Assessment of the possibility of transferring Ukrainian district heating systems to low-temperature coolants

Abstract

Основними причинами активного впровадження централізованих систем теплопостачання у країнах Євросоюзу є підвищення енергетичної незалежності країни та скорочення шкідливих викидів у довкілля. У таких випадках як джерела енергії застосовують відновлювальні джерела енергії. Одним із застережень під час використання відновлювальних джерел як джерела енергії є їх низький температурний потенціал, оскільки це потребує відповідних температурних параметрів теплоносія у системах централізованого теплопостачання. Досліджено можливість переходу систем централізованого теплопостачання України на параметри низькотемпературних систем. Дослідження були проведені для багатоквартирного житлового будинку, побудованого за типовим проєктом у Львові. Як показали дані дослідження, вимоги існуючих нормативних документів України не дозволяють суттєво зменшити теплове навантаження на джерело теплоти. Так, значення максимального теплового потоку на систему опалення зменшилося на 36 %, а максимальний тепловий потік на систему гарячого водопостачання – на 7,7 %, а сумарна максимальна годинна витрата теплоти, відповідно, зменшилася на 23 %. Крім того, у дослідженнях встановлено, що для таких значень теплової потужності джерела теплоти зменшення температурних параметрів теплоносія може призвести до збільшення витрати теплоносія для забезпечення тепловою енергією будинку майже у 3 рази. А це, своєю чергою, за однакового діаметру трубопроводу, призводить до збільшення питомих втрат тиску у понад 5 разів та, відповідно, до збільшення потужності циркуляційних насосів, споживання електричної енергії та собівартості цих насосів. Це означає, що на сьогодні перехід великих систем централізованого теплопостачання України на низькотемпературні теплоносії можливий лише за реконструкції теплових мереж. Можливим є поетапне переведення на низькотемпературні теплоносії окремих груп споживачів, зокрема теплові мережі, які забезпечують теплотою квартали житлової забудови, де проведено термореноваційні заходи, а потреби гарячого водопостачання забезпечуються протічними газовими водонагрівачами.

The analytic research was conducted for a residential building built according to a typical project in Lviv. As the research data showed, the requirements of the existing normative documents of Ukraine do not allow to significantly reduce the heat load on the heat source. Thus, the value of the maximum heat flow to the heating system decreased by 36 %, and the maximum heat flow to the hot water supply system – by 7.7 %, and the total maximum hourly heat consumption, respectively, decreased by 23 %. In addition, studies have established that for such values of the thermal power of the heat source, a decrease in the temperature parameters of the heat carrier can lead to an increase in the consumption of the heat carrier to provide thermal energy to the house by almost 3 times. And this, in turn, for the same diameter of the pipeline, leads to an increase in specific pressure losses by more than 5 times, and, accordingly, to an increase in the power of circulation pumps, the consumption of electrical energy and the cost of these pumps. This means that at present, the transition of large systems of district heating system of Ukraine to low-temperature coolants is possible only during the reconstruction of heat networks.