СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С РЕКОНСТРУКЦИЕЙ ПОДЗЕМНЫХ СЕТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HEAT SUPPLY WITH RECONSTRUCTION OF UNDERGROUND NETWORKS AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к области теплоэнергетики и коммунального хозяйства городов и может быть использовано при реконструкции инженерных сетей городов с бестраншейной заменой старых подводящих теплосетей и дополнительным применением автономного отопления от источника в подъезде многоквартирного дома.
Основная проблема реконструкции тепловых сетей при критическом их состоянии состоит в том, что при использовании метода «труба в трубе» в теплоснабжении происходит снижение сечений труб и проектных нагрузок, что не является энергосбережением и требует дополнительного отопления, чего не происходит в случае реальной экономии воды и водоотведения при грамотном применении приборов учета. Общий взгляд на комплексный подход решения проблемы без найденного приемлемого решения в теплоснабжении многоквартирных домов описан в излагаемой базовой журнальной статье. Андреев И.П., Шмелева Л.И. Как протестировать и создать систему квартирно-домового учета воды и тепла для многократного снижения нагрузки на дом // Реформа ЖКХ. 2010. №3. С. 34-36.
Это статья является ближайшим предшественником изобретения и регламента выполняемых действий при модернизации систем тепло-, газо- и водоснабжения и водоотведения.
Приложены также фрагменты статьи в виде прилагаемого регламента по комплексной экономии воды населением, калибровке тепла и порядка конструирования систем (см. в конце описания регламент с вынесенной из статьи таблицей по расходованию воды населением). Эта же таблица лучшего качества печати дается в тексте.
В статье в 1 абзаце 1 страницы и в 7 этапе с рис. 8 на 3 странице (см. таблицу) разъяснено следующее.
1 цитата: «Из-за отсутствия верного учета удельное энергосбережение г. Тольятти в несколько раз отстает от мирового уровня, а необходимая замена прогнивших в земле труб инженерных систем (воды, тепла, газа, канализации) методом «труба в трубе» остается проблематичной. Для того чтобы при замене инженерной инфраструктуры этим методом воспользоваться, необходимо, чтобы максимальная проектная нагрузка на объект была снижена хотя бы в 2 раза, что дает возможность уменьшения диаметра новой трубы в 1,4 раза (в диаметрах условного прохода 400-300-200-150-100-80-50 мм). Это упрощенное объяснение».
2 цитата (см. таблицу): «7 этап (технической диагностики утечек без посещения квартир) является инновационным и выполняется в процессе эксплуатации при наличии квартирно-домового дисбаланса приборного учета. В г. Тольятти дисбаланс достигает 25-50%, что является следствием наличия дефектов и превышения установленных норм точности измерений. К сожалению, из-за уникальных особенностей нашего «принудительного» права изобретения (ст. 1362 ГК РФ) ограничимся конечным результатом экономии воды, полученным по нашей конструкторской программе в ОАО ПЖРТ г. Тольятти (руководитель В.Н. Клевлин) в 1995-96 гг. (фото 8, просим извинить за низкое качество оригинала). Как следует из результатов расчета производственно-технического отдела ПЖРТ, экономия горячей воды достигла 1340250:290518=4,61 (раза), а холодной - 725760:119407=6,08 (раза), что является не лучшим, но удовлетворительным результатом для целей, оговоренных в самом начале статьи. Переход с профессиональных конструкторских программ, как в примере с ПЖРТ, на самодеятельные федеральные целевые программы и региональные программы энергосбережения, как показывает опыт, привел к потере денег. В результате самодеятельности получается брак, что делает абсолютно неразумным инвестирование реформы ЖКХ из любых источников (бюджетов и средств населения)».
Как упоминалось, страница 31 статьи перед рисунками патентного описания вынесена в виде отдельной рекомендации по экономии воды, калибровке тепла и порядка конструирования систем. Калибровка тепла и теплоносителя нами запатентована (патент RU 2182320 и 3 патентные заявки RU 201315764-66). Если квартирный приборный учет холодной и горячей воды проводить с калибровкой и поиском хищений (утечек) даже без посещения квартир, то, как правило, достигается примерно 5-кратная экономия воды населением. При этом для замены старых труб воды и водоотведения нет никаких принципиальных проблем, конструкторская задача решаемая. Экономия воды примерно в 5 раз для подавляющего большинства жилых домов небогатого населения, которое экономит деньги на услугах ЖКХ, стабилизируется до мирового уровня экономии воды, например, в Германии и до аналогичного результата 1995 г. по г. Тольятти. Именно в это время в России был налажен выпуск первых антимагнитных квартирных счетчиков воды, которые были установлены нами в период их сертификации. В дальнейшем «установка приборов учета» проводилась без конструирования систем приборного учета и с применением эксплуатационной калибровки, что привело к скрываемым массовым нарушениям метрологии.
Сейчас многие энергоресурсы потребляют в обход или путем механической остановки счетчиков, что для абонентов не представляет никакой проблемы, а баланс поставщиком энергии сводится искусственно.
Недоработка комплексного подхода в теплоснабжении состоит также в том, что существует проблема недобора тепловой энергии при снижении диаметра труб теплосетей путем отказа от метода «труба в трубе»» и вскрытия асфальта, рытья траншей, перекрытия всех дорог и ограничения движения транспорта и населения.
Самостоятельное решение проблемы абонентами, например, электрическим нагревом помещений и установкой крышных котельных требует соблюдения норм безопасности, больших затрат на монтаж и эксплуатацию, сопоставимых со стоимостью централизованной системы теплоснабжения и ее обслуживания. Известны аналоги способов и средств дополнительного отопления.
Известен патент ЕР 2423607 A3 на однотрубную систему теплоснабжения с регулированием потока. Согласно реферату способ управления состоит «в том, чтобы регулировать температуру подаваемого теплообменной текучей среды в ответ на изменение внешних параметров (температура) и скорости потока в ответ на температуры теплообменной текучей среды в обратном трубопроводе».
Однако, регулируя потоки тепла, нельзя их увеличить, если до этого применена бестраншейная замена теплосети на пределе ее возможностей по проектной нагрузке, уменьшенной намного, например в 2 раза. Теплового потока недостаточно для нормального отопления в морозные дни.
Известен патент RU 2179688 на систему водяного отопления с защитой от промерзания теплоносителя в периоды низких температур наружного воздуха. Более общую задачу отопления в морозные дни, обусловленную снижением проектной нагрузки, это изобретение не решает.
Известно большое количество автономных источников отопления, см., например, справочник «Отопление дома». М.: Стройинформ, 2005, 575 с. Это автономные, электрические, кабельные системы отопления и камины. Газовые котлы дают многократный эффект экономии путем устранения неверных режимов, скрытых от потребителей хищений и сокращению обслуживающего персонала. Например, по нашим проектам отопления, горячего водоснабжения и сокращения обслуживающего персонала для баз водоканала и нефти эффект экономии достигает 40 раз, а срок окупаемости не превышает 4 месяцев. http://youtu.be/hl_xBaO0iwc?t=23 (или в поиске «теплосбережение в 40 раз» на http://www.youtube.com/). Однако это одиночные примеры нарушения тепловых режимов, и они не означают, что поставщики энергии и сервисные компании в экономии таким способом заинтересованы. Кроме того, если отключено резервное централизованное отопление полностью, а трубы не освобождены от воды, то возможно замораживание воды в сохранившихся старых трубах котельных или централизованного отопления. Также сохраняются большие затраты на сооружение дорогих котельных, их оснащение и в целом нарушается климатическая надежность всей системы отопления, что особенно недопустимо на обширных более 50% территориях вечной мерзлоты.
Для справки к концу 80-х гг. прошлого века в стране насчитывалось около 200 тыс. км тепловых сетей, снабжавших теплом большинство крупных, средних и даже малых городов и поселков. При этом экстенсивное развитие тепловых сетей оборачивалось их низким качеством и значительными потерями на всей протяженности от источника тепла к потребителю.
В тоже время эффективность, например, «датского» ЦО обуславливается низкими потерями благодаря введению новых материалов и технологий (пластиковых труб, насосного и запорного оборудования и пр.). Именно поэтому потери тепла в магистральных и распределительных трубопроводах Дании составляют всего около 4%, при этом КПД ТЭЦ достигает 90%. Но Дания в Европе - это маленькая территория.
Стоимость прокладки одного километра теплотрассы у нас составляет около 300 тыс. долларов, а для того, чтобы ликвидировать критический износ сетей, нужно заменить более 120 тыс. км трубопроводов. По теплосетям суммарно получается примерно 36 млрд. долларов, не считая дополнительных затрат и серьезного сбоя систем городского хозяйства. Этот путь бессмысленный. Считается, что полный отказ от ЦО недальновиден, поскольку доля его в нашей стране очень высока и, при планомерной реконструкции и техническом перевооружении, централизованное отопление вновь займет свое законное место в обновленной системе ЖКК.
Очевидно, что устройство автономной котельной требует специального проектного решения, как на ссылке видео выше. Более того, отдельные, достаточно жесткие требования предъявляются к обеспечению безопасности работы котельной установки. Это применение не 1, а 2 котлов и защита их от открытых сварочных работ труб и заземлений в местах установки котлов. Кроме того, именно этот способ отопления требует достаточно высокой культуры владельцев жилья. Негативный опыт уже имеется у некоторых эксплуатирующих организаций в регионах.
Считается, что в обозримой перспективе, во всяком случае для крупных городов, автономные котельные не станут реальной альтернативой центральному отоплению, даже если перерыть все теплосети вместе с дорогами. Ничто не остановит. По оценкам, их доля не превысит 10-15% от общего теплопотребления. Тем не менее, в будущем они смогут применяться при строительстве многоквартирных домов в удалении от базовой городской инфраструктуры.
С другой стороны, несмотря на очевидные преимущества поквартирного отопления, оно имеет и очевидные недостатки в эксплуатации по общей надежности, по дымоходам и выделению в квартирах продуктов сгорания и угарного газа. Суммарная стоимость отдельных котлов намного выше стоимости 1-2 котлов на дом. При этом потребитель получает возможность самостоятельно определять наиболее комфортные для себя условия, сам регулирует потребность в тепле и горячей воде.
В случае с автономными котельными недостатки кроются также в низкой культуре потребителей. Хозяева жилья не всегда отдают себе отчет, что котел - это технически сложный агрегат, требующий регулярного, хотя и нечастого (в среднем раз в год) обслуживания.
Еще один неприятный момент - незаселенные квартиры. Если такое жилье не отапливается, стены, к нему примыкающие, также охлаждаются. А если жилье отапливается, а автоматика котла не работает, то возможен взрыв газа. Очевидно, что применение газового оборудования требует эффективной системы отвода продуктов сгорания и подвода воздуха.
Известны другие аналоги нашего изобретения, при этом принят в качестве прототипа способ и устройство теплоснабжения по патентам RU 2235249 и RU 2235250, где в способе «базовую тепловую нагрузку системы теплоснабжения покрывают за счет отборов пара теплофикационных турбин ТЭЦ, а пиковую нагрузку системы теплоснабжения обеспечивают с помощью пиковых источников теплоты. В качестве пиковых источников теплоты используют автономные источники теплоты, установленные у каждого из абонентов. Техническим результатом является повышение надежности качества теплоснабжения». Смысл и чертеж обоих патентов практически идентичны, поэтому достаточно рассматривать патент RU 2235249 на способ. Главное в способе теплоснабжения то, что «пиковую нагрузку системы теплоснабжения обеспечивают с помощью пиковых источников теплоты». Недостатком прототипа являются сложность системы, высокие затраты, низкое качество эксплуатации и вероятность нарушения надежности централизованного теплоснабжения вплоть до замораживания труб при низкой несогласованной нагрузке, обеспечиваемой автономным источником у каждого абонента.
Как указано в прототипе, «в крупных городах с протяженными тепловыми сетями абоненты, расположенные на разном расстоянии от ТЭЦ, из-за транспортного запаздывания теплоносителя находятся в неодинаковых условиях, что ухудшает качество теплоснабжения. Применяемое в прототипе центральное регулирование тепловой нагрузки не может в полной мере удовлетворить потребности различных абонентов, предъявляющих индивидуальные требования к качеству теплоснабжения. Пониженная надежность обусловлена тем, что аварии на ТЭЦ приводят к полному прекращению теплоснабжения абонентов».
Техническим результатом, достигаемым этими 2 изобретениями, является повышение и надежность качества теплоснабжения, но при сниженной проектной нагрузке, компенсируемой пиковой котельной.
Есть намного более простое и надежное предлагаемое нами решение проблемы централизованной системы отопления с бестраншейной заменой старых труб и применением пиковых автономных котлов. Но не на весь дом или в каждую квартиру, как показано выше, а в каждый подъезд многоквартирного дома или части его (в районе лестничных площадок), где размеры котла или котлов минимальны и возможен очень удобный сервис в подъезде. Во всяком случае, даже при отказе подъездного котла дом не разморозится, а при отказе централизованного отопления какое-то тепло в квартирах и в подъезде будет, но не случится серьезной коммунальной катастрофы. Одновременный выход из строя централизованного отопления дома и котлов в подъезде при наличии общего электропитания практически невозможен. Это очень важно при проведении реформы жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).
Целью нашего изобретения является достижение нужного проектного результата с максимальной энергетической эффективностью и снижением затрат на теплоснабжение и эксплуатацию.
Для достижения поставленной цели предложен способ теплоснабжения с бестраншейной реконструкцией подземных сетей, дополнительным источником пиковой мощности на объекте отопления и управлением режимов тепла с помощью программируемых контроллеров, отличающийся тем, что дополнительное отопление производят в подъездах многоквартирных домов с разводкой по подъезду и квартирам через счетчики горячей воды или тепла, отсекающие краны, гибкие внутриквартирные трубы и перемещаемые дополнительные радиаторы отопления, а режимами отопления от обоих источников тепла управляют с помощью связанного двойного программируемого управления от режима недопустимого замораживания труб централизованного отопления к режиму автономного отопления квартиры и подъезда, в основном, автономным источником, а при недостаточности мощности автономного отопления, например при морозе, к режиму увеличения расходов централизованного отопления.
В способе в качестве теплоизолированной трубы для прокладки внутри старой трубы применяют гофрированные гибкие трубы с теплоизоляцией, пиковую мощность автономного отопления выбирают с учетом сокращения живого сечения новой трубы относительно старой и реальной проектной нагрузки, а удаление продуктов сгорания автономного котла и прием воздуха с улицы осуществляют с помощью коаксиального дымохода.
Далее, в способе автономные котлы в подъезде устанавливаются на площадке верхнего этажа и промежуточных этажах (при увеличенной нагрузке), котел и дымоход в подъезде оснащаются сигнализатором недостатка кислорода для горения и загазованности помещений, а показания потребления горячей воды дополнительно контролируют пирометром для бесконтактного сравнения разности температур на входе в каждую квартиру и температуры в подъезде.
Устройство для осуществления способа содержит бестраншейную реконструкцию подземных теплосетей по типу «труба в трубе», дополнительный источник пиковой мощности на объекте отопления, программируемые контроллеры по количеству разнотипных источников теплоты и отличается тем, что автономные источники отопления размещают в подъездах многоквартирных домов с разводкой по подъезду и квартирам через счетчики горячей воды или тепла, отсекающие краны, гибкие внутриквартирные трубы и дополнительные радиаторы с возможностью их перемещения по квартире и подъезду, причем программируемые контроллеры для управления режимами отопления от обоих источников тепла содержат температурные переключатели от режима недопустимого замораживания труб централизованного отопления к режиму автономного отопления квартиры и подъезда, а при недостаточности мощности автономного отопления, например при морозе, к режиму увеличения регистрируемых объемов централизованного отопления.
Устройство отличается тем, что оно содержит гофрированные гибкие трубы с теплоизоляцией для прокладки внутри старой трубы с учетом сокращения живого сечения новой трубы относительно старой и реальной проектной нагрузки, имеет систему удаления продуктов сгорания автономного котла и прием чистого воздуха с улицы в виде коаксиального дымохода с выводом выбросов газа выше крыши дома по установленным нормам и правилам строительства.
Далее, устройство отличается тем, что автономный котел установлен в подъезде на площадке верхнего этажа и промежуточных этажах (при увеличенной нагрузке), содержит сигнализатор недостатка кислорода для горения и загазованности помещений, а счетчики горячей воды дополнительно оснащены мобильным пирометром для бесконтактного сравнения разности температур теплоснабжения на входе в каждую квартиру со стороны подъезда и в самом подъезде.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На отдельном листе как рекомендация показана страница 31 из журнальной статьи Андреева и Шмелевой, которая раскрывает системный подход к решению круга коммунальных проблем по экономии затрат, по учету и регламенту конструирования систем.
На фиг. 1 показана фотография типовой гибкой теплоизолированной трубы для прокладки в старых трубах подземных теплосетей.
На фиг. 2 - система теплоснабжения.
На фиг. 3 - ввод автономного отопления из подъезда в квартиру.
На фиг. 4 и 5 - графики тепловых режимов.
На фиг. 6 - коаксиальный дымоход.
На фиг. 1 приведена фотография типовой гибкой теплоизолированной трубы для прокладки в старых трубах подземных теплосетей. Такие трубы применяются, например, в г. Уфа. Как указано в описании процесса, в Уфе на участке улицы 50 лет Октября производится прокладка сетей теплоснабжения с применением новой технологии, позволяющей сберечь асфальт, уложенный в прошлом году при капитальном ремонте дороги.
При ремонте участка, расположенного под проезжей частью, специалисты МУП «Уфимские инженерные сети» осуществляют замену выработавших ресурс труб без вскрытия дорожного полотна. При этом используется система гибких труб марки «Касафлекс», предназначенных для подземной бесканальной прокладки сетей теплоснабжения и горячего водоснабжения.
Трубы имеют гофрированную структуру и изготовлены из хромоникелевого сплава с утеплителем из пенополиуретана с высокими теплоизоляционными свойствами. Внутри теплоизолирующего слоя проходит сигнальный кабель для подключения системы оперативного дистанционного контроля.
Гибкость труб позволяет использовать их при практически любых вариантах прокладки трубопровода и дает возможность выбрать оптимальный маршрут.
Технология позволяет сократить время на прокладку труб, гарантированный производителем срок службы которых составляет 50 лет.
Общая длина монтируемых по новой технологии труб на участке улицы 50 лет Октября составляет 110 метров.
Трубы «Касафлекс» способны работать при высоких температурах до 180°С (для импортных образцов) и давлении 16 и 25 бар.
Остальное, как при обычной прокладке с использованием метода «труба в трубе».
На фиг. 2 система теплоснабжения имеет прокладку двух гибких теплоизолированных труб 1 (вторая не показана) через колодец 2 в земле 3 и подземные каналы 4. В доме 5 с фундаментом 6 трубы подключены к индивидуальному тепловому пункту 7, оснащенному теплосчетчиком (не показан) и программируемым контроллером 8 тепловых режимов на минимум и максимум централизованного отопления. От теплового пункта 7 из подвала 9 тепло поступает в сеть отопления 10 дома 5.
Рассмотрим часть автономной системы отопления, которая находится в подъезде, с квартирами 11 и счетчиками горячей воды 12.
2
Если общая площадь в подъезде, например, 20 квартир равна 20×50 м, потери в теплосети 50%, то мощность автономного котла или нескольких котлов 13 может составить примерно 50 кВт. Это 2 настенных котла (до 35 кВт) или 1 напольный (50 кВт и больше), размещаемый на подставке с учетом уровня потолка подъезда и эффективного квартирного шумоподавления.
Как и всякий котел, он снабжен счетчиком 14 и трубопроводом газа 15, имеет программируемый контроллер 16 (термостат) с установкой температуры, например, на верхнем этаже подъезда и коаксиальный дымоход 17, выведенный наружу выше крыши 18. К котлу подключены также квартиры 11 на лестничных площадках 19 и полу 20 и радиатор подъездного отопления 21. Входная дверь 22 в дом, как правило, не имеет вентиляции.
На фиг. 3 трубы автономного отопления от котла проходят счетчик горячей воды 12, краны 23 и радиаторы 24. Квартира и подъезд разделены стеной 25, где на трубах отопления имеются площадки для пирометра 26 и бесконтактного измерения температуры подачи Т1 и возврата Т2 воды котла. Температурные площадки - это пятна темной краски, нанесенные на трубы, или зачищенная от краски труба, но с отметкой, куда направлять луч пирометра. После запорной арматуры по желанию потребителя двухтрубная гибкая разводка с радиаторами 24 размещается в помещениях по выбору потребителя, с ограничением впуска лишнего воздуха в подключенную квартирную систему автономного отопления.
По показаниям счетчика воды 12 и эпизодическим измерениям разницы температур по пирометру 26 определяется распределение тепла от котла между квартирами для оплаты показаний общего газового счетчика 14 с газовой трубы 15 с природным газом. Если в квартире краны 23 перекрыты, то по разнице температур Т1-Т2=0 тепло не оплачивается, если краны полностью открыты, то оплата идет по усредненному квартирному перепаду температур Т1-Т2 и фактическому расходу теплоносителя в квартиру.
Для программируемых контроллеров 8 и 16 температурные режимы выбираются либо с графиком по фиг. 4 (2 режима), либо с графиком по фиг. 5 (3 режима), где Т - температура помещений или теплоносителя, t - время, режим 1 - централизованное отопление, режим 2 - автономное отопление. Для экономии затрат на тепло потребителям более выгоден эффективный режим с графиком 5, который начинается с режима недопущения обледенения труб централизованного отопления и помещений. Этого режима достаточно для автоматического включения автономного отопления (котла 13). Если на улице мороз, то контроллер 8 перейдет с режима «min» на режим «max». При потеплении на улице произойдет обратное переключение. Автономный котел через контроллер 16 автоматически отрабатывает свою программу при любом режиме и любой погоде.
Что касается горячего водоснабжения дома, то при наличии счетчиков в квартирах и экономии по счетчикам, как описано выше в статье, и автономного отопления от котла, оно от котла, как правило, не требуется и как второстепенное не решает главную задачу снижения нагрузки и затрат на отопление и бестраншейной прокладки труб. Для денежной экономии коммунальных услуг реконструкция горячего водоснабжения возможна, но с 5-кратной экономией, как в справке в тексте, несущественна и требует необоснованных дополнительных монтажных работ.
На фиг. 6 дан пример коаксиального дымохода на 2 котла. Дымоход с коаксиальной трубой имеет забор воздуха с улицы. Если забора воздуха с улицы не будет, то он будет с подъезда, и при сжигании кислорода в подъезде без вентиляции, по нашему опыту, один из котлов начнет «хлопать» (включаться-выключаться), а не держать режим, как предписано конструктором систем.
В ряде случаев имеет смысл котел и дымоход в подъезде оснащать сигнализатором недостатка кислорода для горения и недопустимости загазованности подъезда.
Послесловие, заимствованное из патентов RU 2235249 и RU 2235250, выбранных в качестве прототипов.
По требованию патентных экспертов моих предыдущих патентных заявок: «заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусмотрено дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Далее рассмотрим сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением искомого технического результата. Для этого см. описание изобретения выше.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа работы системы теплоснабжения следующей совокупности условий:
- заявленный способ теплоснабжения предназначен для использования в области теплоэнергетики;
- для заявленного способа теплоснабжения в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- способ теплоснабжения, воплощающий заявленное изобретение, при его осуществлении способен обеспечить достижение искомого технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость"».
Конец востребованной цитаты.