Особенности национального теплоснабжения
В.В. Бернев, генеральный директор,
С.Б. Фотькин, нач. отдела (ООО «Фирма МАГИ-Э»)
С.А. Козлов, инженер (ФГУП«СантехНИИпроект»)
В.Е. Митрофанов, зав. НИЛ,
А.С. Платонов, зав. НИО (МЭИ)
«Мероприятия, широко предлагаемые в рамках реформирования ЖКХ, носят, к сожалению, сугубо организационный характер, направлены на решение тактических задач и не затрагивают (или почти не затрагивают) глобальных технических аспектов системы теплоснабжения страны в целом.
Любая технологическая система, в том числе и система теплоснабжения, характеризуется своим жизненным циклом, основные этапы которого в общем виде можно сформулировать следующим образом:
- постановка задачи;
- разработка и согласование ТЗ и ТУ;
- разработка ТЭО возможных вариантов решения задачи и их сравнительный анализ;
- разработка проекта;
- воплощение проекта;
- промышленная эксплуатация;
- модернизация, связанная с переходом на более современное оборудование и частичным изменением решаемых задач;
– полная замена, связанная с выработкой жизненного ресурса оборудования, или с полным изменением решаемой задачи.
В поддержании жизненного цикла системы принимают участие различные организации и предприятия, интересы которых могут быть различны и противоречивы. Однако в любом случае детерминантой всего жизненного цикла системы должны быть интересы конечного пользователя, т.е. тех, для кого она и создается.
В предлагаемом вашему вниманию циклу статей изложен авторский взгляд на некоторые вопросы обеспечения жизненного цикла системы теплоснабжения, сформированный на основе их личного опыта работы в данной сфере.»
Часть 1. Надо что-то делать (автономное теплоснабжение микрорайонов при комплексной застройке)
Общий заголовок предлагаемой вашему вниманию статьи действительно имеет место. Пожалуй, ни в одной развитой стране мира нет такой системы теплоснабжения как в России. И связано это с целым рядом объективных и субъективных факторов, к числу которых можно отнести:
- огромные просторы нашей Родины и особые климатические условия, связанные с суровым зимним периодом на большей части территории: продолжительность отопительного периода достигает девяти месяцев в году;
- особенности исторической эволюции инфраструктуры больших и малых городов (включая системы энерго- и теплоснабжения), проходившей с 30-х до 80-х годов прошлого столетия в условиях глобальной централизации политической и экономической власти, когда принимаемые на всех уровнях, зачастую волюнтаристские решения, имели тенденцию к масштабности и укрупнению объектов энергетики. Для примера, вплоть до 50-х годов в России насчитывалось более 3000 действующих малых гидроэлектростанций построенных в основном в 30-40-х годах. К 1980 г. их осталось не больше сотни;
- смена политического строя в стране, революционно изменившая экономические отношения в обществе и, на сегодняшний день, практически не затронувшая сферу коммунальных услуг. Сегодня становятся очевидными и требуют разрешения противоречия между реформируемыми отношениями субъектов в сфере снабжения теплом и структурой самой системы теплоснабжения. Не претендуя на всесторонний анализ реформирования структуры, остановимся на одном из направлений ее совершенствования – создании и внедрении децентрализованных систем на базе автономных источников тепла. Материалы, предлагаемые вашему вниманию, базируются на анализе известных решений по рассматриваемому вопросу и нашем совместном (ООО «Фирма МАГИ-Э» и ФГУП «СантехНИИпроект») практическом опыте проектирования, монтажа, пуско-наладки и эксплуатации автономных источников теплоснабжения.
Сложившаяся к середине 90-х годов система теплового хозяйства страны характеризовалась тенденцией последних десятилетий к централизации теплоснабжения (до 80 % производимой тепловой энергии). В крупных городах России сформировались и эксплуатируются тепловые сети с радиусом теплоснабжения до 30 км, требующие периодического ремонта и замены. Постоянная тенденция к повышению стоимости отпускаемого тепла связана не только с повышением тарифов на газ и электроэнергию, но и с постоянно растущими потерями в теплосетях и затратами на их поддержание в рабочем состоянии. Последняя, отнюдь не малая составляющая, в условиях реформирования ЖКХ и перехода на 100 % оплату предоставляемых услуг ляжет целиком на плечи населения. Статистика ежегодных аварий на тепловых сетях и прогнозы специалистов МЧС по их дальнейшему увеличению подтверждают, что бремя это будет немалое.
Неудовлетворительное качество централизованного теплоснабжения и явная тенденция к повышению стоимости отпускаемого тепла привели к развитию в последние годы систем автономного (децентрализованного) теплоснабжения, в том числе с источниками тепла, работающими на одного или нескольких потребителей без тепловых сетей или их минимальной длины. При этом существенно повышается коэффициент энергоэффективности, который при применении крышных котельных приближается к 0,93, а при применении поквартирного отопления (установка индивидуальных источников теплоты в квартире) приближается к 1, т.е. к КПД самого котла. Очевидно, что как у централизованного, так и децентрализованного теплоснабжения есть свои достоинства и недостатки, свои сторонники и противники. При рассмотрении этих вопросов будем ориентироваться в первую очередь на то, как они связаны с интересами конечных пользователей (жильцов, проживающих в своих квартирах, или владельцев предприятий), являющихся потребителями представляемых услуг по теплоснабжению. Конечный пользователь, «голосующий» за предоставленные ему товары и услуги своими кровными деньгами, в условиях рыночных отношений становится ключевой фигурой для любого вида деятельности, связанного с удовлетворением его (конечного пользователя) потребностей. Система теплоснабжения по отношению к конечному пользователю должна обеспечивать:
- комфортность проживания и осуществление трудовой деятельности (для производственных помещений);
- надежность, а точнее «живучесть» системы;
- приемлемую для пользователей стоимость предоставляемых услуг. Что стоит за перечисленными свойствами системы теплоснабжения?
Комфортность проживания должна предусматривать:
- поддержание необходимого температурного режима в помещении вне зависимости от температуры наружного воздуха в холодное время года;
- возможность индивидуальной подстройки температурного режима в конкретном помещении самим пользователем;
- организационно-технические и технологические мероприятия, минимизи рующие технологические воздействия источников теплоснабжения на окружающую среду (вредные выбросы, вибрацию, шумы, возможность возгорания, взрыва и др.);
- минимизацию сроков проведения профилактических работ, связанных с приостановкой выработки тепловой энергии.
Надежность системы характеризуется:
- бесперебойной и своевременной поставкой необходимого количества и соответствующего качества тепловой энергии;
- минимизацией внешних воздействий на возможность выхода из строя системы теплоснабжения;
- минимизацией времени восстановления вышедшей из строя системы теплоснабжения;
- возможностью поддержания системы теплоснабжения в состоянии, не допускающем разрушения инженерно- технологических коммуникаций и оборудования в течение времени, необходимого для восстановления вышедших из строя внешних инженерных систем топливо-, электро- и водоснабжения. Нами перечислены только основные потребительские характеристики систем теплоснабжения. Необходимость их реализации частично находит отражение в соответствующих нормативных документах (ГОСТах, СНиПах, РД и др.) Стоимость предоставляемых услуг. Для конечного пользователя интегральной оценкой может являться цена, в которую выливаются предоставляемые услуги. Мы, в первую очередь, предлагаем рассмотреть те характеристики системы теплоснабжения, которые позволяют минимизировать затраты (цену) без ухудшения качества услуг. К таким характеристикам можно отнести:
- использование энергоэффективных режимов работы оборудования, снижающих материальные и ресурсные затраты на производство и поставку тепловой энергии;
- организацию системы автоматического мониторинга и управления технологическим процессом производства тепловой энергии, сводящей к минимуму влияние «человеческого фактора» на работу системы. Обеспечение перечисленных выше потребительских свойств системы в ряде случаев носит дополнительный, опционный характер, влияющий на общую стоимость системы. Например, к таким опциям можно отнести:
- резервирование оборудования;
- резервирование внешних коммуникаций;
- возможность работы рядом стоящих АИТ, как на отдельную, так и общую нагрузку;
- наличие мобильных источников теплоснабжения на период выхода из строя основного АИТ и др.
Кроме того, есть некоторая инвариантная часть качества предоставляемых услуг, определяемая нормативными документами, обязательная для любой системы теплоснабжения. И, наконец, дополнительные требования к системе может выставить заказчик, ориентирующийся на ценовые возможности определенных категорий конечных пользователей. С учетом вышеизложенного, ценовой показатель правильнее рассматривать как соотношение цена-качество. Очевидно, что применение децентрализованных схем позволяет более гибко подстраивать этот показатель к интересам конечных пользователей. Для иллюстрации рассмотрим ряд примеров практической реализации автономных систем теплоснабжения. Проект «Куркино», реализованный в 1998-2001 гг., изначально предусматривал теплоснабжение всего микрорайона от автономных источников. В нем были использованы отдельно стоящие, пристроенные и крышные АИТ суммарной тепловой мощностью 240 МВт.
По сути дела этот проект стал первым в России опытом крупномасштабного использования автономных систем теплоснабжения. В этом районе были опробованы разные принципы построения АИТ, разное оборудование, разные подходы к организации эксплуатации. Полученный четырехлетний опыт эксплуатации позволил набрать необходимую статистику по надежности и эффективности принятых схемных решений, проанализировать допущенные ошибки, сделать выводы об оптимизации проектных, строительных и монтажных решений. Приобретенный потенциал и опыт в решении этих вопросов позволил успешно выполнить полный комплекс работ по пяти крышным котельным в Салехарде общей мощностью 8 МВт. В 2003-2004 гг. всего за десять месяцев был выполнен полный комплекс работ «под ключ», начиная от постановки задачи, проектирования, поставки оборудования, монтажа, пусконаладки до сдачи всех котельных в промышленную эксплуатацию. Отопительный сезон 2004-2005 гг. все пять котельных отработали без замечаний.
В 2004 г. ФГУП «СантехНИИпроект» по заказуНФ «Мособлстройкомплекс» разработал для «Первой ипотечной компании» концепцию и технико-экономическое обоснование (ТЭО) применения системы автономного теплоснабжения для микрорайона «Новокуркино». При разработке ТЭО были рассмотрены несколько вариантов выработки тепла для этого микрорайона.
В микрорайоне предусмотрена жилая застройка высотными домами от 18 до 42 этажей общей жилой площадью 900 000 м2, строительство детских садов, школ, подземных гаражей, торговых центров, развлекательных заведений и других учреждений культбыта общей площадью около 600 000 м2. Разработанная концепция построения системы теплоснабжения микрорайона предусматривает использование в качестве источников тепла крышных котельных, расположенных на самых высоких секциях жилых домов (суммарной тепловой мощностью около 200 МВт). Для всех без исключения АИТ предлагаются к установке котлы, работающие при низком давлении газа, учитывающие специфику областного газоснабжения в зимний период (имеются в виду резкие перепады давления газа). Работа всех автономных источников теплоснабжения предусмотрена в автоматическом режиме без постоянно присутствующего обслуживающего персонала. Концепцией предусмотрена диспетчеризация всей системы теплоснабжения микрорайона с возможностью контроля и управления АИТ с удаленных диспетчерских пунктов. Для крышных АИТ предусмотрено использование газовых водотрубных котлов с низкой эмиссией содержания окислов азота (в пределах от 10 до 20 ррm). Эти меры позволят сохранить в чистоте воздушный бассейн вокруг и внутри микрорайона, что сделает его еще более привлекательным для потенциальных покупателей жилья (данная работа была проведена совместно с Институтом экологии города). Проведенные в ходе разработки ТЭО расчеты показали, что при использовании варианта автономного теплоснабжения по сравнению с централизованным:
- на 26 % сокращается реальное годовое потребление газа для теплоснабжения микрорайона за счет использования нового высокоэффективного оборудования и сокращения непроизводственных потерь тепла при его транспортировке;
- примерно в 2 раза снижаются расходы электроэнергии, необходимой для транспортировки теплоносителя от автономного источника тепла (АИТ) до потребителя, так как полностью ликвидируются магистральные тепловые сети общей протяженностью около 20 км;
- в 5 раз снижается объем выбросов вредных веществ от источников тепла в атмосферу за счет применения более экологически чистых горелочных устройств, сокращения количества реально сжигаемого топлива, увеличения высоты точки выброса;
- примерно в 2-3 раза снижается расход химочищенной воды для подпитки системы отопления за счет отсутствия потерь в магистральных тепловых сетях;
- существенно сокращаются численность обслуживающего персонала и эксплуатационные расходы, а также значительно повышается надежность работы системы теплоснабжения за счет применения автоматизированной системы управления теплоснабжением с удаленными диспетчерскими пунктами. Помимо прямой экономической выгоды применение АИТ позволит решить еще целый ряд серьезных вопросов, повышающих уровень комфортности жителей микрорайона. В частности, как показал четырехлетний опыт эксплуатации крышных котельных района Куркино, летние перерывы теплоснабжения, связанные с необходимостью проведения профилактических и ремонтных работ на АИТ, составляют не более 3-5 дней.
В переходные периоды, когда на улице в ночное время уже холодновато, а городские станции отопление еще не включают, автономные источники автоматически обеспечивают комфортные условия проживания жителям. И еще одно преимущество, особенно актуальное в наше неспокойное время. Рассредоточенная система автономных источников теплоснабжения наиболее «живучая» при форс-мажорных обстоятельствах, которые, как правило, приводят к локальному воздействию, не затрагивая всей системы в целом. Проведенные расчеты показали, что использование для теплоснабжения района квартальных котельных с эквивалентной тепловой мощностью при общей выделенной площади застройки в 870 000 м2, приведет к потери более 130 000 м2 жилья, что немаловажно при существующих ценах на землю в московском регионе.
Однако использование автономных систем теплоснабжения не всегда дает нужный эффект. Это, в первую очередь, относится к районам массовой застройки, в которых требуется решить вопрос не только тепло-, но и энергоснабжения. В этих случаях наибольший эффект может дать использование ТЭЦ, или мини-ТЭЦ на которых технология выработки электроэнергии сопровождается одновременным производством тепловой энергии. В небольших городах с малой плотностью застройки более эффективным решением, по сравнению с АИТ, может оказаться использование поквартирного отопления. А в случае отсутствия газового топлива, лучший вариант – квартальные котельные, на которых проще решаются вопросы с химводоподготовкой и резервным топливом. Разумеется, индивидуально должен решаться вопрос о применении АИТ и в районах старой застройки, с уже сложившейся и успешно функционирующей системой теплоснабжения.
С другой стороны, при реконструкции жилого фонда в этих районах и создании жилья повышенной комфортности, к системам теплоснабжения могут быть предъявлены особые, эксклюзивные требования, которые не могут быть удовлетворены централизованной системой теплоснабжения (например, бесперебойность теплоснабжения в течение всего года, охлаждение внутренних помещений с помощью абсорбционных установок, полная независимость жилья от внешних энергоресурсов и т.д.). Решение таких вопросов без использования АИТ крайне затруднительно. И еще несколько слов по поводу резервного топлива. Изначально вопрос возможности перевода источников теплоснабжения на резервные виды топлива был связан с сезонными колебаниями давления в газопроводах. В этих случаях по разработанному плану ряд предприятий переводится на резервный вид топлива. Требуемый эффект при этом достигается только при отключении от газопровода достаточно мощных потребителей. Механический перенос данного принципа на автономные источники теплоснабжения, единичная мощность которых ограничивается 3-5 МВт, а величина минимального рабочего давления газа на входе в котел составляет от 2 до 10 кПа, вряд ли правомерен.
В любом случае вопрос поддержания баланса подаваемого и потребляемого газа в системе газоснабжения – вопрос общегосударственного масштаба, в решении которого должны участвовать, в том числе и финансовые, и федеральные, и городские структуры. На наш взгляд существует другая, более насущная постановка вопроса – обеспечение выживаемости людей и инженерных коммуникаций при авариях на магистральных газопроводах и в энергосистеме на период ликвидации причин и последствий этих аварий. Возможны, по крайней мере, три варианта решения этой проблемы:
- создание запаса аварийного топлива, в качестве которого может быть использован сжиженный газ. За рубежом технологии использования сжиженного газа для автономных систем отопления жилых домов хорошо отработаны, в последние годы они используются и у нас в России при создании систем теплоснабжения коттеджей;
- установка на автономных источниках тепла резервного электрокотла, обеспечивающего поддержание температуры в здании на уровне +10-14°С;
- использование аварийных мобильных котельных, работающих на сжиженном газе. Такие котельные, оснащенные собственным электрогенератором и суточным запасом топлива, могут быть оперативно доставлены к месту аварии и подключены к системе теплоснабжения объекта. Если при этом в проекте АИТ заложить возможность подключения к системе теплоснабжения внешнего источника тепла, то время развертывания мобильной котельной сократится до минимума. Вариант подобной котельной – «Трубчанка-200», подготовленной к серийному выпуску на Трубчевском машиностроительном заводе (Брянская область), неоднократно экспонировался на выставках в Москве и Санкт-Петербурге и заслужил высокие оценки специалистов.
Приведенные выше соображения и примеры показывают, что комплексное решение вопросов теплоснабжения с использованием АИТ позволяет в целом ряде случаев получить более высокие потребительские свойства предоставляемых конечным пользователям услуг. Это относится к созданию условий, обеспечивающих комфортное и экологически безопасное проживание, сочетающихся с надежностью и безопасностью работы системы теплоснабжения. При этом эти показатели могут быть получены при наилучшем соотношении цена/качество. В то же время пока рано говорить, что достигнуто общее взаимопонимание по данному вопросу в тех кругах, от решения которых зависит, как будут реализовываться и развиваться системы теплоснабжения в различных регионах России.
ЧАСТЬ 2. Что делать?
В предыдущей части статьи (№ 5/2005) были проанализированы преимущества, которые можно получить при организации системы теплоснабжения жилых комплексов на основе автономных источников тепла. Казалось бы, все ясно: экономические и технические предпосылки для широкомасштабного внедрения автономного теплоснабжения налицо, однако на практике продвижение в этом направлении происходит крайне медленными темпами. Помнится, в 70-х годах прошлого века в одной аналитической статье, опубликованной в газете «Правда», было дано следующее определение: «Внедрение есть насильственное продвижение вперед в сопротивляющейся среде». Очень емкое определение, справедливое и в прошлом, и в настоящем, и в ближайшем будущем. Попробуем разобраться с причинами возникновения сопротивляющейся среды в нашем случае, на примере крышных котельных.
На сегодняшний день полигоном для обкатки подобных систем стали крупные мегаполисы, в которых ведется массовая жилищная застройка и стоимость квадратного метра земли весьма дорога, а также сравнительно молодые города в северных регионах, которые на собственном опыте знают цену поддержания централизованных систем теплоснабжения в рабочем состоянии в суровых климатических условиях. При дальнейшем изложении условимся понимать под термином «система теплоснабжения» совокупность функционально законченных инженерных сооружений и коммуникаций, необходимых для производства, транспортировки и распределения тепловой энергии. Современные тенденции развития городского комплекса позволяют условно разграничить круг юридических и физических лиц, имеющих отношение к выбору системы теплоснабжения, на восемь больших групп, интересы которых не всегда совпадают:
1. Заказчик-застройщик, организующий строительство новых жилых или производственных объектов, инвестирующий деньги в строительство и получающий доход от проданного жилья;
2. Генпроектировщик, комплексно проектирующий объекты по заказу заказчиказастройщика. Генпроектировщик обычно привлекает к проектированию отдельных инженерных систем объекта субподрядчиков по отдельным направлениям;
3. Проектировщик систем теплоснабжения, осуществляющий их проектирование на основании техзадания, полученного от генпроектировщика;
4. Городская администрация с подчиненными ей эксплуатационными службами, в ведении которых находятся источники энергии и инженерные коммуникации, получающая прямой или косвенный доход от заказчика-застройщика за подключение к действующим источникам теплоснабжения и городским инженерным коммуникациям;
5. Генподрядчик (строитель) производящий строительство и сдачу объектов согласно полученному от Генпроектировщика проекту. Генподрядчик, как правило, привлекает к созданию системы теплоснабжения отдельных субподрядчиков отвечающих за отдельные составляющие системы теплоснабжения.
6. Надзорные органы, осуществляющие контроль, за соблюдением действующих правил и нормативов на этапах проектирования, строительства и сдачи объектов в эксплуатацию.
7. Эксплуатирующая организация, принимающая построенные объекты в промышленную эксплуатацию и получающая доходы с конечных пользователей за предоставляемые им услуги.
8. Конечные пользователи, (в данном случае жильцы), вложившие деньги в приобретение жилья и оплачивающие коммунальные услуги, в том числе и за теплоснабжение.
На рис. 1 представлена схема взаимодействия перечисленных выше категорий при принятии решения о выборе системы теплоснабжения для нового строительства. Разумеется, взаимоотношения перечисленных групп мы будем рассматривать только с точки зрения их взаимодействия в организации теплоснабжения строящихся объектов.
Заказчик – застройщик.
Заказчик-застройщик принимает решение о строительстве тех или иных объектов и заключает договор на их проектирование, включая и проект системы теплоснабжения. Для заказчика-застройщика крышные котельные представляют интерес с точки зрения возможной экономии денежных средств, которая может быть получена за счет отказа от строительства теплотрасс и выполнения дополнительных условий выдвигаемых городским организациями на присоединение к ним, а так же за счет высвобождения под застройку дополнительного земельного участка, с которого можно получить дополнительную прибыль. Безусловно Заказчик – застройщик будет сравнивать затраты на реализацию вариантов системы теплоснабжения предлагаемые проектировщиками, т.к. он заинтересован в обеспечении привлекательности проектов для конечного пользователя и в оптимизации соотношения цена/качество. Разумеется при этом Заказчик – застройщик будет учитывать и имеющийся собственный опыт реализации различных вариантов теплоснабжения и отзывы организаций имеющих отношение к проектированию, строительству и эксплуатации подобных систем. При этом его прямой интерес (вложить поменьше, получить побольше) будут вступать в противоречие с интересами других категорий пользователей. Отношение этой категории лиц к автономному теплоснабжению в целом, и к крышным котельным в частности, скорее всего можно охарактеризовать как выжидательное.
Местные органы власти и эксплуатационные организации.
Интересы этой группы заключаются в рациональном использовании выделенной под застройку земли, возможности модернизации городского хозяйства за счет Инвестора и Заказчика – Застройщика и, разумеется в соблюдении сложившегося экологического баланса. Эти интересы частично совпадают с интересами Заказчика – Застройщика, частично противоречат друг – другу. Отношение к автономным системам теплоснабжения зависит от многих обстоятельств, в том числе и имеющегося опыта эксплуатации подобных систем.
Генпроектировщик
Отношение этой группы к тому или иному варианту теплоснабжения в первую очередь определяется совместимостью отдельных компонентов системы со строительной частью и общим планом застройки. Проектировщик АИТ Предлагаемые проектировщиком АИТ варианты, также как и позиция местных органов власти, напрямую влияют на решение заказчика-застройщика. Степень проработки этих вариантов зависит от квалификации проектировщика и его опыта. Высококвалифицированные проектные решения положительно влияют на решения заказчика-застройщика по будущим объектам.
Генподрядчик
Имеются в виду генподрядные строительные организации, осуществляющие застройку и сдачу жилья в эксплуатацию. Крышные котельные по определению подлежат сдаче в эксплуатацию вместе с домом. На сегодняшний день опыта строительства крышных котельных у строителей мало. Кроме того, есть и отрицательный опыт применения крышных котельных, связанный, в первую очередь, с недоучетом особенностей крышных котельных на этапах их проектирования и монтажа. Эти факторы предопределяют отрицательное отношение этой группы к возведению крышных котельных.
Надзорные органы
Как правило, сомнения в целесообразности строительства крышных котельных возникают у представителей СЭС, пожарной и топливной инспекций в регионах, где нет опыта успешного строительства крышных котельных. Отношение этой категории к автономному теплоснабжению в целом по стране настороженное.
Эксплуатирующая организация
Под этим определением будем, в первую очередь, понимать городские эксплуатационные службы, в введении которых находится существующая городская система теплоснабжения. Данная категория находится между сравнительно новой для нашей страны технологией крышных котельных, существующей централизованной системой теплоснабжения и достаточно капризными, с их точки зрения, жильцами, которых интересует (на самом деле совершенно справедливо) только одно – комфортные условия проживания.
На нынешнем этапе реформы ЖКХ эксплуатационщики, выбирая между возможными вариантами системы теплоснабжения,будут в первую очередь оценивать предстоящие затраты на освоение и обслуживание новой техники и только потом подсчитывать возможную выгоду от снижения себестоимости производства и транспортировки тепла. На сегодняшний день отношение этой категории к идее автономного теплоснабжения в среднем по стране ближе к отрицательному.
Конечные пользователи
Как правило, на этапе приобретения или получения жилья жильцы редко интересуются от какого источника дом, в котором им предстоит жить, будет снабжаться теплом (исключение составляют лишь потенциальные жильцы квартир последних этажей, которые выясняют, что будет у них над головой). Такую позицию можно понять, но необходимо учитывать, что инвестор включает затраты, понесенные на строительство крышной котельной, в стоимость продаваемого жилья. Таким образом, жильцы, покупающие жилье, должны становиться собственниками крышной котельной и, хотя юридически этот вопрос до конца еще не проработан, поговорить здесь есть о чем. Но это тема отдельного разговора. Во-вторых, жильцы плохо представляют себе те преимущества, которые они могут получить (или не получить) при автономном теплоснабжении. На сегодняшний день эту категорию можно отнести к нейтральной, но влиятельной силе, способной проголосовать за ту или иную систему теплоснабжения своими кровными деньгами. Из приведенных выше положений можно сделать вывод, что в целом по стране отношение к автономным системам теплоснабжения настороженное, а основной сдерживающий фактор широкого внедрения крышных АИТ – отсутствие масштабного опыта их удачного применения.
На сегодняшний день, как правило, необходимость использования АИТ возникает при отсутствии возможности подключения строящегося жилья к централизованной системе отопления. В то же время вопросы, связанные с использованием АИТ, должны рассматриваться как комплексная системная задача, учитывающая специфику автономных систем теплоснабжения в целом и рассчитанная на перспективу их развития. Это позволит, на наш взгляд, исключить случаи неудачного или неэффективного применения АИТ. Многочисленные фирмы, занимающиеся поставкой оборудования для теплоснабжения, готовы предложить весьма широкий его спектр, отвечающий современным требованиям по энергоэффективности и экологии, но при этом не в полной мере учитывается необходимость сбалансированности: со строительными конструкциями здания, с внутренним сантехническим оборудованием, с динамично меняющимися тепловыми нагрузками АИТ.
В конечном итоге это приводит к плачевным результатам. Целесообразность использования АИТ, их тип и применяемое оборудование должны определяться конкретными возможностями и состоянием имеющейся системы теплоснабжения, перспективным планом развития (конечно, если он существует) системы теплоснабжения микрорайона, района или города, конфигурацией объекта жилищной застройки, требуемой тепловой маневренностью. При этом наибольший эффект может быть достигнут при перспективе построения на основе АИТ системы теплоснабжения микрорайона, района или целого города. Подобного рода системный подход может быть реализован специализированной проектно-монтажной организацией с опытом комплексного проектирования систем теплоснабжения. Такая организация должна быть знакома с особенностями монтажа и сдачи в эксплуатацию крышной котельной, владеть современной элементной базой, необходимой для построения автономных систем теплоснабжения. Под комплексным проектированием в данном случае следует понимать согласованный подбор оборудования и проектирование АИТ, внешних коммуникаций и внутридомового сантехнического оборудования, а также увязку отдельных АИТ в единую систему теплоснабжения.
На рис. 2 приведена схема взаимодействия между основными организациями, участвующими в проекте, при использовании предложенного выше подхода. Следует отдельно остановиться на вопросе стоимости автономной системы теплоснабжения. В зависимости от конфигурации и возможностей существующей городской системы теплоснабжения стоимость оборудования АИТ на этапе проектирования и строительства может оказаться выше, чем стоимость подключения к магистральным сетям и дополнительных затрат, выставляемых владельцами теплосетей. Однако, как показывают расчеты и опыт практической эксплуатации автономных систем отопления в районах массовой жилищной застройки, себестоимость производства и транспортировки тепловой энергии к потребителю существенно ниже, чем в централизованных системах теплоснабжения. Если при этом инвестор дополнительно возьмет на себя функцию организации, эксплуатирующей созданную автономную систему и продающей тепло населению, то вопрос об экономической целесообразности затрат на ее создание будет решаться с учетом уровня получаемой в процессе эксплуатации прибыли и сроков окупаемости вложенных средств.
Поэтому для инвестора корректней сравнивать не затраты на создание автономной системы или на подключение к централизованной системе, а себестоимость произведенного и доставленного потребителю тепла. Наш собственный опыт промышленной эксплуатации АИТ показывает, что даже при снятии дотаций на теплоснабжение и при сохранении сложившегося соотношения цен на первичные энергоносители (природный газ, электроэнергию, воду) и цен за отпускаемое тепло, эксплуатирующая организация может получать прибыль. Уровень прибыли будет зависеть от суммарной мощности находящихся в эксплуатации АИТ, уровня организации службы эксплуатации и тарифов на исходные ресурсы. При этом частично снимется вопрос и о стоимости оборудования крышной котельной, так как инвестор будет заинтересован в получении проекта, удобного в обслуживании, и надежного АИТ, рассчитанного на долгие годы эксплуатации. Только при таком подходе к созданию автономных систем теплоснабжения будут соблюдены необходимые условия:
- будут устранены типичные на сегодняшний день неувязки и несбалансированность отдельных составляющих системы теплоснабжения;
- заказчик-застройщик сможет полностью оценить возможные варианты системы теплоснабжения и сделать осознанный выбор между ними;
- появится ответственность проектировщиков не только за проект, но и за качественную работу системы теплоснабжения в целом;
- эксплуатирующая организация будет уверена, что в конечном итоге она получит не «кота в мешке», а полностью готовый и допущенный к эксплуатации объект, способный приносить прибыль, а не жалобы от жильцов;
- ускорятся сроки монтажа и сдачи системы в эксплуатацию;
- строительные организации получат реальную возможность использования тепловой мощности входящих в состав строящихся домов АИТ для собственных технологических нужд на этапе проведения отделочных работ. А самое главное, жильцы, для которых собственно все это строится, на себе и на своем кошельке почувствуют, наконец, реальный комфорт и экономию, которые способно обеспечить автономное теплоснабжение. В заключительной части цикла будут рассмотрены ключевые технические вопросы комплексного подхода в обеспечении жизненного цикла АИТ на примере проектирования, монтажа, пусконаладки и сдачи в эксплуатацию крышных котельных.
Часть 3.Как делать? (крышные котельные – от проекта до эксплуатации)
В заключение вынесем для обсуждения ряд технических вопросов, с которыми нам пришлось сталкиваться при проектировании, монтаже, пусконаладке и вводе в эксплуатацию автономных источников теплоснабжения. В этой части статьи будем рассматривать вариант крышного исполнения АИТ, как наиболее сложный в проектировании и исполнении.
Сложность проектирования определяют следующие факторы:
Как правило, помещение крышной котельной ограничено по размеру. Его конфигурацию и максимальную нагрузку на строительные конструкции здания задают проектировщики дома, которые справедливо предполагают, что дом строится для поселения в нем жильцов, а не для размещения крышной котельной;
СЭС строго регламентирует и при сдаче котельной придирчиво замеряет уровень шумов и вибраций от работающего на номинальной мощности оборудования котельной. В нашей практике был случай, когда представители СЭС провели замеры во всех комнатах 7-этажного дома. Разрешение выдали;
Установленное основное и вспомогательное оборудование котельной (не важно, модулями или россыпью) должно допускать полную разборку (и, конечно, сборку) его на месте, без применения сварочных аппаратов и ненормативной лексики;
Разобранное для ремонта или замены оборудование должно свободно проходить через дверные проемы стандартных размеров. Максимальный вес единичной детали должен допускать его доставку в помещение котельной силами двух-четырех монтажников;
Оставшиеся после монтажа оборудования проходы должны соответствовать нормам ПБ и ТБ;
Слесарная группа участка эксплуатации не должна поминать недобрыми словами проектировщиков и монтажников, пытаясь в положении «лежа», в щели между котлами, дотянуться разводным ключом до текущего сгона;
Система диагностики неисправностей оборудования должна быть развита и информативна, чтобы оператору диспетчерской службы, к примеру, не нужно было подниматься ночью на крышу (особенно если лифта нет) для того, чтобы убедиться, что пришедший на пульт сигнал «авария оборудования» означает всего лишь отказ телеметрического выхода электросчетчика;
Тепловая маневренность котельной должна соответствовать реальным тепловым нагрузкам;
Единичная тепловая мощность котла определяется общей расчетной мощностью котельной, но количество установленных котлов должно быть не менее двух (для повышения показателей надежности) и, желательно, не более четырех (при большем числе ухудшаются условия обслуживания). Все перечисленные выше моменты должны быть непременно учтены на этапе проектирования АИТ.
I. О котлах
На российском рынке теплотехнического оборудования представлен весьма широкий спектр газовых водогрейных котлов как отечественного, так и зарубежного производства. Однако перечисленные выше специфические условия крышных котельных заметно сужают выбор. Требования к типу котлов и их массогабаритным параметрам вытекают из отмеченных выше особенностей их применения. Во-первых, уровень шума котла, применяемого на крышной котельной, должен быть низким, иначе добиться соответствия общего уровня шума котельной действующим нормам не удастся даже при проведении специальных строительных мероприятий. Горелки котлов должны быть модулируемыми, с минимальной мощностью не более 200 кВт. Желательно, чтобы конструкция котла с горелкой обеспечивала самотягу за котлом при высоте дымовой трубы не более 5 м от устья котла.
Прописанные в паспорте котла уровни эмиссии окислов азота и окиси углерода должны соблюдаться во всем диапазоне мощностей, обеспечиваемом модулированной горелкой, либо дискретно включаемыми горелками. Автоматика котла должна обеспечивать контроль всех параметров безопасной работы, прописанных в СНиП, и иметь открытый интерфейс для связи с автоматикой верхнего уровня. Желательно, чтобы датчики, необходимые для контроля этих параметров, входили в комплект поставки котла. Компоновка котельной определяется в основном габаритами котлов, способом их обслуживания и расположением патрубков для связи котла с внешними коммуникациями. Для упрощения задачи желательно предусмотреть в проекте котлы с одноили двухсторонним обслуживанием и произвольным расположением патрубков (заводы-изготовители, как правило, готовы рассматривать варианты с изменением конструктива). Все остальное определяется действующим СНиПом на правила применения газоиспользующего оборудования, нормами ПУЭ, ПТЭ, ПБ и ТБ.
II. Об автоматике
Если вопросы выбора котлов достаточно жестко регламентированы техническим заданием, нормативными документами и приведенными выше соображениями, то с подбором проектного решения автоматики котельной дело обстоит иначе. Примем за отправную точку положение, что все АИТ должны работать в автоматическом режиме, без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Контроль и управление работой АИТ должны осуществляться с удаленного диспетчерского пункта.
Для определенности рассмотрим тепловую схему котельной, состоящую из трех основных контуров регулирования (рис. 1 и 2):
- котловой контур, в задачу которого входит выработка требуемой тепловой мощности и обеспечение безопасной работы котлов. В состав этого контура входят, собственно, котлы с горелками и насосы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя по внутреннему контуру;
- регулирующий контур, обеспечивающий требуемую температуру воды для системы отопления. В состав контура входят регулирующий узел и насосы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя в системе отопления;
- регулирующий контур, обеспечивающий требуемую температуру воды для системы ГВС. В состав контура входит также регулирующий узел, насосы, обеспечивающие подачу исходной воды и насосы, обеспечивающие циркуляцию воды в системе ГВС. Дополнительно к трем выделенным контурам регулирования система автоматики АИТ должнасодержать:
а) отдельный контур автоматики безопасности, обеспечивающий безопасную работу котельной в целом;
б) узлы учета потребляемых и вырабатываемых энергоресурсов, предназначенные для проведения коммерческих расчетов с поставщиками и потребителями энергоресурсов. Существуют разные варианты организации структурой схемы системы автоматики АИТ. Можно построить систему из трех независимых контуров регулирования, работающих автономно. Передача данных на удаленный диспетчерский пункт и прием команд с него осуществляется в этом случае через устройства сбора и передачи данных, установленные в котельной. Можно организовать управление контурами регулирования от центрального контроллера котельной без использования отдельных специализированных контроллеров в каждом из контуров. Можно использовать контроллер второго уровня в качестве звена, контролирующего весь ход технологического процесса и дублирующего наиболее важные его составляющие. В двух последних случаях связь котельной с диспетчерским пунктом осуществляется через центральный контроллер, или контроллер второго уровня. При выборе одного из вариантов построения системы можно руководствоваться следующими критериями, вытекающими из принятого выше положения об автоматической работе котельной.
1. Для повышения надежности и безопасности работы котельной, эксплуатируемой без постоянного присутствия обслуживающего персонала, желательно задублировать на аппаратном уровне функции контроля параметров безопасной работы АИТ.
2. Оператор удаленного диспетчерского пункта должен иметь полную информацию о состоянии котельной, вплоть до единицы оборудования, и текущих параметрах технологического процесса в реальном масштабе времени. 3. Функции диспетчеризации должны предусматривать возможность дистанционного управления технологическим процессом со стороны оператора диспетчерской службы. Наилучшим образом перечисленные требования выполняются при двухуровневом варианте построения автоматики котельной. В зависимости от функций, возлагаемых на второй уровень, в схеме может быть использован промышленный контроллер или компьютер в промышленном исполнении. На наш взгляд вполне логично возложить на котроллер второго уровня следующие задачи:
– дублирование системы релейной защиты первого уровня, объединяющей датчики загазованности, пожарной опасности, состояния отсечного газового клапана, исправности оборудования, несанкционированного доступа (включая контроль исправности контроллеров первого уровня);
- организацию дополнительных технологических защит (по давлению газа, исходной воды, температуре воздуха в помещении котельной, уровню залива пола и т.д.);
- сбор, отображение на местном щите управления и передачу на удаленный диспетчерский пункт информации о состоянии всего оборудования первого уровня котельной (исправно/неисправно, включено/выключено, положение регулирующих органов);
– управление работой основных и резервных насосов в зависимости от состояния и времени наработки;
- сбор и передачу на удаленный диспетчерский пункт текущих значений технологических параметров и данных с коммерческих узлов учета энергоресурсов;
– прием с удаленного диспетчерского пункта команд управления и передачу их на первый уровень управления;
– ведение и архивацию журнала событий и ошибок.
Для автономных котельных, работающих в автоматическом режиме, крайне важно обеспечить повышенную надежность и живучесть системы управления. Котельная не должна терять управления при отказе автоматики второго уровня. Проектным решением на аппаратном уровне должна быть предусмотрена возможность перехода на ручное управление и при полном отказе автоматики первого уровня. Алгоритм управления котельной должен предусматривать рестарт программы управления с прерванной точки при случайных сбоях программы и возобновление штатного режима работы при самоликвидации некритичных (не связанных с закрытием отсечного газового клапана на входе в котельную) аварийных ситуаций. Разрабатываемое в рамках проекта программное обеспечение (ПО) должно предусматривать введение технологических блокировок, окончательный перечень которых обычно возникает после общения с представителями эксплуатирующей организации на этапе пусконаладочных работ. Кроме того, ПО, отвечающее современным информационным технологиям, должно обеспечивать компьютерный анализ в реальном масштабе времени хода технологического процесса и выдачу оператору диспетчерской службы диагностических, предупредительных, рекомендательных и аварийных сообщений. Разумеется, если речь идет о дистанционном управлении, то в ПО должно быть заложено разграничение уровня доступа к системе управления.
Несколько слов о системе отображения технологического процесса. Ее уровень должен отвечать качеству закладываемых в проект аппаратных средств системы управления. Весь массив контролируемых параметров передается на удаленный диспетчерский пункт и отображается на дисплее (или плазменной панели) оператора в виде вложенных мнемосхем или в табличном виде по запросу оператора. На местном щите управления в АИТ, на наш взгляд, наиболее уместен плоский жидкокристаллический дисплей, встроенный в дверцу щита. На него достаточно выводить параметры технологического процесса в табличной форме. Количество аналоговых и дискретных датчиков и места их установки должны обеспечивать полную диагностику оборудования котельной в удаленной диспетчерской. При этом количество показывающих стрелочных приборов и дискретных световых индикаторов необходимо свести к минимуму. Достаточно оставить приборы на входах и выходах котельной и световые индикаторы релейной защиты первого уровня. Впрочем, возможно и другое решение вопроса местной индикации. Можно на период пуска, ремонтных или профилактических работ приносить с собой ноутбук и подключать его к интерфейсному разъему щита управления.
Очень важный момент при проектировании автоматики котельной – выбор средств общения между контроллерами разных уровней. Протоколы обмена данных должны быть как минимум совместимы между собой, открыты и документированы, а как максимум должны быть еще и совместимы с хорошо зарекомендовавшими себя в среде разработчиков российскими SCADA-системами. Было бы правильно, если бы проектировщики систем автоматики котельных договорились об ограниченном списке хорошо протестированных и документированных протоколов, закладываемых в проектные решения. Контроллеров, отвечающих приведенным выше требованиям, на рынке представлено достаточно много, в том числе и отечественных. Можно отметить разработки МЗТА (семейство модулей КМ800) и фирмы «ТЕКОН». Передовые информационные технологии еще только начинают разрозненными фрагментами внедряться в автоматику автономных источников теплоснабжения. На наш взгляд, для проектировщиков сейчас самое время выработать единый стандарт, или хотя бы сформулировать общие требования к микропроцессорным системам управления АИТ.
При выборе вычислителей, входящих в узлы коммерческого учета (газ, вода, электричество, тепловая энергия), целесообразно ориентироваться на их микропроцессорные варианты исполнения, чтобы протокол обмена был совместим с контроллером второго уровня. Желательно энергонезависимое питание вычислителей. Отдельно можно было бы поговорить о «Правилах учета тепловой энергии» и валом нарастающих требованиях к оформлению проектной документации по узлам учета. По этому вопросу есть что сказать, но это – тема отдельной публикации.
III. О диспетчеризации
На наш взгляд, термин «диспетчеризация» в применении к задаче дистанционного контроля и управления АИТ не в полной мере отражает суть вопроса. Правильнее использовать термин АСУ ТС (автоматизированные системы управления теплоснабжением). Дело не только в названии. Уровень возможностей инженерного оборудования жилых объектов расширяется буквально на глазах. Термин «умный дом» еще несколько лет назад можно было встретить только в специальной технической литературе, а уже сегодня отдельные элементы «интеллектуального здания» свободно можно купить и на нашем рынке. В настоящее время в нашей стране нет единого стандарта на систему управления инженерными сооружениями и коммуникациями жилых домов. Существуют отдельные, разрозненные программно-аппаратные средства, позволяющие контролировать состояние и работу лифтов, пожарной и охранной сигнализации, оборудования АИТ, ИТП, насосных станций.
Основанные на частных технических решениях, они не позволяют интегрировать их в единую автоматизированную систему управления (АСУ), учитывающую возможности современных информационных технологий. Зарубежные разработчики систем автоматизации зданий (Bulding Automation System (BAS) уже вплотную подошли к выработке единого стандарта, позволяющего использовать IP-технологии для организации многоуровневой системы контроля и управления инженерным оборудованием зданий. В основе этих решений лежат принципы открытости и совместимости протоколов, объединяемых в BAS подсистем. Внедрение подобных стандартов позволяет построить действительно интегрированную систему, доступную (на уровне данных) для работы с другими приложениями ИТ и не требующую (на уровне пользователей) специального образования для понимания процессов работы системы управления. В качестве иллюстрации необходимости подобного стандарта можно привести проводимую в рамках реформы ЖКХ организацию единых расчетных центров ЕРЦ. Без внедрения единого стандарта вопрос получения данных из подсистем управления в ЕРЦ и обмен данными между различными ЕРЦ приходится решать каждый раз индивидуально, в зависимости от используемого на разных уровнях системы программно-аппаратного обеспечения. И, если мы не хотим через несколько лет в очередной раз оказаться в стороне от современных ИТ-технологий, то самое время разработчикам и эксплуатационщикам сесть за выработку хотя бы единого подхода к принципам построения систем управления АИТ.
IV. О монтаже крышной котельной
Монтаж крышных котельных может производится с использованием различных технологических подходов. Основных вариантов два:
- ориентация на заводской монтаж технологического оборудования с последующей доставкой и установкой смонтированных модулей в помещении котельных, где производится подключение этих модулей к внешним коммуникациям;
- выполнение всех монтажных работ по установке технологического оборудования непосредственно в помещении котельных.
В настоящее время в большинстве случаев монтаж крышных котельных производится по второму варианту. Это связано с тем, что для реализации заводского изготовления необходимо решить ряд принципиальных вопросов, связанных:
а) с разработкой соответствующего проектного решения;
б) с обеспечением четкого согласования и выполнения графиков строительных работ по возведению помещения котельной и монтажа в нем готовых модулей;
в) с наличием производственных (заводских) мощностей, которые смогут обеспечить весь комплекс работ по монтажу котельной или отдельных модулей;
г) с организацией транспортировки модулей от места их производства к месту их установки;
д) с организацией подъема и установки готовых модулей в помещении крышной котельной. К сожалению весь комплекс этих вопросов не всегда может быть решен. В то же время реализация модульного варианта наиболее предпочтительна, т.к. в заводских условиях можно обеспечить более высокое качество монтажных работ, опрессовку всех трубопроводов, частичное опробование электрооборудования, исполнительных механизмов, элементов автоматики и других узлов котельной. Положительный опыт реализации заводской технологии изготовления модулей был получен при проектировании и монтаже пяти крышных котельных для г. Салехарда. Каждая из них состояла из двух модулей:
1) котлового блока и газового распределительного узла;
2) блока вспомогательного оборудования, включая теплообменники, насосные группы, компенсационные баки, оборудование химводоподготовки, щиты электропитания и автоматики. Готовые модули заводского изготовления были доставлены в железнодорожных контейнерах до места назначения и с помощью подъемного механизма установлены внутри помещения крышных котельных. Отметим, что подъем и установка модулей проводились в зимнее время при температуре наружного воздуха -30-35°С. Высокая степень заводской готовности модулей котельных позволила в сжатые сроки и с высоким качеством выполнить пусконаладочные работы и сдать в промышленную эксплуатацию все пять крышных котельных.