О нормативных тепловых потерях при бесканальной прокладке теплопроводов

Концепция разработанного в настоящее время и подготовленного к введению ГОСТа «Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия» заключается в повышении надежности и эффективности эксплуатации тепловых сетей за счет применения новых материалов и технологий, а также гармонизации отечественных нормативно-технических документов с Европейскими нормами EN 253 и EN 448. Это соответствует положениям выдвинутой в 1998 году известной «Концепции РАО «ЕЭС России» технической и организационно-экономической политики в области теплофикации и централизованного теплоснабжения».

Практически введение нового ГОСТа будет означать законодательное требование перехода к широкому внедрению бесканальной прокладки теплопроводов и, как следствие, возможности обоснования новой, более строгой нормативной базы теплопотерь в тепловых сетях.

Экономические преимущества для России бесканальной прокладки предварительно теплоизолированных пенополиуретаном (ППУ) труб в полиэтиленовой оболочке в печати декларировались уже достаточно давно ссылками, в основном, на технико-экономические расчеты, проведенные ранее для обоснования импортных закупок таких труб для московского региона. Дальнейшие публикации на эту тему, как правило, являются воспроизведением этих источников, например, табл.1 и табл. 2 из [1]. Можно по-разному относиться к цифрам, приведенным в этих публикациях, хотя бы потому, что структура, как рынка вообще, так и рынка труб с пенополиуретановой теплоизоляцией, в частности, за это время претерпела существенные изменения. Однако бесспорно то, что эффективность эксплуатации теплоизолированных таким образом трубопроводов значительно выше, чем иных конструкций теплоизоляции, рекомендуемых и допустимых к применению действующими СНиП 2.04.14-88* [2].

Очевидно, что в 80-е годы, когда разрабатывались упомянутые СНиП, величина нормативных тепловых потерь теплопроводов рассчитывалась с учетом характеристик, реально используемых в то время теплоизоляционных материалов и теплоизоляционных конструкций трубопроводов. При бесканальной прокладке основными теплоизоляционными материалами были: армопенобетон, битумоперлит, битумовермикулит, битумокерамзит с коэффициентом теплопроводности X = 0,13 Вт/м К при плотности р = 600 кг/м³ и пенополимербетон (X = 0,07 Вт/м К и р = 400 кг/м³) [2].

Помимо материалов, рекомендуемых для использования в качестве теплоизоляции трубопроводов, в упомянутых СНиП приведены значения нормативных тепловых потерь теплопроводов, в том числе и для теплопроводов бесканальной прокладки.

По мере того, как трубы с тепловой изоляцией из пенополиуретана начинали использоваться для ремонта старых и прокладки новых участков тепловых сетей, с 1998 года были ужесточены и нормы тепловых потерь. (Изменение № 1 от 31 декабря 1997 г.).

Технико-экономическая идеология при обосновании величины нормативных тепловых потерь в [2] сводится к следующему:

- чем суровее климат в регионе и, как следствие, чем длительнее отопительный сезон, тем ниже должны быть нормативные потери;

- чем больше диаметр трубопровода, тем ниже должна быть плотность теплового потока через стенку теплопровода (см. рис.1).

Хотя это ужесточение норм произведено достаточно формально без детализации в пределах огромных регионов России технико-экономических показателей, определяемых помимо уже упомянутых общих положений еще видом и стоимостью топлива в данном регионе, способом производства тепла, длиной магистральных и распределительных сетей, а также целым рядом других экономических показателей, новые нормы должны были бы явиться толчком для качественного изменения структуры вновь строящихся и постепенной замены эксплуатируемых теплопроводов.

В то же время из СНиП не были исключены некоторые теплоизоляционные материалы и, более того, было не указано на ограниченные возможности их применения для соблюдения новых значений норм тепловых потерь. Так, например, расчеты [2, 3] показывают, что при нормативных теплопотерях, записанных в СНиП 2.04.14-88* для районов с общей продолжительностью работы теплопроводов свыше 5000 часов в год, применять армопенобетон, битумоперлит, битумовермикулит и битумокерамзит нельзя из-за превышения предельной толщины теплоизоляционной конструкции, да и вряд ли допустимо, исходя из здравого смысла, т.к. при X = 0,13 Вт/м К и плотности р = 600 кг/м³ масса 1 п.м. теплоизоляционного покрытия на трубах колеблется от 500 кг до 1000 кг (причем не только для труб больших диаметров, но и для труб диаметром 57-89 мм) (Табл. 3). Для пенополимербетона(Х = 0,07 Вт/м К; р = 400 кг/м³) толщи на теплоизоляционного покрытия для районов с расчетной температурой - 4,7 °С (Восточная Сибирь, Тюменская обл. и т.д.) также превышает предельные значения, рекомендуемые в СНиП.

Таким образом, в районах с суровым климатом для того, чтобы выполнять требования СНиП, следует применять только тепловую изоляцию из пенополиуретана (X = 0,033 Вт/м К; р = 80 кг/м³) или иных материалов с подобными характеристиками.

Как уже упоминалось выше, нормативно-техническая документация (многочисленные ТУ и подготовленный ГОСТ) предварительно теплоизолированных пенополиуретаном труб в полиэтиленовой оболочке ориентирована на нормативный ряд полиэтиленовых оболочек, приведенный в Европейских нормах EN 253. Это означает, что в разнообразных климатических и экономических районах России показатели тепловых потерь теплопроводов технически будут определяться нормативным рядом толщин теплоизоляции, определяемым диаметрами полиэтиленовой оболочки. Такое положение при учете требований СНиП [2] приводит к существенному перерасходу достаточно дорогих материалов: пенополиуретана и полиэтиленовой оболочки при теплоизоляции труб. На рис. 2 приведены величины удельного расхода пенополиуретана при теплоизоляции труб с толщиной теплоизоляционного слоя, рассчитанной исходя из требований норм тепловых потерь и при использовании стандартного ряда диаметров оболочек.

Из этого графика видно, что особо большой перерасход ППУ (более чем в 2 раза) имеет место при теплоизоляции труб относительно большого диаметра.

Казалось бы, что такое положение позволяет еще больше ужесточить нормы тепловых потерь, что в ко нечном итоге при неизбежной перспективе удорожания топлива было бы правильно, тем более, что технически это уже как бы реализовано. Но из-за того, что в СНиП общая величина норм теплопотерь в двухтрубных тепловых сетях разбита на величины потерь в прямом и обратном трубопроводе, нормы теплопотерь в обратном трубопроводе оказались значительно жестче, чем в прямом трубопроводе. Существующему в настоящее время такому разбиению в СНиП трудно дать какое-либо объяснение, потому что распределение теплопотерь в прямом и обратном трубопроводах двухтрубных тепловых сетей - чисто технический показатель, который зависит как от характеристик используемого теплоизоляционного материала, так и от свойств грунта, глубины заложения теплопровода, расстояния между прямой и обратной трубой. Для труб с ППУ теплоизоляцией разница в требованиях к тепловым потерям в прямом и обратном трубопроводе в СНиП настолько существенна, что, например, если для труб диаметром 530 мм в полиэтиленовой оболочке диаметром 710x11,1 мм суммарные тепловые потери в обеих (прямой и обратной) трубах для районов с суровым климатом составляют 98,9 Вт/м при норме 116 Вт/м (т.е. ниже нормативных на ~15%), причем в прямой трубе теплопотери составляют 64,5 Вт/м при норме 86 Вт/м (т.е. ниже нормативных на ~23%), то в обратной трубе теплопотери будут 34,4 Вт/м при норме 32 Вт/м (т.е. выше нормативных на ~ 7%). Таким образом, получается, что для соблюдения норм теплопотерь в обратной трубе в двухтрубных тепловых сетях требуется применять различную толщину тепловой изоляции прямой и обратной труб, причем толщина теплоизоляции обратной трубы должна быть больше, чем прямой трубы! Объяснить целесообразность этого ни технически, ни экономически, ни с позиций «здравого смысла» невозможно.

Очевидно, что СНиП 2.04.14-88* уже давно следует пересмотреть с учетом сложившихся в настоящее время условий. Кроме того, принимая во внимание, что этот документ является одним из основных документов, непосредственно влияющих на экономические отношения между производителем (продавцом) тепловой энергии и потребителем, СНиП следует пересматривать регулярно в определенные сроки.

Учитывая, что нормы тепловых потерь теплопроводов являются обобщающим экономическим показателем и должны быть ориентированы на экономику, принципы разработки нормативных показателей должны быть значительно шире и разнообразней, чем те, которые заложены в действующем СНиП 2.04.14-88*. Поэтому изменение норм должно происходить не только на основании теплотехнического перерасчета теплопотерь трубопроводов при переходе на новые материалы, а обязательно с учетом тех разнообразных экономических условий и специфики района, в котором размещен трубопровод.

Применение в тепловых сетях предварительно теплоизолированных труб с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке позволит существенно улучшить качество отечественных тепловых сетей и на основании достигнутого технического уровня повысить и качество нормативно-технической документации.

ЛИТЕРАТУРА

1.И.Л.Майзель ж. «Монтажные и специальные работы в строительстве». №1, 2000 г., с.11-13.

2.СНиП 2.04.14-88* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

3.Е.Я.Соколов «Теплофикация и тепловые сети», М., 1999 г.,с. 341-352.