Индивидуализация систем отопления

С началом нового отопительного сезона в прессе как обычно разгорается дискуссия: что предпочтительнее для нашей обширной и холодной страны — традиционные сети центрального отопления или новомодные индивидуальные котельные? Казалось бы, в пользу последних свидетельствуют солидные экономические выкладки, обширный опыт, накопленный западными странами, несколько успешных российских проб и общая тенденция развития многострадального отечественного ЖКХ. Но, разрабатывая концепции и давая безапелляционные рекомендации, не слишком ли мы увлекаемся? Так ли уж устарела и отстала от сегодняшних реалий централизованная система отопления, и нет ли возможности и способов сделать ее более эффективной? Попробуем разобраться в этом непростом вопросе.

Обращаясь к истории, можно увидеть, что успешные попытки организации центрального отопления городских кварталов предпринимались еще в XIX в. Вызваны они были как насущной необходимостью, так и техническим прогрессом.

 Все разумно: проще обслуживать один большой нагревательный котел, делать один дымоход, подвозить топливо и т.п. Как только появились электрические сети и достаточно мощные надежные насосы, чтобы перекачивать значительные объемы горячей воды, возникли и крупные сети централизованного теплоснабжения.

По многим причинам, как объективного, так и субъективного характера, широкое развитие централизованных систем отопления в Советском Союзе началось в 20-х годах XX в. Объективными причинами стали экономические и технические доводы, а субъективными — стремление к коллективизму даже в такой сугубо бытовой области. Развитие теплосетей было связано с осуществлением плана ГОЭЛРО, который и по сегодняшний день считают выдающимся инженерно-экономическим проектом современности. Работа по прокладке коммуникаций не прерывалась даже во время Великой Отечественной войны.

В результате этих титанических усилий к концу XX в. (а заодно к закату существования СССР) в стране насчитывалось около 200 тыс. км тепловых сетей, худо-бедно обогревавших большинство крупных, средних и даже мелких городов и поселков. Вся эта инфраструктура довольно успешно управлялась, чинилась и поддерживалась на работоспособном уровне. Обратной же стороной по-своему уникальной и достаточно эффективной системы стали чрезвычайно высокие тепло- и энергопотери (в основном, за счет недостаточной теплоизоляции труб и энергоемких насосных подстанций). Этому не придавалось большого значения — богатейшая энергоресурсами страна не считала затрат на теплоносители, и исходящие паром траншеи с зеленеющей травой были привычным зимним пейзажем по всему Советскому Союзу.

Все изменилось в начале 90-х годов. Гигант рухнул и помимо прочего погреб под руинами и жилищно-коммунальный комплекс, включающий в себя коммуникации центрального теплоснабжения. За 10 лет, прошедших с начала распада державы, сети, которые ремонтировались от случая к случаю, практически пришли в негодность. В результате, с начала нового тысячелетия на Россию обрушился целый ряд техногенных катастроф. Дальний Восток, Сибирь, Карелия, Ростов-на-Дону — география размороженных отопительных систем обширна. В отопительный сезон 2003–2004 гг. по самым скромным подсчетам без отопления в разгар зимы оказались более 300 тыс. человек. Фатальность ситуации в том, что количество аварий на теплоцентралях из-за прорыва труб, отказа изношенного до крайности и малоэффективного оборудования растет экспоненциально.

Объективными предпосылками внедрения автономных (децентрализованных) систем теплоснабжения является:

• отсутствие в ряде случаев свободных мощностей на централизованных источниках;
• уплотнение застройки городских районов объектами жилья;
• кроме того, значительная часть застройки приходится на местности с неразвитой инженерной инфраструктурой;
• более низкие капиталовложения и возможность поэтапного покрытия тепловых нагрузок;
• возможность поддержания комфортных условий в квартире по своему собственному желанию, что в свою очередь является более привлекательным по сравнению с квартирами при централизованном теплоснабжении, температура в которых зависит от директивного решения о начале и окончании отопительного периода;
• появление на рынке большого количества различных модификаций отечественных и импортных (зарубежных) теплогенераторов малой мощности.

Теплогенераторы могут размещаться на кухне, в отдельном помещении на любом этаже (в том числе чердачном или подвальном) или в пристройке.

Наиболее распространенная схема автономного (децентрализованного) теплоснабжения включает в себя: одноконтурный или двухконтурный котел, циркуляционные насосы для отопления и горячего водоснабжения, обратные клапаны, закрытые расширительные баки, предохранительные клапаны. При одноконтурном котле для приготовления горячего водоснабжения применяется емкостной или пластинчатый теплообменник.

Достоинствами децентрализованного теплоснабжения являются:

• отсутствие необходимости отводов земли под тепловые сети и котельные;
• снижение потерь теплоты из-за отсутствия внешних тепловых сетей, снижение потерь сетевой воды, уменьшение затрат на водоподготовку;
• значительное снижение затрат на ремонт и обслуживание оборудование;
• полная автоматизация режимов потребления.

В автономных системах теплоснабжения не рекомендуется использовать неподготовленную воду из водопровода в виду ее агрессивного воздействия на элементы котла, что вызывает необходимость в фильтрах и других устройствах водоподготовки.

Среди экспериментальных зданий, построенных в российских регионах, есть как элитные дома, так и дома массовой застройки.

Квартиры в них стоят дороже аналогичного жилья с централизованным теплоснабжением. Однако уровень комфорта дает им преимущества на рынке недвижимости. Их владельцы получают возможность самостоятельно решить, сколько им нужно теплоты и горячей воды; исчезает проблема сезонных и других перебоев в теплоснабжении. Децентрализованные системы любого вида позволяют исключить потери энергии при ее транспортировке (в результате снижается стоимость теплоты для конечного потребителя), повысить надежность систем отопления и горячего водоснабжения, вести жилищное строительство там, где нет развитых тепловых сетей.

При всех этих достоинствах децентрализованного теплоснабжения имеются и негативные стороны. У мелких котельных, в том числе и <крышных>, высота дымовых труб, как правило, значительно ниже, чем у крупных. При суммарном равенстве тепловой мощности величины выбросов не изменяются, однако резко ухудшаются условия рассеивания. Кроме того, небольшие котельные располагаются, как правило, вблизи жилой зоны.

в Западной Европе данная система имеет преимущественное распространение. Например, во Франции, Великобритании, Западной Германии, Нидерландах, Швейцарии, Швеции, Финляндии и Норвегии более 80% квартир отапливаются индивидуально. В Италии этот показатель составляет более 70%. Среди этих стран Скандинавия отличается большой долей электрических отопительных установок. Индивидуальное отопление меньше распространено в новых федеральных землях Германии (бывшая территория ГДР) - около 40%, что обусловлено исторически (около 30% - централизованное теплоснабжение), или в Испании - около 33% (сведения 1995 года). 

В то время как в Центральной Европе активно лоббируют идею автономного теплоснабжения, в странах Северной Европы (где климат близок к нашему) централизованное теплоснабжение, наоборот, весьма развито. Причем, что интересно, во многом благодаря советскому опыту.

В крупных городах, таких как Хельсинки и Копенгаген, доля центрального отопления приближается к 90%. Может возникнуть вполне резонный вопрос: почему в России теплоцентрали — это головная боль коммунальщиков и населения и черная дыра, поглощающая деньги, а в развитых европейских странах — способ дешево и эффективно доставить тепло туда, где это необходимо?

Ответ на этот вопрос сложен и включает в себя много аспектов. Обобщая, можно сказать, следуя известной поговорке: дьявол сидит в деталях. А детали эти довольно просты: используя современное оборудование, можно добиться того, что теплопотери в центральных сетях сведутся к минимуму, а поскольку накладных расходов у большой ТЭЦ в пересчете на отапливаемую площадь меньше, то и стоимость тепловой единицы тоже ниже, чем у автономного пункта.

Кроме того, крупная, хорошо оснащенная ТЭЦ создает меньше экологических проблем, чем несколько мелких, дающих суммарно то же количество тепла. Есть и еще один аспект: теплотехники знают, что только в крупных установках возможна реализация наиболее результативных термодинамических циклов для когенерации (совместного производства тепловой и электрической энергии), что является на сегодня наиболее передовой технологией. Все это и привело скандинавов к выбору в пользу централизованного теплоснабжения. Особенно интересен в этом контексте опыт самой энергоэффективной страны Европы — Дании.

К началу 90-х годов произошло смещение интересов государства и общества с вопросов энергонезависимости к социальным и экологическим аспектам. При этом приоритетом государственной политики стало правило «3Е», т.е. соблюдение баланса между экономическим развитием, энергетической безопасностью и экологической корректностью (Economic Development, Energy security, Environmental protection). Надо сказать, что Дания, наверное, единственная страна в мире, в которой за энергетику и экологическую обстановку отвечает одно ведомство — Министерство охраны окружающей среды и энергетики. В 1990 г. датский парламент принял план «Энергия 2000», предлагающий к 2005 г. снижение эмиссии СО2 в атмосферу на 20% (по сравнению с уровнем 1998 г.).

Стоит сказать, что этот показатель был достигнут уже к 2000 г. во много благодаря последовательной политике, направленной на модернизацию и укрупнение существующих теплосетей. Уже к середине 90-х годов доля систем централизованного теплоснабжения составляла около 60% от общего потребления тепла (в крупных городах до 90%). К системе централизованного теплоснабжения подключено более 500 тыс. установок, обеспечивающих теплом более 1 млн зданий и промышленных сооружений. При этом потребление энергоресурсов на 1 м2 только за десятилетие с начала реформы 1973 г. (см. справку на полях «Опыт Дании») сократилось в 2 раза.

Экономичность датских сетей центрального теплоснабжения обуславливается низкими потерями в трубопроводах благодаря введению новых материалов и технологий: труб из полимеров (к примеру, разработки UPONOR), эффективной теплоизоляции и современного насосного оборудования. Дело в том, что в отличие от большинства стран в Дании работа систем централизованного теплоснабжения регулируется не изменением температуры теплоносителя, а изменением скорости циркуляции, автоматически подстраивающейся под спрос потребителей. При этом широко распространено применение насосов с частотным регулированием, позволяющих значительно снизить энергопотребление. В этой нише лидирующее положение занимает насосное оборудование концерна GRUNDFOS: его использование позволяет сэкономить до 50% потребляемого насосами электричества.

Благодаря перечисленному комплексу инноваций, теплопотери магистральных и распределительных трубопроводов Дании составляют всего около 4%, при этом КПД ТЭЦ достигает 90%. На сегодня в стране осталось 170 тыс. зданий (из общего количества в 2,5 млн), не подключенных к централизованному теплоснабжению. Большая их часть должна в ближайшее время перейти на централизованное теплоснабжение.

В Дании законодательно закреплено, что местные власти несут ответственность за выполнение программ тепло- и энергосбережения и гарантируют экологическую и экономическую их корректность. Это в целом по стране привело к тому, что почти все новые здания проектируются с учетом подключения к централизованному теплоснабжению. Системы централизованного теплоснабжения используются повсеместно в районах плотной застройки, причем ТЭЦ, использующие когенерацию энергии, составляют большинство среди энергопроизводящих предприятий.

В результате этих реформ за 30 лет Дания стала самой энергоэффективной страной Европы, где тарифы на тепло и электроэнергию не только не растут, но часто снижаются. При этом экологическая обстановка в целом по стране явно улучшилась.

На этом убедительном примере отчетливо видно, что централизованное теплоснабжение отнюдь не является фактором, сдерживающим развитие ЖКК.

Более того, централизованное теплоснабжение стало причиной значительной экономии энергии и тепла и улучшения как качества жизни, так и экологической обстановки.

Можно возразить, что опыт Дании неприменим в нашей обремененной множеством проблем стране. Однако начавшаяся реформа коммунального комплекса должна способствовать привлечению инвестиций в эту сферу хозяйственной деятельности и этими вливаниями надо распорядиться по возможности разумно. Тем более, что и в России уже существует положительный опыт реконструкции центрального теплоснабжения, использующий в т.ч. и опыт Дании в этой области. К примеру, в Ижевске на средства кредита Международного Банка Реконструкции и Развития в рамках оздоровления коммунального хозяйства была проведена санация изношенных теплосетей. Проект включал в себя в том числе и модернизацию нескольких десятков квартальных ИТП и внутриквартальных сетей тепло- и водоснабжения. При этом была произведена полная замена теплообменников на современные пластинчатые модели, КПД которых около 98%, высокоэффективное регулирующее и насосное оборудование. В обновляемых системах были установлены новые сетевые насосы GRUNDFOS серии ТР, циркуляционные насосы систем отопления и насосы CRE с частотно-регулируемым электроприводом для системы горячего водоснабжения. Надо сказать, что благодаря экономии электроэнергии это оборудование окупило себя уже через 2 года эксплуатации, при этом система была полностью автоматизирована.

 Одновременно проводилась модернизация теплосетей с применением современных пластиковых предизолированных труб и эффективной теплоизоляции, что позволило снизить теплопотери в трубопроводах в 2–3 раза и увеличить срок службы труб за счет многократного замедления коррозии.

В результате была получена обновленная эффективная система централизованного отопления и ГВС, при этом выплаты по кредиту не легли тяжким бременем на бюджет, поскольку экономия тепла и энергии оказалась столь значительной, что с лихвой окупала эти издержки.

Теплопотери на еще функционирующих теплопроводах составляют до 60%. Стоит учесть, что стоимость прокладки 1 км теплотрассы составляет около $300 тыс., при этом для того, чтобы ликвидировать существующий критический износ теплосетей, нужно заменить более 120 тыс. км трубопроводов!

Производственный характер структуры систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) с ТЭЦ и котельными, необоснованность масштабов подключения потребителей и практическая неуправляемость режимами работы СЦТ (источники - тепловые сети - потребители) во многом обесценили преимущества централизованного теплоснабжения. Если источники тепловой энергии еще сопоставимы с мировым уровнем, то анализ в целом СЦТ показывает, что:

• техническая оснащенность и уровень технологических решений при строительстве тепловых сетей соответствуют состоянию 1960-х годов, в то время как резко увеличились радиусы теплоснабжения, и произошел переход на новые типоразмеры диаметров труб;
• качество металла теплопроводов, теплоизоляция, запорная и регулировочная арматура, конструкции и прокладка теплопроводов значительно уступает зарубежным аналогам, что приводит к большим потерям тепловой энергии в сетях;
• плохие условия теплогидроизоляции теплопроводов и каналов тепловых сетей способствовали повышению повреждаемости подземных теплопроводов, что привело к серьезным проблемам замены оборудования тепловых сетей;
• отечественное оборудование крупных ТЭЦ соответствует среднему зарубежному уров ню 1980-х годов, и в настоящее время паротурбинные ТЭЦ характеризуются высокой аварийностью, так как практически половина установленной мощности турбин выработала расчетный ресурс;
• на действующих угольных ТЭЦ отсутствуют системы очистки дымовых газов от NOх и SOх, а эффективность улавливания твердых частиц часто не достигает требуемых значений;
• конкурентоспособность СЦТ на современном этапе можно обеспечить только внедрением специально новых технических решений, как по структуре систем, так и по схемам, оборудованию энергоисточников и тепловых сетей.

Кроме того, принимаемые на практике традиционные режимы работы централизованного теплоснабжения имеют следующие недостатки:

• практическое отсутствие регулирование отпуска теплоты на отопление зданий в переходные периоды, когда особенно большое влияние на тепловой режим отапливаемых помещений оказывают ветер, солнечная радиация, бытовые тепловыделения;
• перерасход топлива и перетоп зданий в теплые периоды отопительного сезона;
• большие потери теплоты при его транспортировке (около 10%), а во многих случаях - намного больше;
• нерациональный расход электроэнергии на перекачку теплоносителя, обусловленный самим принципом центрального качественного регулирования;
• длительная эксплуатация подающих трубопроводов теплосети в неблагоприятном режиме температур, характеризующимся нарастанием коррозионных процессов и др.

В сложившейся ситуации стало ясно, что для выхода из этой чрезвычайно сложной ситуации потребуются системные решения, связанные не только с прямым вложением денег в «точечный» ремонт теплотрасс, но и с кардинальным пересмотром всей политики в отношении ЖКК в общем и централизованного отопления — в частности. Именно поэтому и возникли проекты по переходу коммунальной отрасли на системы индивидуальных котельных. Действительно, западный опыт (Италия, Германия) свидетельствовал, что организация таких мини-котельных снижает теплопотери и уменьшает энергозатраты. При этом, впрочем, игнорировался тот факт, что страны, где наиболее развиты такие системы отопления, обладают довольно мягким климатом, да и применяются такие системы в домах, прошедших дополнительное (и весьма недешевое!) переоборудование.

Таким образом, дискуссии о целесообразности модернизации и развития существующих систем центрального теплоснабжения или тотальной замены их на автономные тепловые пункты, крышные котельные и поквартирное отопление стоит отвлечься от политических аспектов и обратить внимание на опыт развитых и успешных стран. А он показывает, что в сложном комплексе жилищно-коммунального хозяйства не существует единых решений на все случаи жизни, и не стоит отказываться от давно проверенных временем и практикой схем, подчиняясь только веяниям моды. Зарубежный опыт показал, что при использовании современного оборудования и материалов реконструированное централизованное отопление в комплексе с другими техническими решениями (в т.ч. и индивидуальными системами теплоснабжения) может стать ключом к развитию новых энергосберегающих технологий и обновлению всего ЖКК.

 Пока в России отсутствует конкретная целевая программа санации жилья, массовый переход на автономные источники теплоснабжения выглядит, по меньшей мере, утопично. Однако, надо признать, что в ряде случаев они могут стать весьма удачным решением: например при строительстве новых районов, удаленных от общих городских коммуникаций, при невозможности крупных земляных работ или на Крайнем Севере, в условиях вечной мерзлоты, где прокладка теплоцентралей нежелательна по целому ряду причин. Но для крупных городов автономные котельные не являются реальной альтернативой центральному отоплению и, по мнению специалистов, их доля при самых радужных перспективах не превысит 10–15% от общего теплопотребления.