Description:

Actuellement, parallèlement aux systèmes centralisés d'approvisionnement en chaleur, les systèmes décentralisés sont devenus assez répandus. Les systèmes autonomes décentralisés désignent classiquement de petits systèmes avec une puissance thermique installée ne dépassant pas (20 Gcal/g) 23 MW.

Schémas technologiques des systèmes de chauffage urbain, d'approvisionnement en chaleur et de chauffage

S.A. Chistovitch, académicien du RAASN, président de l'Union des ingénieurs électriciens du nord-ouest de la Russie

L'académicien S. A. Chistovich est un spécialiste exceptionnel, l'un des créateurs du système de chauffage urbain et de fourniture de chaleur domestique, qui a reçu une reconnaissance mondiale. À l'occasion de son anniversaire, l'académicien S. A. Chistovich est activement engagé dans des activités scientifiques et pédagogiques, notamment en achevant ses travaux sur la monographie « Systèmes automatisés de chauffage urbain, d'approvisionnement en chaleur et de chauffage », qui devrait être publiée à la fin de l'année.

1. Systèmes centralisés et décentralisés

Actuellement, parallèlement aux systèmes centralisés d'approvisionnement en chaleur, les systèmes décentralisés sont devenus assez répandus.

Les systèmes autonomes décentralisés désignent classiquement de petits systèmes avec une puissance thermique installée ne dépassant pas (20 Gcal/g) 23 MW.

Intérêt accru pour les sources (et systèmes) de chaleur autonomes dernières années a été largement déterminé par la politique d'investissement et de crédit, puisque la construction d'un système d'approvisionnement en chaleur centralisé nécessite que l'investisseur effectue d'importants investissements ponctuels en capital dans la source, réseaux de chaleur et les systèmes internes du bâtiment, avec une période de récupération indéfinie ou sur une base presque irrévocable. Avec la décentralisation, il est possible non seulement de réduire les investissements en capital en raison de l'absence de réseaux de chaleur, mais également de déplacer les coûts vers le coût du logement (c'est-à-dire vers le consommateur). C'est ce facteur dans dernièrement et a conduit à un intérêt accru pour les systèmes d'approvisionnement en chaleur décentralisés pour la construction de nouveaux logements. L'organisation de l'approvisionnement autonome en chaleur permet la reconstruction d'installations dans des zones urbaines avec des bâtiments anciens et denses en l'absence de capacité libre dans les systèmes centralisés. Décentralisation basée sur des générateurs de chaleur à haut rendement de dernières générations (dont chaudières à condensation

) avec des systèmes de contrôle automatique vous permet de satisfaire pleinement les besoins du consommateur le plus exigeant. Les facteurs énumérés en faveur de la décentralisation de l'approvisionnement en chaleur ont conduit au fait qu'elle a déjà commencé à être considérée comme une solution technique non alternative, dépourvue d'inconvénients. Par conséquent, il est nécessaire d'examiner en détail les problèmes qui apparaissent avec une approche plus prudente de cette question, d'analyser les cas individuels d'utilisation de systèmes décentralisés, ce qui permettra de choisir décision rationnelle

dans le complexe.

La faisabilité de l'utilisation de tels systèmes par rapport aux systèmes centralisés doit être évaluée en fonction d'un certain nombre d'indicateurs :

– l'efficacité commerciale (financière), compte tenu des conséquences financières du projet pour ses participants directs ;

– l'efficacité économique, prenant en compte les coûts et les résultats associés au projet qui dépassent les intérêts financiers directs de ses participants et permettent de mesurer les coûts ;

– coûts des combustibles fossiles – l'évaluation de cet indicateur naturel doit prendre en compte à la fois les évolutions projetées du coût des combustibles et la stratégie de développement du complexe combustible et énergétique de la région (pays) ;

– impact des émissions atmosphériques sur l'environnement ;

Lors du choix d'une source d'approvisionnement en chaleur autonome, il est nécessaire de prendre en compte un certain nombre de facteurs. Il s'agit tout d'abord de la zone où se trouve l'installation de fourniture de chaleur à laquelle la chaleur doit être fournie (un bâtiment séparé ou un groupe de bâtiments). Les zones d'apport de chaleur possibles peuvent être divisées en quatre groupes :

Zones d'approvisionnement en chaleur urbaine à partir des chaufferies de la ville (district) ;

Zones d'approvisionnement centralisé à partir des centrales thermiques de la ville ;

Zones d'approvisionnement en chaleur autonomes ;

Zones d'approvisionnement en chaleur mixtes.

La nature de l'aménagement au niveau de l'emplacement des bâtiments (nombre d'étages et densité des bâtiments : m 2 /ha, m 3 /ha) a une influence significative sur le choix de la source d'approvisionnement en chaleur.

Un facteur important est l'état des infrastructures d'ingénierie (l'état des principaux équipements technologiques et réseaux de chaleur, le degré de leur détérioration morale et physique, etc.).

Non moins important est le type de matériel utilisé dans une ville ou localité combustibles (gaz, fioul, charbon, déchets de bois etc.).

La détermination de l'efficacité économique est obligatoire lors de l'élaboration d'un projet de création de systèmes autonomes pour les bâtiments situés dans la zone de fourniture de chaleur centralisée.

L'installation de sources autonomes dans ce cas, tout en étant financièrement attractive pour les investisseurs (participants directs au projet), dégrade l'efficacité économique du système d'approvisionnement en chaleur centralisé de la ville :

– la charge thermique raccordée à la chaufferie municipale diminue, ce qui entraîne une augmentation du coût de l'énergie thermique fournie ;

– dans les systèmes de chauffage, en outre, la part de l'électricité produite par le cycle combiné (basée sur la consommation thermique) diminue, ce qui dégrade l'efficacité énergétique de la centrale.

La détermination du coût du carburant organique permet, grâce à des mesures directes, d'évaluer objectivement les pertes d'énergie tout au long de la chaîne technologique depuis la source jusqu'au consommateur final.

L'efficacité globale de l'utilisation du combustible dans le système est calculée en multipliant les coefficients caractérisant les pertes de chaleur dans tous les éléments du système d'alimentation en chaleur connectés en série. En production combinée (dans une centrale thermique, dans une centrale de cogénération), un coefficient est introduit qui prend en compte les économies de chaleur par rapport à la production séparée d'énergie thermique dans une chaufferie et d'énergie électrique dans une centrale à condensation.

Dépendances initiales pour déterminer le coefficient global utilisation bénéfique les combustibles pour diverses options de systèmes d'alimentation en chaleur sont indiqués dans le tableau. 1.

L'ampleur des pertes thermiques excédentaires à travers les enceintes extérieures du bâtiment (1 – h 0), dont la connaissance est nécessaire pour le calcul du bilan thermique, ne dépend pas du type de systèmes d'alimentation en chaleur et ne peut donc pas être prise en compte lors du calcul du bilan thermique. comparer les systèmes centralisés et décentralisés.

Les générateurs de chaleur d'appartement modernes utilisant du gaz ont un rendement : h 1 = 0,92-0,94 %.

Le facteur d'efficacité du combustible dans une chaufferie urbaine attribué à l'utilisateur final est déterminé à partir de l'expression (tableau 1) :

h c = h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 .

La valeur de ce coefficient, selon de nombreux tests sur le terrain, ne dépasse pas 50 à 60 %. Ainsi, du point de vue de l'efficacité énergétique, l'utilisation de générateurs de chaleur résidentiels fonctionnant au gaz est beaucoup plus rentable.

L'efficacité de l'utilisation du combustible dans une centrale thermique est plus élevée que dans une chaufferie urbaine en raison de la production combinée d'énergie thermique et électrique. Lorsque toutes les économies sont attribuées à la production d’énergie thermique (h = 1,0), le coefficient global de cogénération est de 0,80 à 0,90 %.

Lors de la fourniture de chaleur à partir d'une mini-cogénération domestique, l'efficacité globale, en raison de l'absence de pertes pendant le transport et la distribution du liquide de refroidissement et de toutes les économies attribuées à la production d'énergie thermique, peut atteindre cent pour cent ou plus.

De ce qui précède, il s'ensuit que les générateurs de chaleur pour appartements au gaz, ainsi que les centrales de cogénération pouvant fonctionner à la fois au gaz et au diesel, ont les taux d'utilisation de carburant les plus élevés. Les chaufferies autonomes (montées sur le toit ou attachées aux maisons) sont quelque peu inférieures aux générateurs de chaleur des appartements en raison des pertes de chaleur dans les communications intra-maison. Les chaufferies urbaines qui produisent uniquement de l'énergie thermique ont le rendement énergétique le plus faible.

Une comparaison des systèmes centralisés et décentralisés du point de vue de leur impact sur l'environnement dans les zones où vivent les gens montre les avantages environnementaux indéniables des grandes centrales thermiques et des chaufferies, notamment celles situées en dehors des limites de la ville.

Les émissions de gaz de combustion (CO 2 , NOx) des petites chaufferies autonomes construites dans des lieux de consommation d'énergie thermique polluent l'air ambiant, concentration substances nocives dans lequel dans grandes villesà cause de la saturation par transport routier dépasse déjà les normes sanitaires autorisées.

Lors de l’évaluation comparative de la sécurité énergétique du fonctionnement des systèmes centralisés et décentralisés, les facteurs suivants doivent être pris en compte.

– Les grandes sources thermiques peuvent fonctionner avec différents types de combustibles (y compris locaux et de faible qualité) et peuvent être commutées vers la combustion de combustibles de réserve lorsque l'approvisionnement en gaz du réseau est réduit.

– Les petites sources autonomes (chaudières de toit, générateurs de chaleur pour appartements) sont conçues pour brûler un seul type de combustible – le gaz naturel du réseau, ce qui, bien entendu, affecte négativement la fiabilité de l'approvisionnement en chaleur.

– Installation de générateurs de chaleur pour appartements bâtiments à plusieurs étages si leur fonctionnement normal est perturbé, cela crée une menace directe pour la santé et la vie des personnes.

– Dans les réseaux de chaleur en boucle de chauffage centralisé, la panne d'une des sources de chaleur permet de basculer l'alimentation en liquide de refroidissement vers une autre source sans couper l'alimentation en chauffage et en eau chaude des bâtiments.

Il convient de souligner que la stratégie nationale pour le développement de l'approvisionnement en chaleur en Russie définit clairement le champ d'application rationnel des systèmes centralisés et décentralisés. Dans les villes à forte densité de construction, les systèmes de chauffage urbain des grandes centrales thermiques, y compris celles situées en dehors des limites de la ville, devraient être développés et modernisés.

Afin d'augmenter la fiabilité du fonctionnement de ces systèmes, il convient de les compléter par des sources de génération distribuée d'énergie thermique et électrique fonctionnant sur les réseaux communs de la ville.

Dans les villes ou certaines zones de villes à faible densité thermique, il est conseillé d'utiliser des systèmes d'approvisionnement en chaleur décentralisés avec un recours privilégié aux unités de cogénération. L'utilisation de systèmes d'approvisionnement en chaleur autonomes est la seule solution possible dans les zones géographiques éloignées et difficiles d'accès.

2. Centrales de cogénération et de trigénération (micro- et mini-cogénération)

Les petites centrales thermiques comprennent les centrales thermiques d'une puissance électrique unitaire de 0,1 à 15 MW et d'une puissance thermique allant jusqu'à 20 Gcal/h. Les petites centrales thermiques peuvent être fournies complètes, y compris en version conteneur, ou créées en reconstruisant des chaufferies à vapeur ou à eau chaude et en les modernisant avec des groupes électrogènes.

Moteurs à combustion interne diesel, à piston à gaz, à piston bicarburant, turbines à gaz, turbines à vapeurà contre-pression ou à condensation avec extraction de vapeur intermédiaire et utilisation d'eau chauffée dans un condenseur pour les besoins du process, machines à vapeur rotatives ou à vis.

Des chaudières de récupération des gaz d'échappement et des échangeurs de chaleur à eau glacée fonctionnant en mode de base ou uniquement pour couvrir les charges de pointe sont utilisés comme générateurs de chaleur.

Usines de trigénération En plus de la production combinée d’énergie électrique et thermique, ils produisent du froid.

La compression ou l’absorption de vapeur peut être utilisée pour produire du froid. machines frigorifiques. Pendant la saison de chauffage, les machines frigorifiques peuvent passer en mode pompe à chaleur. Entraînement du compresseur machines à compression de vapeur réalisé à partir de générateurs électriques de petites centrales thermiques. Les centrales de trigénération à absorption fonctionnent grâce à l'énergie thermique utilisée par ces stations (gaz d'échappement, eau chaude, vapeur).

Des centrales de cogénération et de trigénération peuvent être créées à partir de moteurs de véhicules épuisés (avions, navires, voitures).

Les unités peuvent fonctionner avec différents types de combustibles : gaz naturel, diesel, essence, propane-butane, etc. Les déchets de bois, la tourbe et d'autres ressources locales peuvent également être utilisés comme source de combustible.

Les principaux avantages des petites centrales thermiques :

1. Faibles pertes lors du transport de l'énergie thermique par rapport aux systèmes d'approvisionnement en chaleur centralisés.

2. Autonomie de fonctionnement (indépendance du système énergétique) et possibilité de vendre le surplus d'électricité produite au système énergétique et de couvrir le déficit d'énergie thermique lorsqu'une petite centrale thermique est située dans une zone de fourniture de chauffage urbain.

3. Augmenter la fiabilité de l'approvisionnement en chaleur :

– les interruptions de l'alimentation en énergie électrique de la chaufferie n'entraînent pas l'arrêt du fonctionnement de la source de chaleur ;

– lorsqu'une petite centrale thermique est située dans une zone d'approvisionnement en chaleur centralisée, l'apport de chaleur minimum admissible aux bâtiments est assuré en cas d'accidents sur les réseaux de chaleur.

4. Possibilité d'alimentation en chaleur et en électricité d'objets autonomes (non connectés à un seul système électrique) : éloignés, difficilement accessibles, dispersés sur une grande surface, etc.

5. Fournir un approvisionnement d’urgence en chaleur et en électricité grâce à des centrales électriques mobiles.

Caractéristiques des petites centrales thermiques de différents types.

L'avantage des centrales diesel, ainsi que des moteurs à gaz à allumage commandé, réside dans le rendement élevé de la production d'électricité, qui est pratiquement indépendant de la puissance unitaire du moteur. De plus, les installations sont insensibles aux changements de charge thermique. Pour cette raison, ils sont largement utilisés dans le transport terrestre et fluvial, où la charge peut varier du ralenti à l'utilisation de la puissance maximale.

Les possibilités de récupération de chaleur dans de telles installations diminuent à mesure que la charge thermique diminue, puisque la température des gaz d'échappement diminue également quelque peu. Si, à pleine charge, la température des gaz d'échappement est comprise entre 400 et 480 °C, elle chute à 175 – 200 °C avec une charge moteur de 50 % de la puissance nominale. Cela nécessite l'installation d'une chaudière de pointe ou l'équipement de la chaudière de récupération de chaleur des gaz d'échappement d'un four à feu. Pour garantir un fonctionnement fiable du moteur, la température dans le circuit primaire du système de refroidissement par eau est maintenue entre 90 et 95 °C.

Le rapport entre la production d'électricité et la production de chaleur dans les centrales de cogénération considérées est généralement de l'ordre de 1:1,2.

L'avantage des unités à pistons bicarburant par rapport aux moteurs diesel et à gaz est la possibilité de passer au diesel en l'absence de gaz naturel.

Par rapport aux cogénérations alternatives (diesel et à gaz), les cogénérations à turbine à gaz, réalisées selon le schéma classique (turbine à gaz - chaudière - échangeur de chaleur résiduaire), ont un coût nettement inférieur. densité spécifique et dimensions (kg/kW et m 3 /kW). C'est pourquoi dans l'aviation unités de turbine à gaz remplacé les moteurs à pistons, ce qui a permis d'élever la construction aéronautique à un niveau qualitativement nouveau. Dans le même temps, leur efficacité dans la production d’électricité diminue sensiblement à mesure que la charge diminue. Ainsi, lorsque la charge est réduite à 50%, le rendement électrique turbine à gaz diminue de près de deux fois.

La valeur de rendement la plus élevée (à charge nominale) est d'environ 40 % pour les turbines à gaz et les moteurs à piston à gaz. La part de la charge électrique par rapport à la charge thermique dans les centrales de cogénération à turbine à gaz à livraison complète est de 1 : (2–3).

Lors de l'installation de turbines à gaz en amont d'ouvrages existants chaudières à eau chaude, c'est-à-dire que lorsque les gaz d'échappement sont évacués dans le four de la chaudière, la part de la charge électrique et de la charge thermique ne dépasse généralement pas 1:7. Une augmentation de la production d'électricité basée sur la consommation thermique ne peut être obtenue qu'à la condition d'une sérieuse reconstruction des chaudières.

Equiper les chaufferies à vapeur et les chaufferies industrielles d'unités de turbine à vapeur permet d'utiliser utilement la différence de pression de vapeur dans la chaudière et nécessaire devant les échangeurs de chaleur pour produire de l'électricité, à la fois pour couvrir l'intégralité des besoins de chacun, et pour transfert vers l’extérieur.

Les turbines à vapeur pour petites centrales thermiques, selon la nature de la charge thermique connectée, sont produites en deux types : avec contre-pression et turbines à condensation avec extraction de vapeur intermédiaire. La vapeur provenant de l'extraction intermédiaire avec une pression de 0,5 à 0,7 MPa est utilisée pour les besoins du processus et pour chauffer l'eau du réseau dans le système d'alimentation en chaleur.

L'eau chauffée dans le condenseur peut également être utilisée pour des besoins technologiques et, en outre, dans des systèmes de chauffage d'eau à faible potentiel.

En plus des turbines, les chauffages à vapeur et les chaufferies industrielles peuvent être équipés d'autres types de groupes motopropulseurs : machines rotatives à vapeur ou à vis sans fin.

Les avantages de ces machines par rapport aux turbines à vapeur sont une faible sensibilité à la qualité de la vapeur, une simplicité et une fiabilité de fonctionnement. Inconvénient : efficacité moindre.

3. Schémas technologiques des systèmes d'alimentation en chaleur centralisés et leurs caractéristiques en tant qu'objets de contrôle

Le système de chauffage centralisé (DHS), comme on le sait, est un complexe de diverses structures, installations et dispositifs, technologiquement interconnectés par le processus commun de production, de transport, de distribution et de consommation d'énergie thermique. DANS cas général

Le SCT se compose des parties suivantes :

Source(s) de production d'énergie thermique (CHP, ATPP, chaufferies, petites centrales de cogénération ou de trigénération) ;

Lignes de transit et réseaux de chaleur principaux avec sous-stations de pompage (moins souvent d'étranglement) et d'arrêt pour le transport de l'énergie thermique des installations de production vers les grandes zones résidentielles, les centres administratifs et publics, les complexes industriels, etc.

Réseaux de chaleur de distribution avec points de chauffage urbain (RTP), points de chauffage central (CHP) pour la distribution et la fourniture de chaleur aux consommateurs ; Systèmes consommateurs de chaleur avec points de chauffage individuels (IHP) et systèmes d'ingénierie internes (chauffage, alimentation en eau chaude, ventilation, climatisation

), les installations de distribution de chaleur des entreprises industrielles pour répondre aux besoins des consommateurs en énergie fournie.

Le mode de fonctionnement du système de chauffage central est dicté par les conditions de fonctionnement des installations de consommation de chaleur : déperditions thermiques variables vers l'environnement des bâtiments et des ouvrages, modes de consommation d'eau chaude par la population, conditions de fonctionnement des équipements technologiques, etc. Le système se compose deéléments connectés en série et en parallèle interdépendants avec des caractéristiques statiques et dynamiques différentes : installations de production d'énergie (chaudières, turbines, etc.), réseaux de chaleur externes et communications intra-maison, équipements de points de chauffage, appareils de chauffage intérieur, etc.

Il faut garder à l'esprit que, contrairement aux autres systèmes d'approvisionnement en eau (approvisionnement en eau, approvisionnement en gaz et approvisionnement en chaleur), le mode de fonctionnement des réseaux de chaleur se caractérise par deux paramètres de nature différente. La quantité d'énergie thermique dégagée est déterminée par la température du liquide de refroidissement et la perte de charge, et donc le débit d'eau dans le réseau de chaleur. Dans le même temps, les caractéristiques dynamiques des chemins : le chemin de transmission de pression (changements de débit) et le chemin de transmission de température sont fortement différentes les unes des autres.

En plus des relations internes entre les éléments du système de chauffage central, il existe des connexions fonctionnelles externes avec d'autres systèmes d'ingénierie des villes et des complexes industriels : systèmes d'alimentation en carburant, alimentation en électricité et alimentation en eau.

L'analyse de la structure technologique existante pour la construction de systèmes d'approvisionnement en chaleur centralisés, les schémas de réseau de chaleur, les schémas de principe des entrées d'abonnés et des systèmes de chauffage d'abonné, les conceptions des équipements technologiques utilisés montrent qu'ils ne répondent pas pleinement exigences modernes exigences relatives aux objets de contrôle automatisés.

Dans les grands systèmes de fourniture de chaleur, de nombreuses installations d'abonnés sont généralement raccordées aux principaux réseaux de chaleur sans unités de régulation intermédiaires. En conséquence, le système s'avère insuffisamment maniable, reste rigide et une quantité excessive d'eau doit circuler dans les réseaux, en se concentrant sur les abonnés présentant les pires conditions.

Les réseaux de chaleur urbains ont été conçus pour des raisons d'économie et, en règle générale, étaient sans issue. Il n'existait pas de liaisons de secours entre tronçons de réseaux de chaleur, permettant d'organiser l'approvisionnement en chaleur de certains consommateurs en cas d'avarie (hors service) d'un tronçon. Dans certains cas, la possibilité d'exploiter des réseaux de chaleur à partir de plusieurs sources combinant des réseaux de chaleur communs n'était pas prévue.

L'inconvénient de la méthode appliquée de distribution d'énergie thermique entre de nombreux points de chauffage est particulièrement évident pendant les périodes de froid intense, lorsque les consommateurs n'en reçoivent pas la quantité requise en raison du fait que la température de l'eau fournie par la source de chaleur est nettement inférieure à celle exigée par le calendrier réglementaire.

Les sous-sols des immeubles d'habitation réservés à l'implantation des points de chauffage sont peu adaptés à l'installation et aux conditions normales de fonctionnement des automatismes locaux.

Pour le contrôle automatique individuel du transfert de chaleur des appareils de chauffage, les systèmes de chauffage à eau monotube verticaux, les plus courants dans la construction résidentielle de masse, ne sont pas optimaux. En raison du transfert de chaleur résiduelle élevé des appareils de chauffage (lorsque le régulateur est fermé), de l'influence mutuelle significative des appareils lors du fonctionnement des régulateurs et d'autres facteurs, la possibilité d'une régulation individuelle efficace dans ces systèmes s'avère très faible.

Enfin, il convient de noter que, typiquement schémas technologiques Les chaufferies de chauffage urbain de l'eau ne répondent pas aux exigences d'automatisation intégrée des systèmes d'alimentation en chaleur. Ces schémas sont axés sur un calendrier de qualité de fourniture d'énergie thermique, c'est-à-dire le maintien d'un débit d'eau constant dans la canalisation d'alimentation (ou d'une pression constante sur les collecteurs de la chaufferie).

Dans les systèmes automatisés de fourniture de chaleur avec régulation automatique locale au niveau des consommateurs, ainsi que dans des conditions de fonctionnement conjoint de plusieurs sources sur des réseaux de chaleur communs, le mode hydraulique dans le réseau à la sortie de la chaufferie doit être variable.

Il résulte de ce qui précède que tous les maillons d'approvisionnement en chaleur (source, réseaux de chaleur, points de chaleur, systèmes de chauffage des abonnés) ont été conçus sans tenir compte des exigences d'automatisation de leur mode de fonctionnement. Ainsi, la création de systèmes automatisés de contrôle de l'approvisionnement en chaleur doit s'accompagner de la modernisation de ces systèmes tout au long de la chaîne technologique : production – transport – distribution et consommation d'énergie thermique.

Des schémas de contrôle technologique approximatifs dans les systèmes de chauffage et de chauffage centralisé des villes sont donnés dans le tableau. 2.

4. Moyens d'améliorer le contrôle des modes technologiques des systèmes d'approvisionnement en chaleur avec production distribuée d'énergie thermique et électrique

La détérioration physique importante des canalisations et des équipements, la structure obsolète des systèmes d'alimentation en chaleur centralisés des bâtiments mis en avant, ainsi que la tâche de remplacer rapidement les équipements usés, la tâche urgente d'optimiser les solutions techniques des circuits et les modes de fonctionnement de ces systèmes.

Compte tenu de l'état extrêmement négligé des systèmes d'approvisionnement en chaleur en Russie, leur modernisation complète afin d'assurer la capacité de fonctionner en mode de conception avec une température du liquide de refroidissement de 150 °C (avec la limite supérieure du graphique à 130 °C) au cours des 20 à 30 prochaines années est pratiquement impossible dans la plupart des villes. Cela nécessitera le déplacement de centaines de milliers de kilomètres de réseaux de chaleur, le remplacement d'équipements usés sur des dizaines de milliers de sources de chaleur et sur des centaines de milliers d'installations consommatrices de chaleur des abonnés.

Sur la base de l'analyse de l'état de l'approvisionnement en chaleur dans diverses régions du pays, les propositions d'optimisation des schémas, des solutions techniques et des modes de fonctionnement des systèmes d'approvisionnement en chaleur centralisés sont les suivantes :

Orientation des systèmes d'alimentation en chaleur centralisés pour couvrir la charge thermique de base avec une température maximale du liquide de refroidissement à la sortie de la cogénération (chaufferie municipale) de 100 à 110 °C ;

Application à la reconstruction de systèmes d'alimentation en chaleur technologies d'économie d'énergie, solutions de circuits, matériaux et équipements ;

Construction de sources de chaleur de pointe locales, au plus près des systèmes de consommation de chaleur ;

Conversion des chaufferies municipales de quartier (dans certains cas, en bloc) en mini et micro cogénération ;

Application de cycles thermodynamiques binaires (vapeur-gaz) pour améliorer l'efficacité des centrales thermiques urbaines ;

Création de systèmes de contrôle automatique de l'approvisionnement en chaleur, y compris l'automatisation des processus de production, de transport, de distribution et de consommation d'énergie thermique.

Lorsque les systèmes d'approvisionnement en chaleur sont orientés pour couvrir la charge thermique de base, les coûts d'investissement pour la reconstruction des réseaux de chaleur sont considérablement réduits (en raison d'un plus petit nombre de compensateurs, de la possibilité d'utiliser des tuyaux moins chers et non corrosifs en matériaux polymères, etc. ). Avec les fonds alloués, il est possible de reconstruire un volume nettement plus important de réseaux de chaleur, augmentant ainsi leur fiabilité et réduisant les pertes lors du transport du liquide de refroidissement.

L'utilisation de technologies, de matériaux et d'équipements économes en énergie permet de réduire la consommation de chaleur spécifique de 40 à 50 %, à savoir :

– l'isolation des enveloppes des bâtiments ;

– transition de la verticale systèmes monotubes chauffage à l'horizontale avec comptage de chaleur appartement par appartement ;

– installation de compteurs d'eau d'appartement dans les systèmes d'alimentation en eau froide et chaude, installation de points de chauffage automatisés, etc.

Ainsi, l'impact des déperditions de chaleur du réseau extérieur pendant la période la plus froide de la saison de chauffage sera compensé.

Les économies d'énergie permettent non seulement d'économiser une quantité importante de combustibles et de ressources énergétiques, mais également d'assurer les conditions de confort thermique avec un apport de chaleur « de base » à partir du réseau de chaleur.

La construction de sources de chaleur de pointe (locales) au plus près des systèmes de consommation de chaleur permettra, à basse température de l'air extérieur, d'augmenter la température du liquide de refroidissement provenant du réseau de chaleur aux paramètres requis pour les locaux chauffés.

La modernisation d'un système de chauffage urbain avec une source de pointe augmente considérablement la fiabilité de son fonctionnement. En cas d'accident sur le réseau extérieur, la source de pointe est transférée vers un mode de fonctionnement autonome afin d'éviter le gel du système de chauffage et de poursuivre le fonctionnement d'une installation consommatrice de chaleur située dans une zone déconnectée du réseau de chaleur. Lors des arrêts préventifs de l'approvisionnement en chaleur en été, les bâtiments raccordés à la source de pointe seront également alimentés en chaleur.

La construction de sources de pointe signifiera essentiellement une transition du système d'approvisionnement en chaleur centralisé qui existe depuis de nombreuses décennies dans notre pays à un système « centralisé-local », qui présente une plus grande fiabilité et un certain nombre d'autres avantages.

Contrairement aux sources de chaleur autonomes et individuelles (installées dans les zones densément bâties des villes du nord), fonctionnant toute l'année et causant des dommages environnement(même en fonctionnant au gaz), les émissions totales dans l'atmosphère des sources de pointe, qui ne produisent au cours de l'année que 5 à 10 % de l'approvisionnement annuel total en chaleur, seront négligeables.

Avec le niveau actuel de la technologie du chauffage au gaz, centraliser la production de sa propre énergie thermique n’a généralement pas de sens économique. L'efficacité des générateurs de chaleur à gaz modernes est élevée (92 à 94 %) et ne dépend pratiquement pas de leur puissance unitaire. Dans le même temps, une augmentation du niveau de centralisation entraîne une augmentation des pertes de chaleur lors du transport du liquide de refroidissement. Ainsi, les grandes chaufferies urbaines s'avèrent non compétitives par rapport aux sources autonomes.

Une forte augmentation de l'efficacité des chaufferies urbaines peut être obtenue en les transformant en mini-cogénérations, c'est-à-dire en les équipant d'unités de production d'électricité et en faisant passer le fonctionnement des chaufferies en mode cogénération.

On sait que l’efficacité de fonctionnement des centrales de cogénération est d’autant plus élevée que le nombre d’heures par an pendant lesquelles l’électricité est produite sur la base de la consommation thermique est élevé. La charge thermique toute l'année dans les villes (à l'exclusion de la charge technologique des entreprises industrielles) est l'approvisionnement en eau chaude. À cet égard, le calcul de la puissance d'une centrale de cogénération (dans les systèmes de chauffage urbain à partir de chaufferies) pour couvrir la charge d'alimentation en eau chaude garantit son fonctionnement toute l'année et, par conséquent, son utilisation la plus efficace. En revanche, les coûts d'investissement spécifiques pour la création d'installations de production d'électricité diminuent avec l'augmentation de leur capacité unitaire.

Ainsi, pour la reconstruction de chaufferies en mini-cogénération, il convient tout d'abord de choisir la plus grande d'entre elles avec une charge d'alimentation en eau chaude développée.

Une augmentation significative de l'efficacité de fonctionnement des centrales thermiques urbaines peut être obtenue en installant une turbine à gaz devant la partie turbine à vapeur de la centrale. Le transfert de l'exploitation d'une centrale thermique à turbine à vapeur vers un cycle vapeur-gaz (binaire) augmente l'efficacité de la production d'électricité de 35 à 40 à 50 à 52 %.

Le fonctionnement durable et efficace du système d'approvisionnement en chaleur centralisé des centrales de cogénération urbaines et des chaufferies urbaines converties en mini-cogénérations, avec des sources de chaleur de pointe fonctionnant en mode automatique et des points de chauffage automatisés, est impossible sans un système de contrôle automatisé de l'alimentation en chaleur. Par conséquent, la création d'un système de contrôle automatisé est une condition préalable à la reconstruction du système d'alimentation en chaleur.

Les systèmes décentralisés MIRINE sont idéaux pour la ventilation, le chauffage et le refroidissement de pièces avec hauts plafonds: complexes d'entrepôts et logistiques, hypermarchés, installations sportives et industrielles, hangars entretien, halls de commerce et d'exposition, etc.

Les systèmes MIRINE décentralisés sont un ensemble d'unités de recirculation physiquement autonomes ou avec apport d'air neuf, alimentées par source externe froid ou chaleur de productivité relativement faible, localisés avec un certain degré d'uniformité sur la surface de la pièce directement sous le plafond. Grâce à la technologie d'alimentation en air vortex, ce type d'équipement permet de maintenir des paramètres climatiques optimaux tout en minimisant les coûts énergétiques de fonctionnement.

Les systèmes décentralisés, dotés d'une grande adaptabilité, répondent au mieux aux besoins des objets de grande surface et de grand volume.

Dans le même temps, comme le montrent les calculs et l'expérience pratique existante, les systèmes décentralisés sont plus économiques à exploiter, offrant une période de récupération des coûts d'investissement supplémentaires dans un délai de 2 à 3 ans, après quoi ils commencent à générer un bénéfice net.

Le diffuseur hélicoïdal AIR-DISTRIBUTOR à angle de jet variable est l'élément principal des unités décentralisées MIRINE, garantissant la qualité et l'efficacité de la distribution de l'air.

Ainsi, le répartiteur d'air AIR-DISTRIBUTOR est l'élément principal de toute unité de ventilation décentralisée MIRINE et fait office de déstratificateur. Le système de contrôle du distributeur d'air, utilisant des pales rotatives et un entraînement électrique intégré, ajuste en continu l'angle de rotation des pales, en tenant compte du débit d'air, de la hauteur d'installation, ainsi que de la différence de température de l'air fourni et de l'air. dans la zone de travail.

Dans le même temps, la conception universelle du diffuseur et des systèmes de contrôle s'adapte à toute pièce ayant une hauteur sous plafond de 6 à 30 m. La différence de température en hauteur dans les pièces où fonctionne l'unité MIRINE est de 0,1°C pour 1 m de hauteur. . Autrement dit, avec une hauteur de pièce de 10 m, la différence entre les températures dans la zone de travail et dans la partie supérieure de la pièce ne sera que de 1°C.

Le diffuseur vortex assure la création d'un jet tourbillonnant sur la circonférence avec une zone de vide à l'intérieur (le noyau à vide). À mesure que l’on s’éloigne de la sortie de la buse, l’effet tourbillonnant s’intensifie en raison de l’ajout de masses d’air ambiant. À une certaine distance, l'effet de torsion l'emporte sur l'effet de compression, dû au noyau de raréfaction initialement formé. En conséquence, un « effondrement du jet » se produit.

Un entraînement électrique est installé dans le diffuseur vortex, qui modifie l'angle de rotation des pales et, par conséquent, le tourbillon du jet. Grâce à cela, l'automatisation maintient une longueur de jet constante depuis la coupe du diffuseur jusqu'au point « d'effondrement du jet », en modifiant l'angle de rotation des pales du diffuseur en fonction de la différence de température dans les zones supérieure et inférieure. Ainsi, une portée constante du jet est assurée et une vitesse confortable dans la zone de travail est maintenue (0,1 - 0,2 m/s).

Avantages de la ventilation décentralisée

• Il n'est pas nécessaire d'utiliser des conduits d'évacuation et/ou de soufflage d'air.
• Pertes de charge statiques considérablement réduites.
• Possibilité de mettre en œuvre des modes d'alimentation en air chauffé et refroidi.
• Aucun courant d'air (mobilité aérienne accrue) dans la zone de travail.
• Réduire le gradient de température sur la hauteur de la pièce en mode chauffage de l'air.
• Possibilité de former différentes zones microclimatiques au sein de zones données d'un même volume de bâtiment.
• Stabilité des paramètres microclimatiques maintenus quelles que soient les influences dynamiques externes (ouverture des portes et fenêtres, charges de vent, etc.)
• Haute fiabilité du système dans son ensemble. En cas de panne temporaire d'une unité individuelle, le système continue de fonctionner et est intégré au niveau de contrôle hiérarchique supérieur. Pendant la période des travaux de remise en état, l'adresse de l'ensemble défectueux est systématiquement bloquée dans la liste générale, avec levée du blocage ultérieure à la fin de la réparation.
• Efficacité énergétique élevée grâce à l'amélioration de l'échange d'air, de la recirculation de l'air et de la récupération de chaleur, ce qui contribue à réduire la période d'amortissement des équipements en raison des faibles coûts d'exploitation
• Il n'est pas nécessaire d'utiliser des chambres de ventilation d'alimentation et d'extraction.
• Possibilité d'installation sans arrêter le processus technologique principal.
• Possibilité d'équipement étape par étape du système de ventilation en élargissant constamment à la fois la fonctionnalité et les zones de production desservies.

Domaines d'application

Complexes d'entrepôts et de logistique

Locaux de production

Créer des systèmes de ventilation lors de la reconstruction de bâtiments existants n'est pas une tâche facile, surtout si nous parlons de sur les monuments architecturaux du début du 20e siècle. En règle générale, les schémas et solutions traditionnels ne conviennent pas ici : l'architecture, l'agencement et l'état des communications internes du bâtiment imposent de nombreuses restrictions. Dans de telles situations, les designers viennent à la rescousse développements modernes dans le domaine des systèmes de ventilation décentralisés et hautement efficaces.

Le bâtiment de cinq étages du ministère de la Santé de la Fédération de Russie situé au centre de Moscou superficie totale 21 000 m2 est un monument architectural. Lors de sa construction, aucun système de ventilation n'était prévu. Cependant, un bâtiment administratif moderne situé au centre d’une métropole ne peut fonctionner normalement sans un tel système.

En 2009, il a été décidé de reconstruire le bâtiment. Les exigences du client ont été formulées. Les principales exigences pour système de ventilation acier : installation des équipements dans les plus brefs délais et consommation minimale de chaleur et d'électricité par le système du site.

Lors de l'inspection du bâtiment, il a été constaté qu'en raison de la disposition spécifique, il était impossible de poser des gaines de ventilation verticales. De plus, il n'y a pas d'espace pour placer l'équipement de base systèmes centraux ventilation. Enfin, l'insuffisance des limites énergétiques existantes et l'impossibilité de fournir des sources supplémentaires d'électricité et de chaleur ont été révélées. Des restrictions aussi sévères ont immédiatement rendu de nombreuses solutions traditionnelles inadaptées.

Parmi les options, un système a été envisagé dans lequel l'air, sous l'influence des ventilateurs d'extraction installés dans les couloirs, circulerait à travers les grilles de transfert des cadres de fenêtres. En conséquence, ce système a dû être abandonné, car l'air entrant dans les locaux ne répondait pas aux exigences de propreté et de température.

Cependant, le vecteur la bonne décision C'était évident : nous devons rechercher des systèmes de ventilation décentralisés, mais plus intégrés que les systèmes sans conduits utilisés dans les grands entrepôts.

Les mini unités d'alimentation et d'extraction d'air avec échangeurs de chaleur à plaques métalliques s'intègrent assez bien dans le concept accepté. Mais après avoir soigneusement étudié le principe de leur fonctionnement, j'ai dû abandonner leur utilisation. Le fait est qu'à une température de l'air inférieure à environ -8 °C, le système de contrôle de telles installations ouvre un canal de dérivation et l'air froid, contournant le récupérateur, entre directement dans la pièce, ce qui de cet objet ne convenait pas. Certaines installations de ce type, en alternative au canal de dérivation, sont équipées d'un radiateur électrique pour préchauffer l'air devant le récupérateur, cependant, dans des conditions de pénurie d'énergie, une telle solution était inacceptable.

Après une étude détaillée des derniers développements dans le domaine de la technologie de ventilation, il a été décidé d'utiliser des systèmes avec échangeurs de chaleur à plaques et membranes. Sur le marché russe, des équipements similaires sont représentés par des centrales de traitement d'air de plusieurs fabricants : Mitsubishi Electric (Lossnay) et Electrolux (STAR). Des installations Lossnay ont été installées sur ce site.

Les plaques des récupérateurs de tels systèmes sont constituées d'un matériau poreux spécial à débit sélectif. Un avantage important d'un récupérateur à membrane est sa capacité à transférer non seulement la chaleur, mais également l'humidité de l'air évacué vers l'air soufflé.

L'efficacité d'un tel récupérateur atteint 90 %, et même à basse température de l'air extérieur, l'unité de soufflage et d'extraction peut fournir de l'air à une température de 13 à 14 °C dans la pièce sans chauffage supplémentaire, ce qui, avec une génération de chaleur excessive dans le bureaux, permet également la climatisation des pièces en hiver.

L'absence de condensation due au transfert d'humidité permet de placer les installations dans n'importe quelle position sans problème, tandis que les échangeurs de chaleur à plaques traditionnels nécessitent l'organisation d'un système de drainage, ce qui réduit considérablement le champ d'application de leur application.

Solution de conceptionà l'aide d'installations avec récupérateur à membrane prévues pour le placement des collecteurs d'alimentation et d'évacuation étage par étage dans les couloirs avec sorties aux extrémités du bâtiment. Les installations elles-mêmes, en raison de leur faible hauteur, ont été montées directement dans les bureaux derrière le plafond suspendu. Le niveau sonore de ces équipements étant extrêmement faible, des mesures supplémentaires d’isolation phonique n’étaient pas nécessaires. Ceci, ainsi que l'absence de nécessité d'organiser un système d'évacuation des condensats, ont permis de réduire considérablement le temps d'installation.

L'automatisation de tels systèmes vous permet de programmer leur fonctionnement sur une semaine avec des modes nuit et jour. Cette fonction peut être utile lors de l'utilisation d'unités de ventilation locaux de bureaux. Programmation de l'arrêt des installations pour la période nocturne dans ce cas permet des économies d’énergie supplémentaires. Pour les installations desservant des salles de conférence, un programme de mise en marche et d'arrêt programmé peut être prescrit. De plus, l'automatisation intégrée dispose de fonctions pour protéger l'échangeur de chaleur du gel (avec une baisse de température importante air soufflé, généralement inférieure à –20 °C), sélection de la vitesse du ventilateur et surveillance de l'encrassement du filtre en fonction du temps de fonctionnement.

Dès la phase de conception, il est devenu évident que la solution choisie était la meilleure pour cet objet et qu'elle un grand nombre avantages. Un seul inconvénient a été identifié : un nombre important unités de ventilation, et il y en a plus de 150 selon le projet, peuvent entraîner certaines difficultés dans leur entretien, qui se résume dans ce cas au remplacement des filtres et au nettoyage des récupérateurs. La fréquence à laquelle ces procédures doivent être effectuées dépend de la propreté de l'air entrant dans l'installation. Il a été décidé de pré-nettoyer l'air extérieur avec des filtres supplémentaires installés dans les collecteurs d'alimentation étage par étage, ce qui a permis de doubler la durée de vie des filtres d'alimentation standards et l'intervalle d'entretien des récupérateurs.

Grâce au nombre minimum de conduits d'air et à la facilité d'installation des unités elles-mêmes travaux d'installation réussi à le terminer encore plus rapidement que prévu.

À l'heure actuelle, les systèmes fonctionnent sans modes d'urgence et fonctionnent de manière stable aux basses températures de l'hiver réel de cette année, ce qui confirme l'exactitude de la solution de conception choisie.

En conclusion, il convient de noter que l'approche décrite peut être appliquée non seulement dans les régions à climat tempéré, mais également dans des conditions climatiques plus sévères. Cependant, dans ce cas, il n'est plus possible de se passer d'installer des radiateurs électriques externes.

L'article a été préparé par le service technique de l'entreprise