Экологическое решение вопроса по теплоснабжению Куркино

М. С. Мягков, НИиПИ экологии города

В 2000 году началась активная застройка территории муниципального района Куркино, оставшегося на сегодняшний день последним районом Москвы, где еще возможно осуществить масштабное жилищное строительство. При этом масштабность определяется как количеством строящегося жилья, так и качеством решений по планировке всего района, микрорайонов и домов. Уникальность застройки, закрепленная в статусе «экспериментального жилого района», предусматривает возможность применения некоторых проектных решений, ранее в Москве не использовавшихся.

Уникальность состоит еще и в том, что впервые в проектной практике в Москве был определен генеральный проектировщик по экологическому сопровождению всех проектных решений – НИиПИ экологии города. Им выполнялось экологическое сопровождение всех реализуемых проектов по застройке, начиная от проекта внеплощадочного водоснабжения, проекта улично-дорожной сети, магистральных инженерных сетей и заканчивая рабочими проектами строительства отдельных зданий и схемами благоустройства и озеленения на территории микрорайонов. Разумеется, проектное решение по теплоснабжению также не осталось за рамками процесса экологического проектирования. Только так, согласовывая шаг за шагом проектные решения с экологическими, можно было создать законченную сбалансированную композицию природной и антропогенной сред при минимальной нарушенности первой из них.

Как и ожидалось, применение нестандартных проектных решений потребовало дополнительных усилий со стороны проектных организаций. Непросто давалось и принятие решений по теплоснабжению.

Предваряя конкретные проектные проработки, НИиПИ экологии города был выполнен эколого-градостроительный опорный план на всю территорию района. В нем были зафиксированы территории, обладающие теми или иными экологическими особенностями, определяющими условия осуществления проектных решений. Он явился единой основой, позволяющей вести процесс проектирования параллельно на разных участках и по разным направлениям с условием соблюдения экологического равновесия.

Рисунок 1. (увеличить) Уровень загрязнения атмосферы оксидами азота при децентрализованном теплоснабжении	Рисунок 2. (увеличить) Уровень загрязнения атмосферы оксидами азота при строительстве РТС

Такой подход полностью исключал возможность традиционного решения проблемы теплоснабжения от централизованного источника, т. к. магистральные сети, разводящие тепло от источника к потребителям, оказывают мощное отепляющее воздействие на грунты, ухудшая тем самым условия произрастания растительности. Кроме того, они требуют масштабных земляных работ, проведения вертикальной планировки рельефа.

Принятое планировочное решение Куркино повторяет рисунок ландшафтной структуры территории, как бы обтекая основные природные оси и ядра. При этом на территории практически не проводится вертикальная планировка рельефа, не вырубаются древесные массивы, сохраняются ручьи и пруды, и все затрагиваемые строительством исходные ландшафты испытывают минимальную трансформацию.

В этом достаточно сложном эколого-градостроительном контексте решение по теплоснабжению от РТС выглядело неуместно и громоздко: труба РТС была бы видна из любой точки Куркино, что выбивалось бы из рамок создаваемого природно-антропогенного ландшафта. Магистральные тепловые сети рассекли бы дубовые и березовые рощи, уцелевшие на территории Куркино.

В связи с этим было принято решение о проработке дополнительных вариантов теплоснабжения. Здесь возникала опасность впасть в противоположную крайность, соорудив на каждой секции зданий по крышной котельной. Учитывая, что в настоящее время автономное теплоснабжение на территории Москвы не имеет широкого применения, а также высокие фоновые концентрации основных загрязняющих веществ на территории намечаемого строительства, особое внимание уделялось проверке возможных вариантов теплоснабжения на соответствие действующим нормам по охране атмосферного воздуха от загрязнения. В первую очередь – оксидов азота.

Надо сказать, что высокие фоновые концентрации оксидов азота характерны для всей территории Москвы, поскольку эта примесь в достаточно больших количествах содержится в наиболее распространенных на территории города источниках загрязнения атмосферы: в выхлопных газах автомобилей и дымовых газах объектов теплоэнергетики. Этим двум группам источников принадлежит около 90% вклада в загрязнение воздуха города. Местами, вблизи крупных автомагистралей, концентрации этой примеси могут в несколько раз превышать предельно допустимые на территории населенных мест уровни ее содержания в воздухе. В таких условиях действуют особенно жесткие требования и ограничения к размещению новых источников выбросов этой примеси. Поэтому решение вопроса теплоснабжения Куркино явилось нетривиальной проблемой во всех отношениях.

Для того чтобы выбрать из двух принципиально разных вариантов – централизованного и децентрализованного – была проведена их пофакторная экологическая оценка с обоснованием экологически более приоритетного варианта (технологическая и экономическая оценка обоих вариантов выполнялась институтом СантехНИИпроект). Экологическое сравнение вариантов осуществлялось по следующим направлениям: инженерно-экологическому, эколого-градостроительному и природоохранному.

Централизованное теплоснабжение

Положительной стороной централизованной системы является то, что при небольшом количестве источников теплоснабжения и их значительной единичной мощности возможно применение достаточно разработанных устройств для снижения концентраций загрязняющих веществ в продуктах сгорания и высоких дымовых трубах, улучшающих условия рассеивания этих веществ в атмосфере. Однако в условиях Куркино было невозможно реализовать это преимущество, поскольку высота трубы ограничивалась условиями подлета воздушных судов к аэропорту Шереметьево.

К серьезным недостаткам централизованной системы можно отнести техническую сложность ее строительства и эксплуатации, значительные объемы выборки грунта, изменения рельефа и других элементов природного комплекса при строительстве самих объектов и тепловых сетей.

Как известно, сети в значительной степени подвержены наружной коррозии, особенно в условиях района Куркино с высоким уровнем залегания грунтовых вод, что вызывает необходимость их ремонта или замены каждые 5–8 лет, а следовательно, проведения больших объемов земляных работ и нарушения зеленых насаждений. Аварии на теплосетях представляют прямую угрозу здоровью и жизни населения.

Увеличение расходов тепла в связи с их потерями при транспортировке вызывает необходимость увеличения объемов сжигаемого топлива. Это приводит к увеличению массы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Ликвидация теплопотерь в сетях требует применения сложных мероприятий по теплоизоляции.

Теплотрассы нарушают естественный температурный режим почво-грунтов, приводя к деградации почвенного и растительного покровов. Кроме того, в технических зонах теплотрасс отсутствует возможность создания высокопродуктивных растительных сообществ в связи с требованиями по условиям эксплуатации.

При эксплуатации из теплосетей возникают утечки, которые изменяют не только геохимическую обстановку в зоне высачивания, но и существенно нарушают гидрогеологическую обстановку, провоцируя развитие процессов подтопления.

Положительным аспектом является то, что по условиям подключения и эксплуатации возможен вынос объектов теплоэнергетики за пределы жилой застройки. Удаление источников воздействия от этой территории – один из наиболее простых и надежных способов уменьшения ущерба здоровью населения как по фактору химического загрязнения атмосферы, так и по фактору акустического воздействия.

Размещение РТС предполагалось в коммунальной зоне на севере Куркино. Размер земельного участка для нее, включая резервуары резервного топлива, газораспределительный узел и химводоподготовку, должен был составлять не менее 5,0 га. Еще 75,5 га будет занимать территория нормативной санитарно-защитной зоны (500 м). Около 10 га требовалось бы для прокладки магистральных сетей (около 40 км), под размещение инженерных сооружений на сетях (рассечек сетей, подкачивающих и подпиточных насосов), ЦТП и для прокладки разводящих сетей (39,91 км). Общая протяженность магистральных и распределительных сетей составляла 80 км. Учитывая, что на расстоянии 2 м от оси теплотрассы не допускается посадка древесных насаждений, около 16 га территории лишались продуктивных растительных группировок.

Учитывая, что в соответствии с утвержденной структурой природного комплекса района Куркино вдоль всех основных магистралей расположены объекты природного комплекса соответствующих режимов, размещение на их территории новых инженерных сетей недопустимо. При прокладке теплосети были бы частично или полностью уничтожены четыре природных комплекса.

При эксплуатации РТС расходуется вода из городского водопровода на подпитку закрытых сетей и в водоподготовительной установке при регенерации и отмывке фильтров. Нормативная подпитка тепловых сетей с учетом суммарной тепловой нагрузки района и удельной емкости системы, по данным института СантехНИИпроект, может достигать 50,8 м³/ч (3 110 м³/сут., 350 тыс. м³/год).

Подпиточная вода проходит химводоочистку на натрийкатионитовых фильтрах. Расход сточных вод, образующихся при регенерации фильтров, может достигать 300 м³/сут. (40 м³/ч). Сточные воды водоподготовительной установки содержат значительное количество минеральных солей (хлоридов натрия, кальция и магния) и не могут отводиться на сети городской канализации. Это потребует организации локальной очистки с последующим повторным использованием нормативно-чистых отмывочных и очищенных шламовых вод и удалением образующегося шлама.

Расход воды городского водопровода на хозяйственно-бытовые нужды работающих составит 20–25 м³/сут.

Таким образом, для обеспечения работы РТС должно расходоваться примерно 3 300 м³/сут. воды из городского водопровода.

Автономное теплоснабжение

При меньшей капиталоемкости и сроках строительства автономных систем теплоснабжения к их достоинствам можно отнести большую, чем у теплотрасс, долговечность подводящих сетей (газопроводов), практически не подверженных коррозии. При том, что плотность потока энергии в газопроводе в 50–100 раз выше, чем в теплотрассе, для подвода к отапливаемым зданиям той же энергии диаметр газопровода в 5–10 раз меньше, чем у теплосети, а следовательно, меньше нарушений рельефа, почв и растительности связано с его прокладкой.

К достоинствам автономных источников теплоснабжения можно отнести и отработанную технологию утилизации тепла. Контактные утилизаторы, устанавливаемые вместе с котельными, позволяют использовать тепло уходящих газов (продуктов сгорания), а наиболее прогрессивные технологии, связанные с конденсацией пара в продуктах сгорания, утилизацию и этой энергии, что позволяет довести КПД источников теплоснабжения до 120–140%.

За счет минимизации потерь теплоты в результате исключения ее транспортировки, более точного следования за температурным графиком и утилизации тепла продуктов сгорания значительно сокращается объем сжигаемого газа, следовательно – и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Резкое сокращение площадей, занимаемых теплосетями, практически снимает все негативные стороны, связанные с их прокладкой и эксплуатацией, свойственные для системы централизованного теплоснабжения.

Применение автономных источников теплоснабжения в условиях Москвы ограничено действующими строительными и санитарными нормами и правилами. От децентрализованных источников допускается теплоснабжение уникальных объектов коттеджной застройки, объектов центральной планировочной зоны, где возникают трудности с прокладкой сетей, а также в других случаях, где это технически и экономически оправдано и не приведет к превышению экологических нормативов. Однако основную часть застройки в границах МКАД и на присоединенных территориях предусматривается обеспечивать теплом от ТЭЦ и РТС. Санитарные нормы требовали организации санитарно-защитной зоны от всех котельных без указания их мощности и вида топлива в зависимости от высоты дымовой трубы: 100 м при высоте трубы до 15 м и 300 м при высоте трубы более 15 м.

Не допускается проектирование котельных крышных, встроенных и пристроенных котельных к зданиям детских дошкольных и школьных учреждений, к лечебным и спальным корпусам больниц, поликлиник, санаториев и учреждений отдыха.

С учетом этих ограничений была разработана схема автономного теплоснабжения экспериментального жилого района Куркино. Проектом предусматривалось применение трех типов автономных источников тепла:

– 1-2-этажные коттеджи и 3-4-этажные блокированные жилые здания запитываются теплом от индивидуальных источников типа агрегат отопительный газовый водогрейный (АОГВ) полной заводской готовности (топливо – природный газ от сетей);

– многоэтажная застройка и объекты культурно-бытового обслуживания обеспечиваются теплом от децентрализованных отдельно стоящих, пристроенных и крышных котельных различной теплопроизводительности (топливо – природный газ);

– объекты промышленного и коммерческого назначения обеспечиваются теплом от автономных встроенных и пристроенных источников, входящих в комплекс строительства каждого конкретного объекта или группы объектов.

Количество источников теплоснабжения и схема их размещения для микрорайонов первой и второй очереди строительства определены из условия локального теплоснабжения для каждого микрорайона с учетом расчетных нагрузок и требований по охране атмосферного воздуха. При этом групповые котельные были максимально укрупнены, а источники выбросов предусматривались пристроенными к наиболее высоким зданиям в застройке.

Всего предусматривалось размещение на территории Куркино 36 групповых котельных, 6 крышных котельных и 8 участков малоэтажной застройки с АОГВ.

Согласно расчетам при строительстве автономных источников теплоснабжения протяженность инженерных коммуникаций составит 59,65 км. Из них газовые сети будут иметь протяженность 29 км, а тепловые (распределительные) – 30,65 км. Площадь, занимаемая встраиваемыми и пристраиваемыми котельными, составит в совокупности не более 3 га.

Расход воды из городского водопровода будет происходить при первоначальном (712 м³) и аварийном заполнении внутренних систем отопления и ориентировочно может составить 530 м³/сут. (59,6 тыс. м³/год). Расход воды на подпитку систем ожидается минимальным, поскольку сети имеют незначительную протяженность, расположены в основном открыто в подвалах зданий, что обеспечивает свободный доступ для их контроля и обслуживания. Химводоподготовка подпиточной воды не предусматривается. Для подготовки воды первоначального заполнения предлагается безреагентная бессточная система дозирования комплексонов, разрешенных к применению Минздравом (табл. 1).

Отдельно выполнялось сравнение вариантов теплоснабжения по фактору химического загрязнения атмосферы. Поскольку фоновые концентрации оксидов азота в атмосфере на территории проектируемого строительства и без того были на пределе санитарно-гигиенических и экологических нормативов, от проектируемых источников требовалось следующее: индивидуальный вклад каждого из источников не должен превышать 0,05 ПДК, совокупный максимальный вклад всех источников теплоснабжения не должен превышать 0,10 ПДК.

Всего было выполнено около 40 вариантов расчета, различающихся общим числом котельных, местом их размещения, высотностью зданий и высотами источников выбросов по двум вариантам и пятью ситуациям:

- вариант расчета Iа – централизованный источник теплоснабжения для жилых и общественных зданий, автономные источники теплоснабжения типа АОГВ в коттеджах и деревнях. Работа источников на средней мощности при нагрузке с учетом средних за наиболее холодный месяц условий наружной среды;

- вариант расчета Iб – решение по теплоснабжению то же, что и по предыдущему варианту расчета. Работа источников на номинальной мощности при нагрузке с учетом условий наружной среды по параметру «Б»;

- вариант расчета IIа – автономные источники теплоснабжения, работа источников в максимально-зимнем режиме с учетом условий наружной среды по параметру «Б»;

- вариант расчета IIб – автономные источники теплоснабжения, работа источников на средней мощности при нагрузке с учетом средних за наиболее холодный месяц условий наружной среды;

- вариант расчета IIв – автономные источники теплоснабжения, работа источников в летнем режиме, обеспечивающем потребности по теплу только на горячее водоснабжение.

Оказалось, что если рассматривать концентрации, создаваемые всей совокупностью источников как расчетный фон, то его значение в границах Куркино по обоим вариантам теплоснабжения будет находиться примерно на одном уровне со значениями 0,05–0,10 ПДК, причем в обоих вариантах теплоснабжения максимально-зимний режим создает более высокие концентрации, чем среднемесячный.

Основное различие результатов расчетов по вариантам заключается в размерах зоны влияния проектируемых источников теплоснабжения. Во втором варианте она полностью находится в границах Куркино, в первом варианте – выходит за его границы, особенно в максимально-зимнем режиме. Еще одно различие состоит в равномерности распределения и интенсивности локальных максимумов поля приземных концентраций. В обоих вариантах теплоснабжения максимальные концентрации оксидов азота оказались в пределах 0,09–0,10 ПДК и могут формироваться преимущественно в микрорайонах, занятых блокированной и коттеджной застройками (включая сохраняемые деревни Куркино и Юрово) при наличии в непосредственной близости от них групповых котельных. В то же время во втором варианте эта пространственная неравномерность распределения более заметна, чем в первом. Это связано с тем, что в первом варианте теплоснабжения локальные максимумы накладываются на ареал рассеивания выбросов РТС, в то время как во втором варианте теплоснабжения локальные максимумы формируются на относительно более чистом фоне. Основные характеристики вариантов расчетов рассеивания загрязняющих веществ содержатся в табл. 2.

Таким образом, расчетами установлено, что оба варианта теплоснабжения могут формировать примерно одинаковые уровни загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота на территории Куркино. В свою очередь, все из рассмотренных источников по обоим вариантам теплоснабжения не будут создавать собственных приземных Cmax со значениями выше 0,05 ПДК, кроме РТС. По двум другим сравнительным признакам вариантов теплоснабжения – суммарной массе выбросов загрязняющих веществ и размерам зоны влияния проектируемых источников – вариант централизованного теплоснабжения в 2–3 раза уступает варианту полностью автономного теплоснабжения, который в конечном счете может быть назван более предпочтительным по фактору химического загрязнения атмосферы.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что по большинству из рассмотренных факторов наименьшей степенью воздействия на окружающую среду и природные ресурсы является автономное теплоснабжение. Кроме того, этот вариант не приведет к сверхнормативному воздействию на состояние загрязнения атмосферы, а при выполнении соответствующих требований и рекомендаций – и к сверхнормативным акустическим нагрузкам на жилую застройку. Только после получения такого результата и подтверждения его экологической обоснованности Государственной экологической экспертизой было принято окончательное решение о переходе всего района на автономное теплоснабжение.