Системы горячего водоснабжения

Энергетическое обследование систем горячего водоснабжения (ГВС) позволяет определить, сколько тепловой энергии действительно расходуется на нагрев воды для потребителей, какая часть необходима для поддержания температуры в циркуляционном контуре и где возникают дополнительные тепловые потери. Основой проверки становится разделение полезного нагрева воды и циркуляционных затрат с помощью температурно-расходного баланса.

Главная особенность горячего водоснабжения заключается в том, что тепловая энергия может потребляться даже при отсутствии непосредственного водоразбора. Если система оборудована циркуляцией, горячая вода продолжает двигаться по трубопроводам, отдавая тепло окружающей среде. Для поддержания установленного температурного режима эти потери необходимо компенсировать.

Однако повышенное потребление тепловой энергии не всегда объясняется состоянием циркуляционного контура. Причинами могут быть увеличение водоразбора, изменение температуры холодной воды, работа теплообменника, регулирование, дополнительные потребители или особенности измерительного контура.

Поэтому при энергоаудите необходимо отдельно исследовать количество подготовленной и фактически использованной горячей воды, её температурные параметры, режим циркуляции и тепловую энергию, поступающую в систему.

При обследовании систем горячего водоснабжения в Тамбове и Тамбовской области состав проверки определяется фактической схемой ГВС, характеристиками оборудования, наличием циркуляционных контуров, расположением приборов учёта и режимами эксплуатации здания. Вывод о повышенных теплопотерях или возможности снижения потребления делается только после проверки соответствующих энергетических потоков.

Почему полезный нагрев воды необходимо отделять от циркуляционных потерь

Для потребителя основная функция ГВС — обеспечение необходимого количества воды с требуемыми температурными характеристиками.

Тепловая энергия, непосредственно связанная с этой функцией, расходуется на нагрев поступающей холодной воды до температуры горячей воды, передаваемой потребителю.

Но в циркуляционной системе существуют дополнительные тепловые потоки. Вода движется по трубопроводам, теплообменным узлам и другим элементам, постепенно передавая часть энергии окружающей среде.

Эти составляющие необходимо разделять:

Полезный нагрев воды. Энергия, необходимая для повышения температуры фактически используемого объёма воды.
Циркуляционные тепловые потери. Энергия, передаваемая из циркуляционного контура окружающей среде и компенсируемая системой подготовки горячей воды.
Тепловые потери оборудования. Теплообмен накопительных ёмкостей, теплообменников, арматуры и других элементов с окружающей средой, если они входят в рассматриваемую границу.
Электрические затраты циркуляции. Электроэнергия, используемая насосами и устройствами управления. Она учитывается отдельно от теплового потребления.
Дополнительные тепловые нагрузки. Энергетические потоки других систем, если они фактически подключены к общей схеме или измерительной границе.

Например, два здания могут потреблять одинаковое количество горячей воды, но иметь различные суммарные тепловые затраты из-за неодинаковой протяжённости циркуляционных трубопроводов, их изоляции, температурного режима и продолжительности циркуляции.

Поэтому расход воды в кубических метрах не является самостоятельным показателем полного теплопотребления системы ГВС.

Как формируется энергетический баланс горячего водоснабжения

Энергетический баланс — количественное сопоставление энергии, поступающей в определённую систему, с полезно использованной энергией, потерями и изменением её запаса внутри установленной границы.

Для горячего водоснабжения необходимо определить, где именно начинается и заканчивается обследуемая система.

Граница может охватывать:

теплообменник подготовки горячей воды;
водонагреватель вместе с присоединённым оборудованием;
накопительную ёмкость при её наличии;
распределительный трубопровод горячей воды;
циркуляционную линию;
систему ГВС здания целиком;
отдельную группу потребителей или функциональную зону.

В каждой границе состав энергетических потоков будет различаться.

Например, на первичной стороне теплообменника измеряется тепловая энергия, поступающая от источника теплоснабжения. На вторичной стороне она передаётся воде системы ГВС. Далее часть энергии доставляется потребителям, а часть участвует в компенсации теплопередачи трубопроводов и оборудования.

Если измерительный прибор установлен до разделения отопления и ГВС, его показания могут охватывать обе нагрузки. В такой ситуации общий расход нельзя непосредственно считать потреблением горячего водоснабжения.

Для правильного баланса необходимо сначала восстановить схему движения тепла и воды, затем установить состав измеряемых потоков.

Как рассчитывается полезная энергия на нагрев воды

Полезный нагрев воды связан с количеством воды, температура которой повышается от исходного значения до требуемого состояния.

В применимой физической модели тепловая энергия определяется массой нагреваемой воды и изменением её удельной энтальпии.

Удельная энтальпия — характеристика энергетического состояния вещества. Для воды при соответствующих условиях её изменение может оцениваться по температурному перепаду с учётом теплофизических свойств.

Для расчёта необходимо установить:

объём или массу фактически использованной горячей воды;
температуру холодной воды перед нагревом;
температуру подготовленной горячей воды в установленной контрольной точке;
период потребления;
условия, при которых получены измерения;
наличие смешения потоков до или после контрольных точек.

Например, при одинаковом расходе горячей воды энергетические затраты на её подготовку могут различаться из-за изменения температуры поступающей холодной воды.

Поэтому сравнение двух месяцев только по объёму водоразбора не позволяет автоматически определить изменение эффективности системы.

Если температура холодной воды изменилась, это необходимо учитывать при расчёте полезного нагрева.

Почему температура холодной воды имеет самостоятельное значение

Холодная вода поступает в систему подготовки ГВС с температурой, зависящей от фактических условий водоснабжения.

Для достижения одинаковой температуры горячей воды при более низкой исходной температуре требуется передать воде больше тепловой энергии.

Например, увеличение теплопотребления при неизменном объёме водоразбора может быть связано с сезонным изменением температуры исходной воды.

Это не доказывает ухудшение работы теплообменника или увеличение циркуляционных потерь.

При энергетическом обследовании проверяют:

температуру холодной воды в точке поступления на подготовку ГВС;
её изменение во времени;
фактический объём нагреваемой воды;
температуру подготовленной горячей воды;
работу регулирования;
соответствие измерений одному периоду.

Если температура холодной воды не измеряется, расчёт полезного нагрева может выполняться только с обоснованными предпосылками. При этом итоговая неопределённость должна учитываться при сравнении периодов.

Как водоразбор формирует тепловую нагрузку

Водоразбор — фактическое использование горячей воды потребителями. Его величина и распределение во времени определяют переменную часть нагрузки системы ГВС.

Для энергетической модели важны не только общий объём воды за месяц, но и периоды интенсивного и минимального потребления.

В зависимости от назначения объекта водоразбор может иметь:

выраженные утренние и вечерние максимумы;
нагрузку в рабочие часы;
периоды интенсивного использования отдельными подразделениями;
неравномерный недельный график;
сезонные изменения;
продолжительные интервалы минимального или отсутствующего разбора.

Например, в здании с периодическим использованием помещений расход горячей воды может существенно изменяться между рабочими и нерабочими днями.

Но циркуляционный контур при этом может продолжать работу в предусмотренном режиме.

Следовательно, уменьшение водоразбора не обязательно приводит к пропорциональному уменьшению общего теплопотребления ГВС.

Почему тепловая энергия расходуется при нулевом водоразборе

В циркуляционной системе горячая вода движется по замкнутому или предусмотренному схемой возвратному контуру.

При отсутствии потребления на водоразборных точках вода продолжает отдавать теплоту через стенки трубопроводов, арматуру и другие элементы.

Для поддержания необходимой температуры эта энергия восполняется системой нагрева.

Если тепловая нагрузка наблюдается при нулевом водоразборе, необходимо установить:

действительно ли расход воды потребителям отсутствовал;
работала ли циркуляция;
какой расход проходил по циркуляционному контуру;
каковы температуры подачи и возврата;
какие элементы входят в рассматриваемую измерительную границу;
существуют ли другие подключённые тепловые нагрузки;
изменялось ли тепловое состояние накопительного оборудования.

При подтверждённом отсутствии водоразбора и достаточно устойчивом режиме измеренная тепловая нагрузка может использоваться для оценки поддержания температуры циркуляционного контура и других сохраняющихся потерь в установленной границе.

Но даже в этой ситуации нельзя автоматически приравнивать всю мощность теплообменника исключительно к потерям циркуляционного трубопровода.

Необходимо проверить наличие накопительных ёмкостей, других теплообменных участков и дополнительных потребителей.

Как рассчитывают циркуляционные тепловые потери

В циркуляционном контуре теплоноситель поступает к распределительной сети с определённой температурой и возвращается после прохождения трубопроводов с иным энергетическим состоянием.

При известном массовом расходе и изменении удельной энтальпии можно оценить тепловый поток, необходимый для восстановления соответствующего состояния воды.

Для водяной системы при обоснованных условиях расчёт может основываться на расходе циркуляции и температурной разности между подачей и возвратом.

Однако важно подтвердить, что рассматриваемые измерительные точки действительно ограничивают циркуляционный контур.

Для количественной проверки необходимы:

расход циркуляционной воды;
температура воды на подаче в контур;
температура возвращаемой воды;
схема подключения ответвлений;
наличие водоразбора во время измерения;
режим работы циркуляционного насоса;
условия эксплуатации трубопроводов;
продолжительность исследуемого режима.

Например, одинаковая разность температур подачи и возврата при разных расходах циркуляции не соответствует одинаковому тепловому потоку.

Поэтому оценивать потери только по температурному перепаду без измерения расхода нельзя.

Как отличить циркуляционные потери от полезного нагрева

Сложность возникает тогда, когда водоразбор и циркуляция действуют одновременно.

В этом случае теплообменник может передавать энергию для нагрева вновь поступающей холодной воды и одновременно компенсировать охлаждение циркулирующей горячей воды.

Для разделения необходимо построить материальный и температурно-расходный баланс.

Последовательность проверки:

Определяют границу подготовки горячей воды.
Устанавливают расход поступающей холодной воды.
Определяют количество горячей воды, передаваемой потребителям.
Измеряют температуры холодной и горячей воды.
Проверяют расход и температуру циркуляционного возврата.
Учитывают возможные узлы смешения.
Определяют тепловую мощность системы подготовки.
Разделяют полезный нагрев и тепловой поток поддержания циркуляции.
Оценивают неопределённость полученного результата.

Если расход циркуляции неизвестен, невозможно достоверно выделить его энергетическую составляющую только по общему теплосчётчику.

Если водоразбор не измеряется, тепловая нагрузка в период работы потребителей также не может быть уверенно разделена на полезный нагрев и потери.

Поэтому приоритет измерений определяется тем, какой из потоков отсутствует в существующей системе учёта.

Как протяжённость трубопроводов влияет на теплопотери

Циркуляционные потери зависят от теплопередачи через трубопроводы и другие нагретые элементы.

Чем больше поверхность теплообмена при сопоставимых условиях, тем существеннее может быть общий тепловой поток в окружающую среду.

Однако сама длина трубопровода не определяет величину потерь.

Для расчёта необходимо учитывать:

диаметры трубопроводов;
их протяжённость;
температуру циркулирующей воды;
температуру окружающей среды;
тип и толщину теплоизоляции;
состояние защитного покрытия;
способ прокладки;
наличие участков без изоляции;
продолжительность работы системы.

Например, два здания с одинаковой длиной циркуляционного контура могут иметь различное теплопотребление из-за неодинаковых температур, диаметров трубопроводов и качества теплоизоляции.

Поэтому расчёт только по метражу труб без анализа теплотехнических характеристик не обеспечивает необходимой достоверности.

Состояние изоляции трубопроводов ГВС

Тепловая изоляция ограничивает передачу энергии от горячей воды через стенки трубопровода в окружающую среду.

При обследовании необходимо установить фактическую конструкцию изоляции и выявить участки, на которых её теплотехнические характеристики могут отличаться от предусмотренных.

Проверяются:

наличие изоляции на подающих и циркуляционных линиях;
состояние изоляционного материала;
фактическая толщина доступных участков;
состояние защитного покрытия;
изоляция арматуры и соединений;
открытые участки трубопроводов;
условия прокладки в технических помещениях и шахтах;
температура окружающей среды;
локальные температурные отклонения.

Например, отсутствие изоляции на отдельном участке может увеличивать теплопередачу от горячей воды.

Но для количественного определения дополнительного расхода необходимо знать температуру, геометрию трубопровода и продолжительность работы.

Сам по себе визуально обнаруженный недостаток не позволяет утверждать конкретный размер возможной экономии.

Как использовать измерения температуры поверхности

Температурные измерения доступных трубопроводов помогают выявлять участки с отличающимися условиями теплообмена.

При технической возможности для этой задачи может применяться тепловизионное обследование.

Однако наружная температура поверхности не равна температуре теплоносителя и не определяет напрямую величину потери энергии.

При интерпретации необходимо учитывать:

конструкцию трубопровода;
наличие и состояние изоляции;
температуру циркулирующей воды;
температуру помещения;
условия движения воздуха;
свойства исследуемой поверхности;
режим работы системы;
возможное влияние соседних источников тепла.

Например, высокая температура поверхности неизолированной арматуры может быть связана с её конструкцией, а не обязательно с технической неисправностью.

Чтобы определить энергетический эффект, необходимо рассчитать или измерить соответствующую теплопередачу.

Как режим циркуляции влияет на теплопотребление

Циркуляция обеспечивает поддержание температурных параметров воды в распределительной системе.

Её режим зависит от фактической схемы, настроек насосов, гидравлических сопротивлений и требований к работе ГВС.

В зависимости от конструкции могут существовать:

постоянная циркуляция;
циркуляция с предусмотренным регулированием расхода;
несколько циркуляционных ветвей;
режимы работы отдельных насосов;
периоды изменения температуры или расхода;
другие режимы, предусмотренные фактической системой.

Энергетический анализ должен установить, сколько теплоты расходуется на поддержание температуры в каждом характерном состоянии.

Например, увеличение расхода циркуляционной воды может изменить температурный перепад между подачей и возвратом.

Но снижение этого перепада не доказывает уменьшение теплопотерь, поскольку тепловой поток определяется сочетанием расхода и изменения энергетического состояния воды.

Поэтому режим циркуляции необходимо исследовать по температурно-расходным данным.

Рабочая точка циркуляционного насоса

Рабочая точка насоса — фактическое сочетание расхода жидкости и создаваемого напора при работе оборудования в конкретной гидравлической сети.

Для циркуляционного насоса ГВС она зависит от характеристик трубопроводов, регулирующей арматуры и других элементов системы.

При обследовании рассматривают:

фактический расход циркуляции;
давление и перепад давления;
характеристики насосного оборудования;
потребляемую электрическую мощность;
частоту вращения при наличии регулируемого привода;
режим работы других насосов;
положение регулирующей арматуры;
продолжительность работы.

Например, повышение электрического потребления насоса может быть связано с изменением его рабочей точки.

Однако оно не является непосредственной величиной тепловых потерь циркуляционного контура.

Для комплексного анализа необходимо отдельно учитывать электрические затраты насосного оборудования и тепловую энергию, расходуемую для поддержания температуры воды.

Почему увеличение циркуляционного расхода не всегда улучшает систему

Изменение расхода циркуляции влияет на распределение температур по трубопроводам и на гидравлический режим.

При недостаточном расходе отдельные удалённые участки могут иметь температуру, отличающуюся от необходимой.

Но увеличение циркуляции без расчёта также не является универсальным решением.

Оно может изменить:

температурный перепад подачи и возврата;
распределение расходов между ветвями;
напор циркуляционного насоса;
его электрическое потребление;
работу регулирующих устройств;
температурные условия на конечных точках системы.

Например, увеличение общего расхода может не устранить недостаточную температуру удалённой ветви, если основная причина связана с гидравлическим распределением между параллельными контурами.

Поэтому при выборе режима насоса необходимо учитывать рабочие точки ветвей и требуемые температурные условия.

Как локализовать повышенные циркуляционные потери

Если теплопотребление при отсутствии водоразбора превышает ожидаемое для данной системы, необходимо определить, где именно формируется основной тепловой отвод.

Для этого распределительную сеть разделяют на участки с известными характеристиками.

Проверка выполняется последовательно:

Устанавливают схему подающих и циркуляционных трубопроводов.
Определяют общую протяжённость и характеристики ветвей.
Проверяют доступные точки измерения температуры.
Получают данные о циркуляционных расходах.
Выделяют характерные участки по типу изоляции и условиям прокладки.
Проверяют состояние доступных трубопроводов и арматуры.
Оценивают расчётные потери отдельных участков.
Сопоставляют результат с общей тепловой нагрузкой поддержания температуры.
Определяют участки, требующие дополнительной проверки.

Например, если часть циркуляционного контура проходит через холодное техническое пространство, а другая — через отапливаемое помещение, условия передачи теплоты будут различаться.

Но величина физической теплопередачи и её влияние на общий энергетический баланс здания требуют отдельной оценки.

Нельзя автоматически считать, что весь тепловой поток от трубопроводов внутри здания безвозвратно теряется за пределы объекта.

Накопительные водонагреватели: как меняется энергетическая модель

Если система ГВС включает накопительный бак или водонагреватель, появляется дополнительная составляющая — изменение запаса тепловой энергии в воде и оборудовании.

Это важно при переходных режимах, когда нагрев воды и водоразбор происходят не одновременно.

Например, нагревательная установка может потреблять энергию в период заполнения или восстановления температуры накопительного бака.

При этом фактический водоразбор может происходить позднее.

Для корректной оценки необходимо учитывать:

объём накопительной ёмкости;
температуру воды в характерных состояниях;
количество поступающей холодной воды;
объём горячей воды, передаваемой потребителям;
тепловые потери накопительного оборудования;
режим нагрева;
работу циркуляционного контура;
продолжительность периода измерений.

Если сравнивать энергию нагрева и водоразбор за короткий период без учёта изменения теплового запаса, баланс может не сходиться.

Поэтому для накопительной системы необходимо либо учитывать это изменение, либо выбирать достаточно представительный период с сопоставимыми начальными и конечными состояниями.

Как оценивать теплообменник горячего водоснабжения

При централизованной подготовке ГВС тепловая энергия может поступать от первичного теплоносителя через теплообменный аппарат.

Для проверки необходимо определить энергетические потоки на первичной и вторичной сторонах.

Исследуют:

температуру первичной подачи;
температуру первичной обратки;
расход первичного теплоносителя;
температуру поступающей холодной воды;
температуру подготовленной горячей воды;
расход вторичного теплоносителя;
параметры циркуляционного возврата;
работу регулирующего клапана;
фактическую тепловую нагрузку.

Например, недостаточная температура горячей воды может быть вызвана снижением температуры первичного теплоносителя, ограничением его расхода или изменением водоразбора.

Необходимо также проверить состояние теплообмена и регулирования.

Но без температурных и расходных данных по обеим сторонам нельзя уверенно утверждать, что причина заключается в загрязнении теплообменника.

Как работа регулирующего клапана влияет на энергопотребление

Регулирующий клапан может изменять расход первичного теплоносителя для поддержания необходимой температуры горячей воды.

Его фактический режим зависит от тепловой нагрузки, доступного перепада давления и предусмотренного алгоритма управления.

Для анализа необходимо установить:

заданную температуру горячей воды;
фактическую температуру после теплообменника;
расход водоразбора;
расход циркуляционного возврата;
температуру первичного теплоносителя;
положение регулирующего клапана;
располагаемый перепад давления;
динамику изменения нагрузки.

Например, открытие клапана в период интенсивного водоразбора может быть нормальной реакцией на увеличение полезной тепловой нагрузки.

Если же клапан продолжает передавать значительную тепловую мощность при отсутствии водоразбора, необходимо проверить циркуляционную нагрузку, потери оборудования и фактическую работу регулирования.

Такой режим не является достаточным доказательством неисправности клапана.

Как отличить избыточный нагрев от необходимой компенсации теплопотерь

Увеличенное потребление тепловой энергии может возникать из-за повышения температуры подготовленной горячей воды.

Но изменение температуры влияет одновременно на полезный нагрев и на условия теплопередачи циркуляционных трубопроводов.

Поэтому необходимо установить:

фактическую температуру горячей воды;
температуру холодной воды;
количество воды, поступающей потребителям;
температурный режим циркуляции;
характеристики изоляции;
продолжительность работы;
необходимые эксплуатационные ограничения.

Например, повышение температуры подачи при неизменном водоразборе может увеличить энергию, передаваемую воде.

Одновременно может увеличиться тепловой поток через трубопроводы.

Для разделения этих составляющих необходимо использовать температурно-расходный баланс.

При этом уменьшать температуру исключительно ради снижения энергопотребления без проверки требований к безопасной эксплуатации и необходимым параметрам горячей воды недопустимо.

Как отличить утечку горячей воды от циркуляционных теплопотерь

Утечка воды и теплопотери через трубопроводы представляют собой разные механизмы.

При утечке из системы выходит определённое количество нагретой воды. Вместе с ним выводится энергия, затраченная на её подготовку.

При обычной теплопередаче через изоляцию вода остаётся в контуре, но постепенно отдаёт часть тепловой энергии окружающей среде.

Для разграничения необходимо проверить два баланса:

Материальный баланс. Сопоставление количества холодной воды, поступившей в систему, с количеством воды, переданной потребителям, и другими фактическими материальными потоками.
Тепловой баланс. Сопоставление энергии нагрева, полезного водоразбора, циркуляционных потерь и других соответствующих составляющих.

Например, повышенный расход холодной воды при отсутствии зарегистрированного полезного водоразбора может стать основанием для проверки неучтённого потребления или утечки.

Но если материальный баланс сходится, а тепловая нагрузка при отсутствии разбора сохраняется, приоритет исследования может смещаться к циркуляционным потерям и другим тепловым потокам.

При этом необходимо учитывать полноту приборного учёта.

Какие измерения необходимы для энергетического обследования ГВС

Программа измерений должна позволять разделить полезный нагрев воды, циркуляцию и другие тепловые нагрузки.

В зависимости от конструкции системы используют:

Расход холодной воды. Позволяет определить поступление воды в систему подготовки.
Объём горячей воды, переданной потребителям. Необходим для оценки полезного водоразбора.
Температуру холодной воды. Характеризует начальное энергетическое состояние воды.
Температуру подготовленной горячей воды. Используется для определения полезного нагрева.
Расход циркуляции. Необходим для количественного анализа поддержания температуры.
Температуру циркуляционного возврата. Позволяет оценить изменение энергетического состояния воды после прохождения распределительной сети.
Тепловую энергию на вводе или теплообменнике. Используется для построения общего энергетического баланса.
Параметры первичного теплоносителя. При наличии теплообменника необходимы для проверки передачи тепла.
Параметры циркуляционного насоса. Позволяют отдельно исследовать электрические затраты на циркуляцию.
Временные ряды водоразбора и температуры. Помогают разделить режимы полезного потребления и поддержания температуры.

Особенно важно обеспечить временную согласованность измерений.

Например, расход воды за сутки нельзя без дополнительной проверки сопоставлять с температурными измерениями, полученными только в период максимального водоразбора.

Для полного энергетического баланса нужны данные, характеризующие одни и те же интервалы.

Какие документы необходимо подготовить

Исходная документация должна позволять восстановить фактическое движение воды и тепловой энергии от системы нагрева до конечного потребителя.

Технические схемы:

принципиальная схема горячего водоснабжения;
схемы подготовки горячей воды;
схемы подающих и циркуляционных трубопроводов;
расположение основных распределительных ветвей;
схемы подключения теплообменников;
сведения о накопительных ёмкостях при наличии;
схемы циркуляционных насосов;
расположение измерительных приборов.

Паспорта и характеристики оборудования:

паспорта теплообменников;
характеристики насосов;
данные о регулирующих клапанах;
сведения о температурных датчиках и расходомерах;
характеристики трубопроводов;
сведения о теплоизоляции;
материалы о предусмотренных режимах работы.

Учётные и эксплуатационные сведения:

архивы тепловой энергии;
данные о расходе холодной и горячей воды;
температурные архивы;
сведения о расходе циркуляции;
режимы работы насосов;
настройки автоматического регулирования;
графики использования помещений;
сведения о характерных периодах водоразбора;
материалы предыдущих обследований при наличии.

Схемы задают границы энергетических потоков. Учёт определяет их величину. Режимные сведения показывают условия формирования нагрузки. Инструментальные измерения позволяют отличить полезный нагрев от циркуляционных потерь.

Как выбирать репрезентативные режимы измерений

Репрезентативный режим — состояние системы, достаточно полно отражающее условия эксплуатации, для которых необходимо сделать технический вывод.

Для горячего водоснабжения важно исследовать не один произвольный момент, а несколько характерных режимов.

Период интенсивного водоразбора. Позволяет оценить полезную нагрузку нагрева воды и работу теплообменника.
Период умеренного водоразбора. Используется для проверки работы системы при частичной нагрузке.
Период отсутствия водоразбора. Помогает исследовать тепловую нагрузку поддержания циркуляции.
Период изменения температуры холодной воды. Позволяет оценить влияние исходных температурных условий.
Режим работы циркуляционного насоса. Используется для проверки расхода и температуры возврата.
Переходный режим накопительного оборудования. При наличии соответствующей схемы позволяет исследовать изменение запаса тепловой энергии.
Период изменения настройки регулирования. Помогает оценить реакцию теплообменника и клапана на изменение нагрузки.

Например, измерение в период отсутствия водоразбора может быть полезно для оценки циркуляционных потерь.

Но результаты такого измерения нельзя автоматически использовать как постоянную величину потерь за весь год, если температура воды, режим циркуляции или внешние условия существенно изменяются.

Как проверить теплопотери по временному профилю

Профиль тепловой нагрузки показывает изменение мощности во времени.

При наличии согласованных данных его можно сопоставлять с профилем водоразбора.

Например, если после прекращения потребления воды тепловая мощность системы уменьшается, но не становится нулевой, необходимо определить состав сохраняющейся нагрузки.

Её возможные составляющие:

циркуляционные теплопотери;
теплопередача накопительных ёмкостей;
теплообмен оборудования и трубопроводов;
работа других подключённых тепловых потребителей;
изменение теплового запаса воды и оборудования.

Для определения циркуляционной составляющей необходимо проверить расход и температурный перепад соответствующего контура.

Если данные о водоразборе отсутствуют, невозможно уверенно определить, какая часть тепловой нагрузки связана с полезным потреблением.

Если общий теплосчётчик включает отопление, временной профиль может быть сформирован смешанной нагрузкой. В таком случае необходимо уточнить измерительную границу.

Почему ночная тепловая нагрузка не всегда является потерей

Ночная тепловая нагрузка системы ГВС может быть связана с циркуляцией, предусмотренным режимом подготовки воды или фактическим водоразбором.

Однако само время суток не доказывает отсутствия полезного потребления.

Например, на объекте с круглосуточной эксплуатацией водоразбор может происходить и ночью.

Кроме того, при наличии накопительных ёмкостей в ночные часы может выполняться нагрев воды с восстановлением её энергетического запаса.

Поэтому для анализа необходимо установить:

фактический расход воды потребителям;
температуру холодной и горячей воды;
работу циркуляции;
режим накопительного оборудования;
состояние регулирующих устройств;
тепловую мощность подготовки воды;
полноту учёта подключённых потребителей.

Только при подтверждённом отсутствии полезного водоразбора и других существенных нагрузок можно обоснованно исследовать наблюдаемое теплопотребление как нагрузку поддержания температуры.

Как анализировать смешанное влияние водоразбора и циркуляции

Наиболее сложный режим возникает, когда полезный водоразбор и циркуляционные потери изменяются одновременно.

Например, в утренние часы увеличивается расход горячей воды. При этом изменяются температуры в распределительной системе, работа теплообменника и режим регулирующего клапана.

Если общий расход тепловой энергии вырос, нельзя автоматически отнести весь прирост к водоразбору.

Для количественного разделения необходимо:

Измерить фактический объём горячей воды, передаваемой потребителям.
Определить температуру исходной холодной воды.
Зафиксировать температуру подготовленной горячей воды.
Рассчитать энергию полезного нагрева.
Определить расход и температурный режим циркуляционного возврата.
Учесть изменение теплового запаса накопительного оборудования при его наличии.
Проверить дополнительные тепловые потоки.
Сопоставить результат с общей тепловой энергией на вводе.
Оценить измерительную неопределённость.

Если в балансе остаётся необъяснённая разность, необходимо определить, какие энергетические или материальные потоки не охвачены измерениями.

Нельзя автоматически принимать такой остаток за потери теплоизоляции или неисправность теплообменника.

Как отделить влияние смежных инженерных систем

Горячее водоснабжение может получать тепловую энергию от источника, который одновременно обслуживает отопление или другие потребители.

При этом общий расход топлива или тепловой энергии источника зависит от всех подключённых нагрузок.

Например, увеличение теплопотребления котельной может быть связано с изменением отопительной нагрузки зданий, даже если режим ГВС остался прежним.

Аналогично изменение температуры первичного теплоносителя может повлиять на работу теплообменника горячего водоснабжения без изменения состояния самой системы ГВС.

Для разграничения проверяют:

границы общего и раздельного теплового учёта;
схемы подключения отопления и ГВС;
тепловые потоки через соответствующие теплообменники;
режимы первичного теплоносителя;
фактический водоразбор;
расход и температуры циркуляции;
сведения об изменении смежных тепловых нагрузок.

Если раздельный учёт отсутствует, выделение ГВС из общего энергетического баланса требует дополнительной измерительной или обоснованной расчётной модели.

Переносить весь общий перерасход тепла на горячее водоснабжение недопустимо.

Как отличить техническую неисправность от особенностей режима

Повышенные тепловые затраты или изменение температуры горячей воды могут иметь несколько объяснений.

Увеличился полезный водоразбор. Необходимо проверить количество использованной воды и температуру её нагрева.

Снизилась температура холодной воды. При одинаковом водоразборе для подготовки горячей воды может потребоваться больше тепла.

Увеличились циркуляционные потери. Проверяются расход циркуляции, температура подачи и возврата, характеристики трубопроводов и теплоизоляции.

Изменился режим циркуляционного насоса. Может измениться распределение расходов и электрическое потребление оборудования.

Изменились условия теплообмена. Требуется проверить температуры и расходы первичной и вторичной сторон теплообменника.

Изменилось регулирование. Необходимо исследовать фактическую температуру горячей воды, положение клапана и реакцию системы на нагрузку.

Появился дополнительный расход воды. Следует проверить материальный баланс и отделить неучтённое потребление от возможной утечки.

Изменилась работа смежной системы. Необходимо подтвердить, что наблюдаемая нагрузка действительно относится к ГВС.

Существует измерительная неопределённость. Несинхронность архивов или неполнота учёта могут создавать кажущееся отклонение.

Например, высокая тепловая мощность при небольшом зарегистрированном водоразборе может стать основанием для проверки циркуляционного контура.

Но без данных о расходе циркуляции и температурном перепаде нельзя уверенно установить величину его тепловых потерь.

Как проверить причинную связь между изоляцией и повышенным потреблением

Предположение о повышенных циркуляционных потерях из-за состояния изоляции требует количественного подтверждения.

Например, если обнаружен неизолированный участок горячего трубопровода, необходимо определить, насколько он влияет на теплопередачу.

Проверка выполняется последовательно:

Устанавливают границы и длину исследуемого участка.
Определяют диаметр и конструкцию трубопровода.
Фиксируют состояние теплоизоляции.
Измеряют температуру горячей воды.
Устанавливают температуру окружающей среды.
Определяют продолжительность соответствующего режима.
Рассчитывают теплопередачу для фактической конструкции.
При необходимости сравнивают её с обоснованным альтернативным вариантом.
Проверяют согласованность результата с общим циркуляционным балансом.

Если повреждение изоляции подтверждено, но величина дополнительного теплового потока не определена, можно сделать технический вывод о состоянии конструкции.

Однако нельзя заявлять конкретную экономию тепла без расчёта соответствующего изменения потерь.

Как оценивать измерительную неопределённость

Измерительная неопределённость характеризует ограниченность точности результата измерения или расчёта с учётом существенных влияющих факторов.

Для системы ГВС особенно важно, что полезный нагрев и циркуляционные потери могут определяться как разность нескольких измеренных величин.

Например, если общий расход тепловой энергии сопоставляется с расчётным полезным нагревом воды, точность остаточной оценки зависит от:

точности измерения объёма воды;
точности определения температуры холодной воды;
точности температуры горячей воды;
характеристик теплосчётчика;
синхронности временных интервалов;
полноты учёта циркуляционных потоков;
изменения теплового запаса накопительного оборудования;
наличия других тепловых потребителей;
корректности принятой физической модели.

Если остаточная разность сопоставима с неопределённостью измерений, нельзя уверенно считать её физической теплопотерей.

В этом случае необходима дополнительная проверка границ, качества измерений или режима системы.

Какие технические мероприятия можно рассматривать

Выбор мероприятия зависит от подтверждённого источника энергетических затрат.

Если установлены повышенные теплопотери трубопроводов, дальнейшее решение может касаться состояния и характеристик теплоизоляции.

Если выявлено неправильное распределение циркуляционных расходов, требуется проверка гидравлического режима, насосов и регулирующей арматуры.

Если теплопотребление связано с режимом нагрева воды, необходимо исследовать работу теплообменника, температурное регулирование и фактический водоразбор.

Если обнаружен необъяснённый расход воды, приоритетом становится материальный баланс и проверка возможных утечек или неучтённых потребителей.

Если общие приборы не позволяют разделить нагрузку отопления и ГВС, первоначальным действием может быть организация дополнительного учёта.

Если система включает накопительное оборудование, необходимо учитывать изменение запаса тепловой энергии и потери при поддержании температуры.

В каждом случае изменение режима должно сохранять необходимые температурные условия и требования безопасной эксплуатации горячего водоснабжения.

Например, уменьшение циркуляции нельзя считать положительным результатом, если вследствие этого удалённые точки водоразбора перестают обеспечиваться горячей водой с необходимыми параметрами.

Какие результаты позволяет получить энергетическое обследование ГВС

При достаточном объёме исходных данных результатом становится проверяемая энергетическая модель горячего водоснабжения, в которой отдельно определяются полезный нагрев воды, циркуляционные тепловые потери и другие существенные составляющие.

Такая модель позволяет:

установить фактическую схему подготовки и распределения горячей воды;
определить границы теплового и водяного учёта;
рассчитать энергию полезного нагрева воды при подтверждённых исходных параметрах;
оценить циркуляционную тепловую нагрузку;
проверить температурно-расходный баланс подачи и возврата;
установить влияние температуры холодной воды;
разграничить режимы водоразбора и поддержания температуры;
оценить состояние теплоизоляции трубопроводов;
проверить работу циркуляционных насосов;
отделить электрические затраты насосов от тепловых потерь;
исследовать работу теплообменников и регулирующих клапанов;
выявить возможные неучтённые материальные потоки;
отделить потребление ГВС от влияния отопления и других систем;
определить приоритет дополнительных измерений;
подготовить исходные данные для расчёта энергосберегающих мероприятий.

В итоговом заключении должно быть указано, какие показатели получены непосредственными измерениями, какие рассчитаны и какие причины отклонений остаются неподтверждёнными.

Особенно важно не представлять всю разность между общей тепловой энергией и полезным нагревом воды как автоматически устранимый расход.

Часть этой энергии может быть необходима для поддержания предусмотренного температурного режима системы.

Когда результаты обследования остаются предварительными

Основное ограничение энергетического обследования ГВС возникает, когда невозможно разделить полезный нагрев воды и циркуляционные потери.

Например:

Если известен только общий расход тепловой энергии, нельзя непосредственно определить долю полезного нагрева.
Если отсутствуют данные о фактическом водоразборе, невозможно достоверно рассчитать энергию, необходимую для нагрева использованной воды.
Если неизвестна температура холодной воды, расчёт полезного нагрева требует дополнительных предпосылок.
Если не измеряется циркуляционный расход, температурный перепад подачи и возврата не позволяет самостоятельно определить тепловую мощность потерь.
Если отсутствует схема циркуляционного контура, невозможно уверенно локализовать участки повышенной теплопередачи.
Если имеется накопительная ёмкость, но не учтено изменение её теплового состояния, кратковременный баланс может оказаться неполным.
Если отопление и ГВС учитываются одним прибором, нельзя без дополнительных данных разделить их нагрузки.
Если архивы несинхронны, сопоставление расхода воды и тепловой энергии может быть некорректным.
Если не проверена работа регулирования, изменение температуры может иметь несколько конкурирующих объяснений.
Если остаточная разность сопоставима с измерительной неопределённостью, конкретная величина дополнительных теплопотерь остаётся неподтверждённой.

В таких условиях результат должен отдельно отражать фактические измерения, расчётные оценки, подтверждённые механизмы и технические гипотезы.

Отсутствие достаточных данных не доказывает, что циркуляционные потери отсутствуют. Оно означает, что их конкретную величину и причины пока нельзя достоверно определить.

Как подготовить систему горячего водоснабжения к энергоаудиту

Подготовку начинают с актуализации схемы приготовления и распределения горячей воды.

Необходимо определить, где вода нагревается, как поступает к потребителям, существует ли циркуляция и через какие элементы вода возвращается к системе нагрева.

Затем собирают данные о расходе воды, тепловой энергии, температурных режимах и работе циркуляционного оборудования.

Для подготовки программы обследования необходимо ответить на следующие вопросы:

Как организована подготовка горячей воды?
Какие теплообменники или водонагреватели используются?
Есть ли накопительные ёмкости?
Какова фактическая схема подачи и циркуляционного возврата?
Где расположены приборы учёта тепловой энергии?
Как измеряется расход холодной воды?
Доступны ли данные о полезном водоразборе?
Известна ли температура холодной воды?
Какая температура горячей воды поддерживается системой?
Измеряются ли расход и температура циркуляционного возврата?
Каковы характеристики и состояние изоляции трубопроводов?
Как работает циркуляционный насос?
Можно ли выделить периоды отсутствия водоразбора?
Не охватывает ли общий теплосчётчик дополнительные тепловые системы?
Есть ли данные о работе регулирующих клапанов?
Какие измерения необходимы для разделения полезного нагрева и циркуляционных затрат?

После анализа исходных данных формируют программу инструментального обследования.

Для полезного нагрева необходимо установить расход воды и разность её энергетического состояния до и после подготовки.

Для циркуляционных потерь — расход и температуры подачи и возврата, конструкцию трубопроводов и режим работы контура.

Для проверки теплообменника — согласованные параметры первичной и вторичной сторон.

Для разделения тепловых и электрических затрат — данные о тепловой нагрузке и работе насосного оборудования.

Если обнаружено повышенное потребление, сначала необходимо подтвердить, какая его часть относится к полезному водоразбору, какая — к циркуляции, а какая — к другим фактическим тепловым потокам.

Измерения и изменения настроек системы выполняются с соблюдением требований безопасной эксплуатации. Температурные и циркуляционные режимы нельзя изменять исключительно ради экономии без проверки обязательных условий функционирования ГВС.

Главный результат энергетического обследования системы горячего водоснабжения — достоверное разделение энергии полезного нагрева воды и затрат на поддержание циркуляции. Именно это позволяет установить, где возникают подтверждённые тепловые потери, как они связаны с режимом эксплуатации и какое следующее техническое действие действительно обосновано.

Такой подход исключает выводы только по общему теплосчётчику, произвольное отнесение ночной нагрузки к потерям и неподтверждённые обещания экономии от изменения температуры или циркуляционного расхода.

Связанные направления

Общая структура тепловых потоков от источника к конечному потребителю представлена на странице «Теплоэнергетика».

Состав работ по энергетическому обследованию теплообменного, насосного и регулирующего оборудования рассмотрен в услуге «Энергоаудит инженерных систем».

Подходы к проверке причин повышенного теплопотребления и обоснованию технических мероприятий представлены в направлении «Снижение потребления тепловой энергии».