Теплоснабжение и газоснабжение

Термин «теплоснабжение» появился позже, чем «отопление и вентиляция». В книге А. И. Орлова «русская отопительно-вентиляционная техника», изданной в 1950 г., где подробно и обстоятельно представлено развитие техники отопления и вентиляции с давних времен, в оглавлении нет упоминания о термине «теплоснабжение».

Первая система теплофикации была осуществлена в Ленинграде по проекту и под руководством проф. В. В. Дмитриева и инж. Л. Л. Гинтера в 1924 г. на 3-й Ленинградской государственной электрической станции. Тепло от этой станции в виде горячей воды отводилось по наружным трубопроводам для использования различными потребителями города (не только находящегося в одном владении). Последнее позволило широко развиваться этой системе в СССР, где отсутствовала частная собственность на землю.

Россия стала страной с самым высоким уровнем развития централизованного теплоснабжения в Европе. Один из его видов - теплофикация стала особенно сильно развиваться в Москве, причем горячая вода использовалась для отопления и горячего водоснабжения. Интересно заметить, что в 1932 г. по проекту прокладки наружных трубопроводов от МОГЭСа по Неглинной ул. самые мощные и круглогодичные потребители горячей воды, находящиеся на этой улице, - Центральные и Сандуновские бани, присоединялись к ТЭЦ только для отопления. Эта серьезная ошибка проекта, не предусматривающая горячего водоснабжения, была исправлена в связи с амортизацией существовавших в банях мощных водогрейных котлов, работавших на нефтяном топливе: пришлось переделывать наружные трубопроводы при их монтаже.

Кроме ТЭЦ в крупных городах и, в частности, в Москве, в связи с выработкой необходимого количества тепла для теплоснабжения устраиваются пиковые котельные, которые вместе с ТЭЦ составляют централизованное теплоснабжение городов, имеющих разветвленную большую сеть наружных трубопроводов. Для уменьшения их количества применяют в основном двухтрубную систему, хотя в ряде случаев применяют 3-х и 4-х трубную систему с устройством одной (горячей) и двух (горячей и обратной) труб для горячего водоснабжения.

Применение наружных теплопроводов при централизованном теплоснабжении вызывает существенное удорожание его устройства, причем применяется много различных конструкций для подземной прокладки: например, в непроходных каналах, когда в них прокладываются только теплопроводы, но и водопровод, электросети (высокого и низкого напряжения и др. коммуникации (рис. 3)) и бес канальная прокладка, когда труба теплопровода привозится на место строительства с готовой тепловой изоляцией и внешней трубой, обеспечивающей гидроизоляцию и сохранность теплоизоляции.

Применяется надземная прокладка теплопроводов: на эстакадах, в частности, на промышленных предприятиях, а иногда и прямо на поверхности земли, в том числе в городах, чаще но территории дворов и садов. В последнем случае теплоизоляция труб, как правило, закрывается в металлический кожух. Хотя надземная прокладка ухудшает внешний вид территории, занимает место на поверхности земли, однако, в эксплуатации она сохраняется, как правило, лучше.

Вообще эксплуатация наружных теплопроводов создает много неприятностей: дополнительные теплопотери 5-8%, а в ряде случаев 20% и более; мало-предсказуемая коррозия трубопроводов, приводящая к частым протечкам, иногда вызывающим аварийную ситуацию; существенную затрату средств на ремонт и трудность его осуществления в городах.

В конце столетия в области прокладки и эксплуатации наружных теплопроводов проведено много исследований, включая их экспериментальные прокладки и новые методы ремонта, контроля теплопотерь и утечек теплоносителя из труб:

- использование более эффективных теплоизоляционных материалов , в частности, пенополиуретан, пенополистирол, минеральная вата из базальтового волокна на синтетической связке. Коэффициенты теплопроводности этих материалов находятся в пределах 0,03 - 0,045 Вт/(м2К);

- применение нового типа компенсаторов, воспринимающих тепловое расширение труб (сильфонных и виброкомпенсаторов);

- применение самокомпенсирующихся теплопроводов (с фиксированием их на мертвых опорах в нагретом состоянии);

- диагностика протечек и нарушения теплоизоляции подземных теплопроводов производилась «бестраншейно» с применением ультразвуковых и телевизионных методов.

При бесканальной прокладке теплопроводов последние содержат сигнальные провода системы оперативного дистанционного контроля утечек, которая указывает наличие влаги в изоляционном слое в случае внутренней коррозии или наружного повреждения стенок трубы.

Начали применять новые прогрессивные решения в области диспетчеризации и управления системами централизованного теплоснабжения с использованием современных телекоммуникационных технологий и программного обеспечения.

Имея в виду огромное количество подземных теплопроводов в нашей стране и суровый зимний климат, их ремонт и эксплуатация в ряде случаев становится народно-хозяйственной проблемой.

Есть такие сведения, что нашу «страну пронизывают» около 260 тысяч километров тепловых сетей. Более 40-50% нуждаются в ремонте и перекладке. Общие потери тепла в системах централизованного теплоснабжения составляют до 30% отпускаемого тепла (80 млн т у. т. в год), что в несколько раз превышает аналогичный показатель в странах Западной Европы».

Встает вопрос: правильно ли мы с таким усердием развивали эту систему теплоснабжения? Поэтому, несмотря на преимущества централизованного теплоснабжения, особенно когда для него используется твердое топливо, в ряде случаев местное теплоснабжение от домовых и квартирных генераторов тепла становится конкурентоспособным.

Это, в частности, становится особенно актуальным в связи с возможностью использования для теплоснабжения газового и жидкого топлива. Сейчас для местного теплоснабжения их КПД приближается к 90%, а при расположении котла в квартире, когда тепловыделения от него используются полезно, и выше. См. рис. 5.

Общее количество бытовых газовых котлов в стране оценивается в 2,3-2,5 млн. единиц. Структура их оптимального производства на ближайшую перспективу по мощности агрегатов составляет: менее 12 кВт - 13%, от 12 до 20 кВт - 14%, от 20 до 30 кВт - 50% и Более 30 кВт - 50% . Многое сделано в области развития газового хозяйства за вторую половину столетия в нашей стране.

Вполне возможно также разумное сочетание централизованного и автономного теплоснабжения.

Для уменьшения затрат на котельную для местного теплоснабжения у нас начали применять газовые котельные на крышах отапливаемых зданий. В Брюсселе такие котельные эксплуатируются уже более 20 лет.

Использование в качестве топлива природного газа, добыча которого стала широко развиваться в нашей стране в начале 1950-х годов, позволило существенно улучшить решение вопросов теплоснабжения не только потому, что сжигание газа создает наименьшее загрязнение атмосферного воздуха, но также вследствие простоты его транспортировки (по трубопроводам), регулированию подачи и сжигания, а также автоматизации использования. Широко применяется газ в промышленности. Повсеместно применяется газ для приготовления пищи, в ванных водоподогревателях, квартирных отопительных котлах, которые в последние годы начали производить в комбинации с приготовлением воды для горячего водоснабжения.

Общее количество бытовых газовых котлов в стране оценивается в 2,3-2,5 млн. единиц. Структура их оптимального производства на ближайшую перспективу по мощности агрегатов составляет: менее 12 кВт - 13%, от 12 до 20 кВт - 14%, от 20 до 30 кВт - 50% и Более 30 кВт - 50%. Многое сделано в области развития газового хозяйства за вторую половину столетия в нашей стране.

С 1965 г. в стране была создана новая отрасль промышленности - газо- аппаратостроение, объединившая более 40 машиностроительных заводов по производству газовой аппаратуры, она освоила в 1970-80 годах ежегодный выпуск 5 млн. газовых плит, 1 млн. водонагревателей, 0,8 млн. отопительно-варочных аппаратов, до 3 млн. баллонов для сжиженного газа. Последнее способствовало распространению до 40-50% газификации сельских населенных мест.

Предусматривалось построить в 1996 - 2000 г. 171 тыс. км. газопроводов, в том числе 45,6 тыс. км. газопроводов из полиэтиленовых труб; долю протяженности межпоселковых газопроводов увеличить с 7,7% до 25% в 2000 г., а распределительных сетей с 0,3 до 12,3%. Статистические сведения по развитию газового хозяйства заимствованы из первой редакции статьи К. Г. Кязимова «Городское газовое хозяйство».

Сочетание газоснабжения с теплоснабжением мы видим и в том, что в последние годы начали применять для выработки электроэнергии в ТЭЦ газовые турбогенераторы, в которых используется снижение давления газа в сетях высокого давления.

Рассматривая вопросы теплоснабжения, нельзя не сказать об использовании для этих целей нетрадиционных источников энергии (НВИЭ): это энергия Солнца, ветер, геотермальные воды и биоэнергетика, позволяющая использовать энергию различных отходов. Замечательной особенностью этих источников получения энергии является то, что все они совершенно не загрязняют атмосферу. Причем в ряде случаев есть примеры их успешной (экономически оправданной) уже длительной работы. Например, электростанция, работающая на использовании солнечной энергии, в Луз-интернейшнл (США).

Во многих странах, в том числе у нас в солнечных районах, широко применяются небольшой производительности солнечные водонагреватели.

Однако, несмотря на большие перспективы этого направления деятельности, широкого применения оно пока не получило. Обсуждается идея создания глобальной солнечной электростанции (в Сахаре или Австралии) с размещением приемника солнечной энергии в космосе с непрерывным солнечным облучением его.

Не исключено, что в конце 21-го века на смену централизованного теплоснабжения зданий подойдет электротеплоснабжение. Для пищеприготовления оно уже широко применяется, что (по сравнению с использованием газа) дает улучшение воздушной среды.

В малых городах электротеплоснабжение целесообразно внедрять быстрее, особенно при наличии дешевой электроэнергии (в частности, при ночном тарифе, наличии теплоаккумуляторов, недоиспользованных мощностей ближайших электростанций и т. д.).