно-лучистой с приготовлением низкотемпературного теплоносителя (например, «теплый пол» , «теплые стены»);
возможность подключения системы отопления квартиры к системе теплоснабжения по зависимой или независимой схеме;
индивидуальное регулирование температуры горячей воды, регулирование температуры воздуха в отдельной квартире/комнате;
потребность в незначительном пространстве для монтажа КТП;
полный учет потребляемого тепла и расхода холодной воды;
отсутствие дополнительных источников энергии при подключении системы отопления по «зависимой» схеме, циркуляция теплоносителя в системе отопления осуществляется в результате перепада давления в системе.

Квартирные тепловые пункты могут подключаться как к сетям централизованного теплоснабжения с установкой ИТП без модуля ГВС, так и непосредственно к локальным сетям теплоснабжения – к групповой (междомовой) или домовой котельной с рабочими параметрами, не превышающими максимально допустимые для КТП.

Не вдаваясь в конкретную детализацию варианта исполнения отметим, что обычный КТП включает проточный водонагреватель для системы ГВС квартиры и узел подключения системы отопления по зависимой/независимой схеме без или с изменением температурных параметров теплоносителя, с возможностью термостатического регулирования потребляемой отопительной нагрузки. В КТП предусматривается гидравлическая связь, автоматически отключающая подачу теплоносителя в систему отопления квартиры при потреблении горячей воды. Также имеются схемы КТП, позволяющие параллельно отапливать квартиру и выполнять подогрев холодной воды в теплообменнике квартирной системы ГВС. В обоих случаях по завершении потребления горячей воды подача теплоносителя в теплообменник ГВС прекращается. Обычно размеры базового блока системы КТП не превышают габариты 800 x 600 x 200 мм (В x Ш x Г).

От ЦТП к ИТП

Доказанная энергозатратность и неэффективность ЦТП в условиях удорожания стоимости энергоресурсов привела к массовому распространению и реализации более децентрализованной схемы отопления – через ИТП. Через этот этап прошла и вся Западная, и практически вся Центральная и Восточная Европа.

Главная причина неэффективности ЦТП – управление параметрами осуществляется далеко от фактических точек разбора теплоносителя. Огромная тепловая инерционность протяженных линий подачи теплоносителя (иногда – свыше километра) от ЦТП приводит как к огромным и не учитываемым теплопотерям, так и к неэффективности подогодозависимого управления от датчиков ЦТП. Обычно ЦПТ настраивается на подачу теплоносителя с определенными параметрами к самому дальнему потребителю, тем самым избыточно снабжая теплом потребителей, находящихся ближе к ЦТП. И наоборот, настройка «по среднему» приводит к перегреву вначале ветки от ЦТП и «недотопу» в конце линии.

В схеме ЦТП практически невозможно организовать справедливый учет потребления теплоносителя в разрезе не только индивидуального, но группового потребления. Если на «трассе» располагался потребитель, который потреблял энергию избыточно, то тем, кто оказывался в цепочке подачи теплоносителя после него, доставались остатки. А фактически же, оплата всей подаваемой энергии и количества воды «размазывалась» по всем подключенным к ЦТП потребителям, включая потери температуры и возможные утечки, то есть потребители оплачивали все потери, которые к ним не относились. В масштабах страны ЦТП приносили колоссальные убытки. Еще недавно ЦТП подавали горячую воду примерно для 15 миллионов жителей Украины. В среднем ЦТП размещались на расстоянии 200-500 м от точек водоразбора. Чтобы по пути от централизованной бойлерной до домового водоразбора горячая вода не остыла, ее подогревают в ЦТП до 60°С, в то время как в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) максимальная температура воды обычно не превышает 55°С. При нормативном потреблении 120 л горячей воды на одного человека в сутки перегрев на 5°С приводит масштабах страны к дополнительному расходу тепловой энергии в количестве 3,15 млн Гкал/год. Для выработки этого тепла сжигается дополнительно около 0,5 млрд м³ природного газа.

По мнению специалистов ОАО «КиевЗНИИЭП» ущерб, наносимый экономике Украины ЦТП дополняется следующим: расходуется излишняя электрическая энергия на циркуляционных насосы большой мощности, которые преодолевают гидравлическое сопротивление локальных теплотрасс; затрачивается тепловая энергия на обогрев зданий ЦТП; ежегодно расходуются значительные денежные и материальные ресурсы на ремонт внутриплощадочных тепловых сетей, подверженных коррозии; снижается надежность систем горячего водоснабжения и т. д. Во многих странах Восточной Европы полная ликвидация ЦТП в пользу ИТП – это уже пройденный этап и свершившийся факт.

От ИТП к ИТП с КТП

Индивидуальные теплопункты (ИТП) безусловно позволили поднять общую энергоэффективность теплоснабжения и снизили нагрузки на теплоцентрали (кое-где на 20-25%). Положительный эффект перехода от ЦТП к ИТП помимо экономии энергоресурсов и снижения нагрузки на магистральные линии проявился в снижении аварийности, что увеличило ресурс изношенных теплосетей. Более того, распространение ИТП привело к парадоксу – если ранее невозможно было подключить новые объекты в условиях плотной городской застройки, то теперь в некоторых районах возможности подключения к теплосетям для новых объектов строительства появились! Кроме того, ИТП по сравнению с ЦТП улучшили качество услуг теплоснабжения и приблизили учет и оплату к более справедливой модели – по меньшей мере, потребители, подключенные к ИТП, теперь имеют возможность не переплачивать за соседние здания или объекты, как при подключении к ЦТП.

Видео. КТП: применение в кногоквартирном доме

Тем не менее, ИТП не позволяют реализовать более точную модель управления, распределения и учета. Дальнейший и логичный шаг, повышающий энергоэффективность использования, учета и справедливого распределения платы за фактически использованную энергию и горячую воду – переход к поквартирному учету и зональному или покомнатному регулированию в пределах запроса конечного потребителя – то есть, к распределению через КТП.

Квартирный тепловой пункт должен быть компактным, относительно несложным, недорогим, бесшумным, с возможностью термостатического управления нагрузкой отопления. Компактность КТП обеспечивается применением эффективных теплообменников.

Проблема реализации КТП заключается в том, что при пользовании душем или при заполнении ванны горячей водой расходуется слишком много тепла. При нормативном расходе горячей воды (0,1 л/с) тепловая мощность квартирного водонагревателя ГВС для квартиры должна составить около 19 кВт, что в несколько раз превышает тепловую мощность всей квартирной системы отопления. В то же время суточное потребление тепла для подогрева воды, наоборот, в несколько раз меньше, чем требуется в расчетном режиме для отопительной системы. Эта проблема имеет два решения: необходимую разницу можно накапливать в объемном резервуаре – баке-накопителе горячей воды или за счет использования скоростного водоподогревателя.

В первом случае для КТП понадобится бак с полезным объемом не менее 200 л (способного накопить горячую воду в объеме, достаточном для наполнения горячей водой хотя бы одной ванны). Тогда мощность водоподогревателя, рассчитанного на «зарядку» бака горячей водой в течение четырех часов, не превысит 3 кВт.

Второе решение предполагает использование скоростного водоподогревателя мощностью примерно 19 кВт. Несмотря на резкое увеличение тепловой мощности каждого квартирного ввода, нагрузка на горячий стояк многоквартирного жилого дома увеличится незначительно, поскольку вероятность одновременной работы нескольких водоподогревателей в разных квартирах невелика. Для такого КТП не понадобится габаритных баков-накопителей воды, однако потребуется автоматика, отключающая подачу теплоносителя при отсутствии водоразбора.

По понятным причинам КТП с квартирными баками-накопителями не получили распространения – из-за габаритов, из-за ряда проблем по эксплуатации (в т. ч. из-за опасности затопления квартиры при разгерметизации бака), проблем с теплопотерями в накопителе и высокими общими затратами на реализацию решения. Кроме того, есть опасность образования болезнетворных легионелл в застойных баках с нечастым полным водоразбором. Помимо этого, применение накопителя горячей воды объективно ухудшает комфортность для жителей квартиры – емкость бака позволит принять одну ванну, а затем нужно ожидать несколько часов для подготовки воды для ванны для другого обитателя квартиры. Поэтому наибольшее распространение получил вариант КТП со скоростным проточным водонагревателем.

К сожалению, повсеместное использование КТП вместо ИТП ограничивается необходимостью переделки всей схемы водоснабжения горячей водой и подачи теплоносителя в систему отопления. Множество домов старой постройки обычно имеют несколько стояков подачи горячей воды, а идея КТП требует подачи теплоносителя для приготовления горячей воды и для отопления по двум стоякам – то есть всего две трубы, подающая и обратная (вход/выход в/из квартиры). Это требует изменения всей имеющейся схемы квартирной разводки системы отопления, подачи холодной воды и системы горячего водоснабжения. Таким образом, применение КТП целесообразно при новом строительстве и проведении термомодернизации инженерных систем старого жилищного фонда.

Методика расчета системы теплоснабжения жилых зданий с квартирными тепловыми пунктами

Тепловой поток максимального водопотре бления на потребности горячего водоснабжения определяются в кВт, по формуле (6) пункта 5.3 ДБН В.2.5-64:2012, в период часа максимального потребления.

Q^h_hr=1,16 q^h_hr(55 - t^c) + Q^ht

где:

Q^h_hr – тепловой поток максимального водопотребления горячей воды, кВт;
q^h_hr – максимальный расчетный расход горячей воды, м³/ч;
t^c – температура холодной воды, °С;
Q^ht – теплопотери на расчетном участке (можно пренебречь), кВт.

По таб. А.6 – А.9 в ДБН В.2.5-64:2012 определяем максимальный расчетный расход горячей воды q^h_hr , м³/ч, в зависимости от количества человек.

Q^h_hr (n человек) / Q^h_hr (3 человека) = КОП

КОП – коэффициент одновременного использования горячей воды, или другими словами – это количество КТП, работающих в режиме ГВС.

Тепловая мощность источника теплоснабжения Q_общ., кВт, зависит от типа КТП:

КТП без приоритета ГВС:

Q_общ. = ΣQ_кв. + КОП x Q^h_hr (одн. кв.)

КТП с приоритетом ГВС:

Q_общ. = (ΣQ_кв. – КОП x Q_одн.кв.) + КОП x Q^h_hr (одн. кв.)

где:

ΣQ_кв. – суммарные теплопотери всех квартир, кВт;
Q_одн.кв. – теплопотери одной квартиры, кВт. Для подбора циркуляционного насоса, который обеспечит циркуляцию теплоносителя в системе теплоснабжения: ИТП/домовая котельная, КТП и система отопления квартиры, необходимо определить:

расход теплоносителя, по общей тепловой нагрузке Q_общ., кВт, в зависимости от типа КТП (с приоритетом/без приоритета);
потерю давления в системе: теплоснабжения до КТП, элементах КТП и квартирной системы отопления.

Схемы квартирного теплового пункта

КТП обычно предлагаются в виде готовых решений, поставляемых комплектно и подготовленных к монтажу. В качестве примера приводится ряд гидравлических схем и комплектация (рис. 1-6), которые предлагает известный европейский производитель оборудования для генерирования, распределения и энергоэффективного использования тепловой энергии HERZ.

Рис. 1. Индивидуальный модуль приготовления горячей воды PROJEKT
1. Пропорциональный регулятор расхода без приоритета ГВС; 2. Теплообменник; 3. Термосмесительный клапан; 4. Вставка для теплосчетчика; 5. Вставка для счетчика холодной воды

Рис. 2. Индивидуальный модуль приготовления горячей воды STANDART
1. Пропорциональный регулятор расхода без приоритета ГВС; 2. Термостатический клапан TS-90; 3. Ограничитель температуры обратного потока; 4. Фильтр-грязеуловитель используется для подключения импульсной трубки регулятора перепада давления; 5. Термостатическая головка с накладным датчиком; 6. Термосмесительный клапан; 7. Шаровые краны для системы теплоснабжения квартиры; 8. Шаровые краны для систем ГВС и ХВС; 9. Теплообменник; 10. Вставка для счетчика холодной воды; 11. Вставка для теплосчетчика; 12. Регулятор перепада давления с фиксированной настройкой

Рис. 3. Индивидуальный модуль приготовления горячей воды DELUXE
1. Пропорциональный регулятор расхода с приоритетом ГВС; 2. Термостатический клапан TS-90; 3. Ограничитель температуры обратного потока; 4. Фильтр-грязеуловитель используется для подключения импульсной трубки регулятораперепада давления; 5. Термостатическая головка с накладным датчиком; 6. Термосмесительный клапан; 7. Шаровые краны для системы теплоснабжения квартиры; 8. Шаровые краны для систем ГВС и ХВС; 9. Теплообменник; 10. Вставка для счетчика холодной воды; 11. Вставка для теплосчетчика12. Регулятор перепада давления с фиксированной настройкой; 13. Термоэлектропривод

Рис. 4. Индивидуальный модуль приготовления горячей воды PRAG
1. Пропорциональный регулятор расхода с приоритетом и циркуляцией ГВС; 2. Термостатический клапан TS-90; 3. Ограничитель температуры обратного потока; 4. Фильтр-грязеуловитель используется для подключения импульсной трубки регулятора перепада давления; 5. Термостатическая головка с накладным датчиком; 6. Термосмесительный клапан; 7. Шаровые краны для системы теплоснабжения квартиры; 8. Шаровые краны для систем ГВС и ХВС; 9. Теплообменник; 10. Вставка для счетчика холодной воды; 11. Вставка для теплосчетчика; 12. Регулятор перепада давления с фиксированной настройкой; 13. Термоэлектропривод; 14. Балансировочный клапан; 15. Шаровой кран циркуляции ГВС

Рис. 5. Индивидуальный модуль приготовления горячей воды Guildford с независимой схемой подключения системы отопления
1. Монтажная консоль с шаровыми кранами; 2. Термостатический клапан TS-90; 3. Ограничитель температуры обратного потока; 4. Фильтр-грязеуловитель используется для подключения импульсной трубки регулятора перепада давления; 5. Манометр; 6. Расширительный бачок; 7. Автоматические воздухоудалители; 8. Термосмесительный клапан; 9. Зонный клапан для регулирования температуры воздуха в квартире; 10. Термоэлектропривод; 11. Пропорциональный регулятор расхода приоритетом ГВС; 12. Термостатическая головка с накладным датчиком; 13. Теплообменник ГВС; 14. Теплообменник системы отопления квартиры; 15. Предохранительный клапан; 16. Циркуляционный насос системы отопления; 17. Контроллер для термоэлектропривода зонного клапана; 18. Вставка для теплосчетчика; 19. Вставка для счетчика холодной воды; 20. Регулятор перепада давления с фиксированной настройкой; 21. Обратный клапан; 22. Термостатический клапан TS-90 с ограничителем обратного потока; 23. Шаровые краны для системы теплоснабжения первичного контура и системы отопления вторичного контура; 24. Шаровые краны для систем ГВС и ХВС

Рис. 6. Индивидуальный модуль приготовления горячей воды BREGENZ с подключением к системе напольного отопления
1. Пропорциональный регулятор расхода без приоритета ГВС; 2. Термостатический клапан TS-90; 3. Ограничитель температуры обратного потока; 4. Фильтр; 5. Термостатическая головка с накладным датчиком; 6. Теплообменник ГВС; 7. Вставка для счетчика холодной воды; 8. Вставка для теплосчетчика; 9. Регулятор перепада давления FIX TS с фиксированной настройкой и встроенным зонным клапаном; 10. Термоэлектропривод; 11. Контроллер для регулирования температуры воздуха в помещении и отключения смесительного насоса при повышении температуры теплоносителя системы напольного отопления; 12. Термостатический клапан TS-90 и термостатическая головка с накладным датчиком; 13. Смесительный насос системы напольного отопления; 14. Термореле защиты для отключения смесительного насоса при повышении температуры теплоносителя перед системой напольного отопления; 15. Распределитель для системы напольного отопления; 16. Регулятор перепада давления с фиксированной настройкой

Достоинства систем теплоснабжения с использованием КТП в многоквартирном доме

При установке КТП в многоквартирном доме реализуются эксплуатационные выгоды данного технического решения:

Уменьшаются теплопотери – в варианте с КТП обычно имеется два стояка системы теплоснабжения для квартирной системы отопления и горячего водоснабжения.
Снижаются расходы на электроэнергию, обычно затрачиваемую на привод насосов повышения давления воды из-за того, что устраняются общие потери давления в центральном водоподогревателе ИТП. (При этом гидравлическое сопротивление квартирных водоподогревателей – около 1 кПа – практически пренебрежимо мало).
Потребление горячей воды существенно уменьшится из-за того, что горячая вода начнет поступать из крана через несколько секунд после его открытия, а при центральном ее приготовлении даже при хорошо работающей циркуляции воды сначала нужно будет слить значительное количество остывшей воды, уже учтенной, как горячая.
Упростится учет водопотребления, поскольку не нужно будет измерять расход горячей воды и платить за нее отдельно.
Поскольку каждая квартира имеет отдельную от остальных квартир систему, то ремонтные или сервисные работы на одном КТП не повлияют на работу всей системы теплоснабжения и систему ГВС здания и не повлекут неудобства для других жителей дома.
Индивидуальные квартирные проточные водоподогреватели снижают риск образования легионеллеза.
Происходит общее уменьшения расходов тепла и воды в связи с тем, что в каждой квартире появляется возможность регулирования теплопотребления и появляется стимул к индивидуальной экономии тепловой энергии и затрат на нее.
Возможность реализации комфортных низкотемпературных квартирных систем панельнолучистого отопления при установке моделей КТП с интегрированными узлами приготовления и распределения низкотемпературного теплоносителя.

Оценка показывает, что при прочих равных, эксплуатационных затраты на одну квартиру в доме с КТП будут снижены, а дополнительные затраты, связанные с устройством КТП, окупятся в период до 5 лет при нынешнем уровне тарифов. После периода окупаемости система с КТП будет приносить пользователям чистую экономию эксплуатационных затрат при существенном повышении комфорта обитания.

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