Схема работы индивидуального теплового пункта

Тепловой пункт индивидуального типа (ИТП) — местный узел оборудования, куда поступает теплоноситель городской тепловой сети с параметрами 95–150°C, а далее он проходит через пластинчатые теплообменные аппараты отопления и ГВС передаёт тепло внутренним системам объекта — отопительному контуру 70–95°C и ГВС 60–65°C. Работа ИТП построена на трёх контурах (первичный сетевой, вторичный отопления, ГВС), пяти группах оборудования (теплообменники, насосы, регулирующие клапаны, защитная арматура, КИП) и АУУ (узел автоматического управления) на Danfoss ECL, Siemens RDG либо КС-Контроль, что обеспечивает экономию энергии 20–50% и срок службы 15–20 лет.

Как устроен ИТП: сетевая и внутренняя вода разделены

Базой для схемы функционирования индивидуального теплового пункта служит — разделение двух систем по гидравлике: наружного (городская теплосеть) и внутреннего (отопление плюс ГВС объекта) контуров. Разделяет их перегородка, собранная из тонких профилированных пластин, каждая толщиной 0,4–0,6 мм, в теплообменнике пластинчатого типа, посредством которой тепловая энергия проходит благодаря теплопроводности AISI 316L (16 Вт/м·К) и вынужденной конвекции с двух сторон. Среды не контактируют напрямую — именно так устроена независимая схема, закреплённая СН РК 4.02-04-2013.

Из тепловой сети первичный теплоноситель подаётся по трубопроводу подачи с параметрами 95–150°C и 0,6–1,6 МПа. Пройдя грязевик, фильтр и теплосчётчик, сетевая вода направляется в горячую полость пластинчатого теплообменника, передаёт теплоту вторичному контуру, после чего возвращается в обратный трубопровод сети с температурой 40–70°C. Объём первичной воды дозирует седельный клапан с электроприводом; управление выполняет контроллер АУУ, ориентируясь на датчик наружной температуры и датчик температуры теплоносителя в подающем трубопроводе отопления.

Вторичный контур объекта представляет собой закрытую систему, где циркулирует своя вода, есть отдельный расширительный бак и собственные циркуляционные насосы. Его параметры: подача 70–95°C, обратка 40–70°C, давление 0,2–0,6 МПа. Из теплосети ИТП забирает именно ту тепловую мощность, которая сейчас необходима зданию для соблюдения заданного температурного графика. Как устроен тепловой пункт, рассказывается в публикации «Устройство теплового пункта и принципы его работы».

Независимая и зависимая схемы

Выделяют два принципиальных варианта присоединения. При зависимом варианте сетевая вода идёт прямо в радиаторы объекта через смесительный узел с элеватором либо насосом — теплообменник не используется. Такой вариант встречается в старом фонде и требует равенства давлений сети и внутренней системы. При независимом варианте вода из сети и внутренняя вода разграничены пластинчатым теплообменником — сегодня это стандарт, который обязателен при новом строительстве согласно СН РК 4.02-04-2013. Независимое подключение предохраняет внутреннюю систему от пиковых давлений сети и загрязнений теплоносителя.

• Прямоточная зависимая — Pсети ≤ Pдома, температурный график совпадает; в современных проектах используется крайне редко.
• Зависимая схема со смешением — элеватор добавляет обратную воду в подающую сетевую, снижая температуру с 130°C до 90°C. Стоимость невысокая, регулирование отсутствует.
• Независимая — между контурами стоит пластинчатый теплообменник. Это базовая схема современного ИТП, оснащённого автоматикой Danfoss ECL 296 / 310 либо КС-Контроль.

Из чего состоит ИТП: пять групп оборудования на одной схеме

Полный ИТП для многоквартирного или коммерческого здания объединяет пять функциональных групп оборудования, которые размещаются в определённом порядке по ходу теплоносителя. У каждой группы своя задача — передача тепла, циркуляция, регулирование, защита либо учёт. Состав задан СН РК 4.02-04-2013 «Тепловые сети» и ГОСТ 30494. Детальный обзор оборудования приведён в статье «Комплектация ИТП и типы тепловых пунктов».

Группа 1 — Оборудование для теплообмена

Главный элемент ИТП — теплообменники пластинчатого типа. В стандартной схеме предусмотрено два: ПТО отопления и ПТО ГВС. В отоплении используются разборные пластинчатые аппараты мощностью 0,5–5 МВт (к примеру, Funke FP, Alfa Laval M10, РИДАН НН-21) с площадью поверхности 5–80 м². Для ГВС ставится отдельный теплообменник ГВС пластинчатого типа мощностью 0,1–1,5 МВт. В отдельных случаях используют двухступенчатую схему ГВС с двумя теплообменниками, соединёнными последовательно, — чтобы экономить тепловую энергию, применяя обратную воду отопления как первую ступень подогрева ХВС.

Группа 2 — Насосы циркуляции

Насосы циркуляции создают принудительное движение вторичного теплоносителя по теплообменнику и отопительной системе объекта. Используются агрегаты с «мокрым» ротором и частотным управлением: Wilo Stratos / Stratos MAXO, Grundfos Magna3, EBARA Ego easy. Обычная подача — 5–80 м³/ч на контур, напор — 6–12 м, мощность — 0,5–4 кВт. Ставят не менее двух насосов (рабочий и резервный) с автоматикой АВР.

Группа 3 — Арматура запорная и регулирующая

Клапаны регулирования изменяют расход первичного теплоносителя — именно так регулируется мощность ИТП. Используют седельные двухходовые либо трёхходовые клапаны Danfoss VFG / VFGS, Siemens MV5, Belimo VRG, а также отечественные ВТЛ и КС-Регулятор. Электропривод — AME 55QM / SAS61 / NM24 — получает сигнал 0–10 В от контроллера АУУ. Запорная арматура включает шаровые краны, дисковые поворотные затворы и обратные клапаны.

Группа 4 — Арматура защитная

Оборудование защиты не даёт разрушиться элементам ИТП при аварийных ситуациях: мембранные расширительные баки Reflex N / NG / Wessels на 50–500 л, предохранительные клапаны SV 30 / SV 50 с настройкой 0,6 МПа, грязевики (фильтры-отстойники), сетчатые Y-образные фильтры DN50–DN200. Если этих компонентов нет, срок службы системы падает с 20 до 5 лет.

Группа 5 — Автоматика и КИП

КИП выполняют роль «глаз» ИТП. На всех контурах стоят датчики Pt1000 или Pt500, на подаче/обратке — манометры МП-100, также применяются реле давления и расходомеры. Контроллер управления (АУУ) принимает сигналы и формирует команды для приводов клапанов и частотных преобразователей насосов.

Отопительный контур: сетевая вода 95–150°C → 70–95°C внутри здания

Отопительный контур — наиболее мощная нагрузка ИТП. На неё приходится 60–85% суммарной тепловой мощности. Сетевая вода с температурой 95, 110, 130 или 150°C (в зависимости от температурного графика теплоснабжения города) входит в горячий канал ПТО отопления, остывает до 40–70°C и возвращается в обратный трубопровод теплосети. Внутренний контур здания нагревается по противоточной схеме: обратная вода 40–70°C поднимается до 70–95°C и насосом направляется в радиаторы или фанкойлы.

Температурный режим вторичного контура определяется видом отопительной системы объекта: для классических чугунных/стальных радиаторов — 95/70 или 90/70°C, для алюминиевых/биметаллических — 85/65, для тёплых полов — 45/35, для фанкойлов — 55/45 (СН РК 4.02-01-2011). Контроллер АУУ сам корректирует температуру подачи согласно кривой отопления в зависимости от температуры наружного воздуха — это и называется «погодным регулированием», которое даёт экономию 15–30%.

Распространённые температурные графики тепловой сети

Теплообменник отопления подбирают исходя из тепловой нагрузки объекта (МВт), параметров теплосети и нужного графика вторичного контура. Допустимые потери давления — 30–60 кПа со стороны сети, 20–40 кПа со стороны здания. Запас по поверхности — 15–20%. Уже подобранные варианты представлены в каталоге теплообменников отопления и материале «Теплообменники систем отопления».

Контур ГВС: первичный теплоноситель → ПТО ГВС → 60–65°C потребителю

Контур ГВС функционирует не так, как отопительный. В роли вторичного теплоносителя выступает холодная вода из водопровода Холодная вода из сети (ХВС) с параметром 5–15°C проходит через пластинчатый теплообменник ГВС, где доводится до 60–65°C — уровня, установленного санитарные правила РК и СН РК 4.01-02-2013. В качестве греющей среды выступает первичный сетевой теплоноситель: либо из тепловой сети, либо из обратного трубопровода отопительного контура (при двухступенчатой схеме).

В одноступенчатой схеме ГВС весь нагрев ХВС происходит в одном теплообменнике от прямой сетевой воды 95–130°C. Это простая и компактная схема, но менее экономичная. В двухступенчатой схеме холодная вода сначала подогревается до 30–40°C в первом теплообменнике обратной водой отопления (29–45°C), а затем догревается до 60–65°C прямой сетевой водой во втором теплообменнике. Экономия первичного теплоносителя — 8–15%, рекомендована СН РК 4.02-04-2013 для зданий выше 9 этажей.

ГВС-контур имеет ряд отличий: нагрузка носит пиковый характер (в утренние и вечерние часы расход превышает среднесуточный в 3–5 раз), необходима циркуляция (в стояках поддерживают 50°C, когда водоразбора нет), вода более агрессивна к коррозии, а на пластинах возможен рост накипи. Детальный разбор схем приведён в статье «Зачем в ИТП нужен второй теплообменник» и «Теплообменный аппарат ГВС».

• Одноступенчатая — Q = 0,1–0,8 МВт, расчёт по ГОСТ 27590, поверхность 3–25 м²; характерна для малых зданий и узлов с большим избытком первичного теплоносителя.
• Последовательная двухступенчатая — состоит из двух секций, расходы переключаются между ними; экономия сетевой воды достигает 8–15%.
• Смешанная двухступенчатая — последовательное и параллельное включения объединены; обеспечивает гибкость при значительных колебаниях нагрузки.

Потоки ИТП: закрытый первичный и открытый вторичный

В гидравлике ИТП присутствуют три потока разных типов, и у каждого свои давление, расход и требования к воде. Чтобы верно рассчитать и обслуживать тепловой пункт, нужно хорошо представлять эти потоки.

Сетевой первичный поток

Контур теплосети закрытого типа. В качестве теплоносителя используется химически подготовленная сетевая вода: умягчение, удаление кислорода, антикоррозионная обработка согласно СО 153-34.20.501. Рабочие параметры: P = 0,6–1,6 МПа, T1 = 95–150°C, T2 = 40–70°C. Требования к воде: pH 7–10, ЖО ≤ 0,01 мг-экв/л, Fe ≤ 0,3 мг/л. Клапан меняет расход по команде контроллера АУУ. Ответственность разграничивает водо-измерительный узел с теплосчётчиком на входе в ИТП.

Вторичный отопительный поток (закрытый)

Внутренняя система отопления здания образует замкнутый контур. Теплоносителем служит деминерализованная вода либо антифриз (этиленгликоль 30–40%). Параметры: P = 0,2–0,6 МПа, T11 = 70–95°C, T12 = 40–70°C. В составе контура есть расширительный бак, подпитка и воздухоотводчики. Циркуляция принудительная, её создают насосы Wilo / Grundfos.

Вторичный поток горячего водоснабжения (открытый)

Поток открытого типа: холодная вода берётся из городского водопровода, нагревается и подаётся потребителям через смесители и душевые. Для поддержания 50°C при отсутствии разбора предусмотрен циркуляционный контур (стояк ГВС + циркуляционный насос). Параметры: P = 0,3–0,6 МПа, T_подача = 60–65°C, T_циркуляция ≥ 50°C. Расход непостоянный и определяется потребителями.

Средства автоматики АУУ: Siemens, Danfoss, КС-Контроль

АУУ (узел автоматического управления) выполняет в ИТП роль головного устройства. Контроллер принимает сигналы датчиков температуры, давления и расхода, обрабатывает их согласно заложенным алгоритмам и формирует команды для регулирующих клапанов и частотных приводов насосов. В современном АУУ реализовано погодное регулирование: при похолодании на улице подача в отопление становится горячее; с ростом расхода ГВС сильнее открывается клапан подмеса первичного теплоносителя.

Таблица сравнения контроллеров для ИТП

В состав алгоритмов регулирования входят: ПИД-регулирование расхода первичного теплоносителя, коррекция по наружному датчику погоды, температурный график отопительной подачи, фиксированная уставка ГВС с гистерезисом, ночное снижение, автоматический розжиг, резервирование насосов и защита от замерзания при T < 5°C. Для связи с диспетчерскими системами современные контроллеры имеют интерфейсы Modbus RTU/TCP, BACnet, M-Bus, LoRaWAN.

Регулирующие клапаны: VFG, MV5, VTL — диапазон DN15–DN150

Клапан регулирующий служит последним исполнительным звеном автоматики. Именно он меняет расход первичного теплоносителя, а значит, и тепловую мощность теплообменника. Насколько точно будет регулирование, зависит от правильного выбора Kvs (пропускной способности): если Kvs занижен, клапан всё время стоит полностью открытым и не может снижать мощность; если завышен — он работает лишь в начальных 10–20% хода, теряя линейность.

• Danfoss VFG / VFGS — двухходовой седельный, DN15–DN125, Kvs 1–250 м³/ч, PN 16/25. Рыночный эталон, проверенный более чем 30-летней эксплуатацией.
• Siemens MV5 / MV6 — седельные, диапазон такой же, стоимость ниже, ремонтопригодность несколько хуже.
• Belimo VRG-3 — смесительные трёхходовые, DN15–DN50, применяются на малых узлах с подмесом.
• Сангалс ВТЛ — седельные отечественные, DN15–DN100, импортозамена в недорогих проектах.
• КС-Регулятор — выпускает сам ТПЛ-Сервис, DN20–DN150, PN 16/25, ресурс 100 000 циклов.

Приводы электрические — Danfoss AME 55QM / AMV 13, Siemens SAS61.33, Belimo NM24A-SR — получают от контроллера АУУ сигнал 0–10 В либо 4–20 мА. Время перемещения составляет 30–120 с, благодаря чему регулирование идёт плавно, без гидроударов.

Насосы циркуляционные: EBARA, Grundfos Magna3, Wilo Stratos

По воздействию на энергоэффективность ИТП циркуляционные насосы уступают только теплообменникам. Сегодня принято ставить агрегаты с электронно-коммутируемым ротором (ECM) и встроенным преобразователем частоты. Подобные модели изменяют частоту вращения в зависимости от сопротивления сети, что позволяет сберегать до 80% электроэнергии по сравнению с нерегулируемыми АС-насосами класса D.

Подбор и типовые мощности

Выбор делают с запасом 10–15% по напору и подаче. Для каждого контура предусматривают два однотипных насоса — рабочий и резервный; резерв запускается автоматически (АВР) по сигналу реле потока либо дифференциального манометра. В циркуляционном контуре ГВС стоит отдельный небольшой насос (1–5 м³/ч, 2–4 м).

Защитные элементы: грязевики, предохранительные клапаны, расширительные баки

Арматура защитного назначения страхует ИТП от трёх основных аварий: разрыва труб из-за теплового расширения воды, роста давления в системе и засорения пластин теплообменника механическими включениями. Если этих элементов нет, даже дорогой теплообменник прослужит 2–5 лет вместо положенных 15–20.

Мембранные расширительные баки

Тепловое расширение воды, возникающее при нагреве (4% в диапазоне 10–95°C), нивелируется этими устройствами. В ходу модификации Reflex N / NG, Wessels TWT, Flamco Flexcon. Необходимый объём вычисляют как 5–8% от общего объёма воды в системе, добавляя запас на подпитку. Для жилых домов высотой 5–9 этажей обычно хватает бака на 100–300 л. Монтируют его на обратной линии перед насосом.

Клапаны предохранительного типа

При скачке давления выше 0,6 МПа (в низконапорном отоплении) либо 1,0 МПа (в системах с повышенным давлением) излишки сбрасываются в канализацию. В качестве примеров — SV 30 / SV 50 Honeywell, Caleffi 311, Watts SVH. На каждый контур ставят свой клапан. Проверять их нужно ежегодно, это обязательное требование.

Фильтры и грязеуловители

На входе сетевой воды грязевик (фильтр-отстойник) улавливает крупный шлам — окалину и продукты коррозии труб. Y-образный сетчатый фильтр задерживает мелкие фракции размером менее 0,5 мм. Если их не поставить, пластины ПТО забиваются уже через 3–6 месяцев. Обычно схема включает грязевик и Y-фильтр с каждой стороны теплообменника. Как промывать загрязнённые пластины, рассказано в статье «Промывка теплообменника пластинчатого типа».

Измерение теплоты: ВКТ-7, Эльф, Multical, Карат-307

Для любого ИТП узел учёта тепловой энергии — неотъемлемая часть, этого требует Закон РК № 541-IV «Об энергосбережении» «Об энергосбережении». В его составе теплосчётчик-вычислитель, два расходомера (электромагнитные либо ультразвуковые) и пара датчиков температуры Pt500 / Pt1000. Вычислитель перемножает разницу температур на расход и интегрирует во времени, выдавая количество поданной (или принятой) теплоты в ГДж либо Гкал.

Теплосчётчики для ИТП, представленные в Казахстане

• ВКТ-7 (ТЕПЛОКОМ) — самый ходовой в РК и РФ, рассчитан на 6 трубопроводов, ГРСИ № 14640-08, класс 3, DN10–DN300.
• Эльф-04 / Эльф-09 (Промсервис) — малогабаритный вариант для небольших ИТП и офисных теплопунктов.
• Multical 803 (Kamstrup, Дания) — ультразвуковой прибор, не имеет движущихся элементов, батарея работает 16 лет, ГРСИ № 79122-20.
• Карат-307 (КАРАТ) — современный вычислитель российского производства, с LoRaWAN и Modbus, класс 2.
• ТЭМ-104 (Арвас) — применяется на крупных ИТП, обслуживающих магистральные сети.

Монтаж и поверку теплосчётчика регулируют правила коммерческого учёта тепловой энергии (постановление 1034) и стандарты ГОСТ и СТ РК (с учётом СТ РК). Для большинства моделей межповерочный период составляет 4 года. Если поверка просрочена, энергоснабжающая организация считает по нормативу — выходит в 1,3–2 раза дороже реального потребления.

8 ошибок при проектировании и эксплуатации схемы ИТП

Наша компания занимается инжинирингом ИТП 15 лет, и за это время мы не раз встречали одинаковые ошибки в проектах разных лет. Чаще всего они оборачиваются перерасходом энергии на 20–40%, поломками оборудования либо санкциями со стороны теплоснабжающей организации. О наиболее частых — далее.

Дополнительно об эксплуатации — в материале «Эксплуатация теплопункта», а про модернизацию старых ИТП — «Реконструкция и модернизация теплопункта».

Частые вопросы (FAQ) о схеме работы ИТП

Схема ИТП и расчёт: помощь инженера ТПЛ-Сервис