VIII. Использование возобновляемых энергоресурсов

По всей территории России зимой приходится обеспечивать подогрев воздуха в помещениях, где живут или работают люди. Оборудование для этих целей стоит колоссальные деньги. Естественной является жесткая конкуренция на рынке отопительного оборудования, а так как выбор лозунгов не очень велик, все говорят одно и то же: цена, качество, экология и энергосбережение. Иногда борьба за рынок напоминает информационную войну, в которой стороны говорят прямо противоположные вещи, не слушая друг друга.

С первой волны демократии к нам пришла эйфория крышных котельных, потом поквартирного отопления, а сейчас модно обсуждать мини-ТЭЦ.

Достойную конкуренцию пропагандистам децентрализации составляют производители ИТП и трубопроводов в ППУ изоляции.

Плохо то, что на чью-то сторону позволяют себе становиться политики и представители власти.

У централизованных систем теплоснабжения есть всего 5, но неоспоримых преимуществ:

• - вывод взрывоопасного технологического оборудования из жилых домов;
• - точечная концентрация вредных выбросов на источниках, где с ними можно эффективно бороться;
• - возможность работы на разных видах топлива, включая местное, мусоре, а также возобновляемых энергоресурсах;
• - возможность замещать простое сжигание топлива (при температуре 1500-2000 °С для подогрева воздуха до 20 °С) тепловыми отходами производственных циклов, в первую очередь теплового цикла производства электроэнергии на ТЭЦ;
• - относительно гораздо более высокий электрический КПД крупных ТЭЦ и тепловой КПД крупных котельных работающих на твердом топливе.

За исключением, в некоторых случаях варианта применения тепловых насосов, все остальные способы децентрализованного теплоснабжения не могут обеспечить такой комплекс преимуществ.

Критерием отказа от централизации является удельная стоимость системы ЦТ, которая в свою очередь зависит от плотности нагрузки. В Дании централизованные системы теплоснабжения оправданы при удельной нагрузке от 30 Гкал/км 2 , при нашем климате желательна большая плотность нагрузки.

Более правильно оценивать перспективность ЦТ через удельную материальную характеристику системы ЦТ равную произведению общей длины сети на средний диаметр, поделенному на суммарною присоединенную нагрузку (L сети × D ср / Q системы)

В Москве удельная материальная характеристика равна примерно 30. В некоторых городах доходит до 80. В поселениях или отдельных районах городов с удельной характеристикой больше 100 централизация противопоказания - небольшие доходы от реализации тепла при значительных капитальных затратах делают ЦТ неконкурентоспособным.

Конечно, эти подходы применимы при теплоснабжении от ТЭЦ. У крупных котельных нет будущего, с другой стороны, наличие системы тепловых сетей от крупной котельной позволяет инициировать проект строительства новой ТЭЦ. Именно отсутствие крупных тепловых сетей сдерживает реализацию в западных странах Европейской директивы о развитии когенерации.

Почему же в России децентрализованные системы теплоснабжения стали появляться и в крупных городах с развитым ЦТ:

• - низкое качество централизованного теплоснабжения в 90-е года ХХ в.;
• - завышение стоимости тепла в некоторых городах;
• - сложный, дорогой, забюрократизированный порядок подключения к ЦТ;
• - отсутствие возможности регулирования объемов потребления;
• - невозможность жителям самостоятельно регулировать включение и отключение отопления;
• - длительный срок летних отключений ГВС.

С точки зрения энергоэффективности обычно называются фантастически завышенные потери в тепловых сетях без учета тех факторов, что при называемых потерях системы ЦТ вообще не смогла бы работать и тепловые потери в системе от ТЭЦ приводят к значительно меньшим удельным потерям топлива.

Строительство новых децентрализованных источников на территории, охваченной системой ЦТ, не позволяет повысить ее удельную материальную характеристику, т.е. сдержать рост тарифов. Любая крышная котельная в зоне ЦТ - это удар по социалке. Хотя с другой стороны децентрализация некоторых районов с неплотной застройкой может оказаться чрезвычайно полезной. Надо, конечно, учитывать и роль децентрализации как конкурентного фактора для предприятий ЦТ.

В последние годы повышение качества работы предприятий ЦТ привело к снижению объемов строительства локальных источников в крупных городах.

• Домовые котельные в жилом секторе

В 90-е годы ХХ в. при плохом централизованном теплоснабжении наличие собственной котельной повышало привлекательность и стоимость жилья, сейчас ситуация изменилась в обратную сторону - наличие во дворе дома котельной с относительно невысокой трубой воспринимается покупателями квартир в крупных городах негативно.

В зонах неплотной застройки локальные источники - объективная необходимость и они составляют конкуренцию вариантам поквартирного отопления.

Отдельно надо сказать об опыте применений крышных котельных. К основным проблемам относятся:

• - отсутствие внятного собственника, т.к. котельная является коллективной собственностью жителей;
• - не начисление амортизации и длительной срок сбора средств на необходимые крупные ремонты;
• - видимый дым над зданием в холодную погоду с соответствующей индустриализацией пейзажа;
• - отсутствие системы быстрой поставки запасных частей.

Встречаются случаи повышенной вибрации; выхода из строя котлов из-за повышенной подпитки и образования накипи; отсутствие возможности замены котла без вертолета; отключения по газу как из-за аварий на газопроводах, так и из-за срабатывания автоматики котельных при снижении давления газа в холодную погоду.

В зонах неплотной застройки, где оптимально развито децентрализованное теплоснабжение обычно нет проблем с местом для размещения котельной, соответственно нет смысла ставить ее в буквальном смысле людям на голову.

• Поквартирное отопление

«Поквартирка» пришла к нам их теплых стран. Только в Италии 14 млн. квартир имеет поквартирное отопление. Но при итальянском климате централизация теплоснабжения бессмысленна, а подъезды и подвалы отапливать не надо.

В наших климатических условиях надо отапливать все помещения здания, иначе срок его службы сокращается в разы, то есть при наличии поквартирного отопления надо иметь и общую котельную для отопления остальных помещений.

Основные проблемы поквартирного отопления (ПО):

• Недопустимо использование ПО только в отдельных квартирах многоквартирных жилых домов. Дымоход приходится делать на стену здания, при этом продукты сгорания могут попадать в вышерасположенные квартиры.
• Допустимо применение котлов только с закрытой камерой сгорания и выделенным воздуховодом для забора воздуха с улицы.
• Должна быть обеспечена возможность доступа в квартиру при длительном отсутствии жильцов. Недопустимо длительное отключение котлов самими жителями в зимний период.
• Система ПО не должна применяться в зданиях типовых серий. Здание должно быть специально спроектировано под ПО. Основные причины этого - необходимость организации эффективного дымоудаления, т.к. на одном этаже к общему дымоходу может подключаться только один котел.
• Работа любых котлов установленных в квартирах будет периодической, т.е. в режиме включено-выключено. Это определяется тем, что мощность котла подбирается не по нагрузке отопления, а по пиковой нагрузке ГВС превышающей в несколько раз отопительную, а глубина регулирования мощности большинства котлов от 40 до 100%. Задача - избежать образования конденсата в газоходах, для этого они должны быть горизонтальными, теплоизолированными и иметь устройства сбора и нейтрализации конденсата.

Проблемы дымоудаления особенно обостряются в высотных зданиях, т.к. тяга не регулируется и меняется в больших пределах по высоте здания, а также при изменении погоды.

• Необходимость значительной мощности квартирного котла для обеспечения максимального расхода горячей воды определяет то обстоятельство, что суммарная мощность квартирных котлов в 2-2,5 раза превышает мощность альтернативной домовой котельной.
• Серьезной проблемой является свободный, неконтролируемый доступ к котлам детей и людей с поврежденной психикой. С другой стороны доступ специалистов для обслуживания часто бывает затруднен.
• Срок службы котлов 15-20 лет, но в наших условиях серьезные поломки происходят гораздо быстрее. Для предупреждения накипи в теплообменниках, обеспечения длительной работы мембраны и сальников желательна установка системы фильтров грубой и тонкой очистки воды. У нас их, практически, не ставят. Объем технического обслуживания обычно определяют сами жильцы, причем имеют право от него отказаться.

Часто поквартирное отопление называют «автономным» имея в виду, что в каждой квартире создается своя независимая от других жителей система отопления и ГВС. Фактически же поквартирное отопление здания - это жестко взаимозависимая по газу, воде, дымоудалению и теплоперетокам система с распределенным сжиганием.

С точки зрения энергоэффективности эта система проигрывает варианту автоматизированной домовой газовой котельной с поквартирным учетом и регулированием из-за полного отсутствия режимного регулирования процесса сжигания.

Экономическая выгодность ПО объясняется отсутствием в расчетах амортизационных отчислений и искусственно сдерживаемой ценой на бытовой газ (в большинстве других стран цены на газ для бытового потребления в 1,5-3 раза выше цены для крупных потребителей).

Еще одна из причин - желание руководителей администраций небольших муниципальных образований полностью снять с себя ответственность за теплоснабжение, переложив ее на самих жителей. В некоторых поселениях с несколькими двух-трехэтажными домами внедрение ПО действительно оправдано, т.к. эксплуатация мелких котельных при мизерном объеме реализации оказывается слишком дорогой для жителей.

Просим Вас оставлять свои замечания и предложения по стратегии . Для чтения документа выберите интересующий Вас раздел.

Энергосберегающие технологии и методы

Отсутствие горячей воды и тепла еще с давних пор является дамокловым мечом для многих петербургских квартир. Отключения происходят ежегодно, причем в самые неподходящие моменты. При этом наш европейский город остается одним из самых консервативных мегаполисов, преимущественно используя потенциально опасную для жизни и здоровья горожан централизованную систему подачи тепла. Тогда как ближайшие соседи уже давно используют инновационные разработки в этой сфере, считает "Кто строит в Петербурге".

Децентрализованное горячее водоснабжение (ГВС) и теплоснабжение до сих пор применялось лишь при отсутствии централизованного теплоснабжения или когда возможности централизованного обеспечения горячей водой ограничены. Инновационные современные технологии позволяют применять системы децентрализованного приготовления горячей воды при строительстве и реконструкции многоэтажных домов.

Локальное теплоснабжение имеет массу плюсов. В первую очередь улучшается качество жизни петербуржцев: отопление можно включать в любой сезон, независимо от среднесуточной температуры за окном, из крана течет гигиенически чистая вода, сокращается возможность размывов и ожогов и аварийность системы. Кроме того, система обеспечивает оптимальное распределение тепла, максимально исключает теплопотери, а также позволяет рационально учитывать потребление ресурсов.

Источником местного приготовления горячей воды в жилых и общественных зданиях являются газовые и электрические водонагреватели или водогрейные колонки на твердом или газовом топливе.

«Есть несколько схем организации децентрализованного отопления и горячего водоснабжения в многоквартирных домах: газовая котельная на дом и КТП в каждой квартире, газовый котел и КТП в каждой квартире, тепловые сети и КТП в каждой квартире», - рассказывает технический консультант по квартирным тепловым пунктам Алексей Леплявкин.

Газ не для всех

Газовые водонагреватели используют в газифицированных жилых домах высотой не более пяти этажей. В отдельных помещениях общественных зданий (в ванных комнатах гостиниц, домов отдыха и санаториев; в школах, кроме буфетов и жилых помещений; в душевых спортзалов и котельных), где неограничен доступ лиц, не обученных правилам пользования газовыми приборами, установка индивидуальных газовых водонагревателей не допускается.

Газовые водонагреватели бывают проточные и емкостные. Проточные быстродействующие водонагреватели устанавливают в кухнях жилых квартир. Рассчитаны они для двухточечного водоразбора. Более мощные, например, емкостные автоматические газовые водонагреватели типа АГВ применяют для совмещенного местного отопления и горячего водоснабжения жилых помещений. Допускается их установка и на кухнях общего пользования общежитий и гостиниц.

Квартирные тепловые пункты

Одним из прогрессивных технических решений в области повышения энергоэффективности и безопасности является применение КТП с индивидуальной внутриквартирной подготовкой горячей воды.

Автономное оборудование в таких схемах не предусматривает использование для ГВС сетевой воды, качество которой оставляет желать лучшего. Уход от низкого качества воды обеспечивается при переходе на закрытую систему, где используется городская вода системы ХВС, подогретая на месте потребления. По мнению главного специалиста ООО «Межрегиональная негосударственная экспертиза» Бориса Булина, ключевым моментом в вопросе энергоэффективности систем теплоснабжения являются системы теплопотребления зданий. «Максимальный эффект энергосбережения тепловой энергии в отапливаемых зданиях достигается только при применении децентрализованной внутридомовой схемы теплоснабжения зданий, то есть при автономном регулировании систем теплопотребления (отопление и горячее водоснабжение) в пределах каждой квартиры в сочетании с обязательным учетом расхода тепловой энергии в них же. Для реализации этого принципа теплоснабжения зданий ЖКХ необходима установка в каждой квартире КТП в комплектации с теплосчетчиком», - говорит эксперт.

Применение квартирных тепловых пунктов (в комплектации с теплосчетчиками) в схеме теплоснабжения многоквартирных зданий имеет много преимуществ по сравнению с традиционной схемой теплоснабжения. Основное из этих преимуществ – возможность владельцам квартир самостоятельно устанавливать необходимый экономичный тепловой режим и определять приемлемую оплату за потребленную тепловую энергию.

Труба будет проходить от КТП до точек водоразбора, поэтому в здании практически отсутствуют тепловые потери от трубопроводов системы ГВС.

Системы децентрализованного приготовления горячей воды и тепла могут использоваться в возводимых многоквартирных жилых домах, реконструируемых многоквартирных зданиях, коттеджных поселках или отдельно стоящих коттеджах.

Концепция такой системы имеет модульный принцип построения, поэтому открывает широкие возможности для дальнейшего расширения опций: подключение контура теплых полов, возможность автоматического регулирования температуры теплоносителя с помощью комнатного термостата, либо погодозависимой автоматики с датчиком наружной температуры.

Поквартирные тепловые пункты уже используются строителями в других регионах. В ряде городов, включая Москву, приступили к масштабному внедрению этих технических новинок. В Петербурге ноу-хау будет впервые использовано при строительстве элитного ЖК «Леонтьевский мыс».

Иван Евдокимов, директор по развитию бизнеса ГК «Портал групп»:

Свойственное для Петербурга центральное горячее водоснабжение имеет как свои преимущества, так и недостатки. Поскольку централизованное ГВС в городе налажено, то для конечного потребителя на сегодняшнем этапе это будет дешевле и проще. При этом в долгосрочной перспективе ремонт и развитие инженерных сетей требуют гораздо больших капиталовложений, чем если бы системы обеспечения горячей водой располагались ближе к потребителю.

Но если на центральной станции происходит какая-то авария или запланированный ремонт, то тепла и горячей воды лишается сразу целый район. Кроме того, подача тепла начинается в запланированный период, поэтому, если в городе резко наступают морозы в сентябре или мае, когда центральное отопление уже отключено, нагревать помещение приходится дополнительными источниками. Тем не менее, Правительство Санкт-Петербурга ориентируется на централизованное водоснабжение в силу геологических и климатических особенностей города. Кроме того, децентрализованные системы ГВС будут являться общей собственностью жителей многоквартирных домов, что наложит на них дополнительную ответственность.

Николай Кузнецов, руководитель отдела загородной недвижимости (вторичный рынок) АН «БЕКАР»:

Децентрализованное приготовление горячей воды является дополнительным преимуществом для потребителей с точки зрения экономии энергоресурсов. Однако установка индивидуальных котлов в домах влечет за собой сокращение полезной площади самого объекта. Для установки котла необходимо выделить помещение площадью от 2 до 4 метров, которое в противном случае можно было бы использовать в качестве гардеробной комнаты или кладовки. Разумеется, в доме ценность имеет каждый метр, поэтому некоторые клиенты могут переплачивать за услуги централизованного отопления, но сохранять драгоценные метры своего дома. Все зависит от потребностей и возможностей каждого покупателя, а также от назначения загородного дома. Если объект используется для временного проживания, то более выгодным вариантом считается децентрализованное отопление, при котором оплата будет производиться лишь за потраченные энергоресурсы.

Для застройщиков более выгодным вариантом является децентрализованное приготовление горячей воды, поскольку чаще всего компании не устанавливают котлы в дома, а предлагают выбрать, оплатить и установить их клиентам самостоятельно. На сегодняшний день данная технология уже активно используется в коттеджных поселках, расположенных как на территории города, так и области. Исключение составляют элитные проекты, в которых застройщик чаще всего все-таки устанавливает общую котельную.

Рациональное использование ресурсов является одним из важнейших стабилизаторов экономики и жизнеобеспечения общества в целом. Сохранение действующих норм потребления энергоресурсов неизбежно поставит задачу по решению вопроса дефицита энергетических ресурсов.

Крупнейшим их потребителем является жилищно-коммунальный сектор. Теплоснабжение?- это наиболее специфичная и самая затратная из всех систем жизнеобеспечения. Социальная обстановка в настоящее время не позволяет в полной мере окупать все издержки путем взимания платы за поставляемое тепло. Расходы государства на поддержание жилищно-коммунальных затрат составляют очень большую долю?- около 17% федерального бюджета. Изменить эту ситуацию может лишь переход к стопроцентной оплате жилищно-коммунальных услуг, предусмотренный концепцией реформы отрасли.

По статистике, удельный расход воды и тепла на одного жителя России превышает общеевропейские нормы в 2 3 раза. Поэтому энергосбережение в настоящих экономических условиях является ключевым элементом реформы ЖКХ.

Повседневной практикой должно стать проектирование и строительство квартир, оборудованных индивидуальными системами отопления, приборами учета газа, воды и тепла. В настоящее время получила развитие газификация жилья с установкой отопительных котлов только при строительстве жилых домов. Есть уже опыт по внедрению автономных систем отопления и горячего водоснабжения в многоквартирных жилых домах, т.е. строительство пристроенных, крышных котельных. Они позволяют отказаться от наружных сетей теплоснабжения, а в дальнейшем?- от их ремонта и перекладки. При этом экономия средств по сравнению с централизованным отоплением составляет около 35%. Одновременно исключаются теплопотери в наружных сетях (от 15 до 30%), зависящие от технического состояния сетей и степени их подтопления грунтовыми водами.

Существующий опыт эксплуатации пристроенных котельных в жилых домах выявил некоторые недостатки их использования. Это прежде всего снабжение потребителей без учета необходимой температуры воздуха в квартирах, необходимость дотаций за использованные теплоносители и проблемы сбора денег с жильцов.

При этом котельные не решают и главной проблемы?- экономичного отношения жителей к теплу. Происходит это из за отсутствия поквартирного учета расхода тепла и горячей воды. Поэтому все равно 60 70% расходов оплачивает бюджет. Установка приборов учета в каждой квартире, как правило,?- дорогое удовольствие, а срок окупаемости их иногда даже сложно представить.

Опыт показывает, что наиболее эффективно использование пристроенных котельных при отоплении и горячем водоснабжении административных зданий, объектов здравоохранения, культуры.

Индивидуальные системы отопления

В последние годы во многих регионах России стали внедрять новую технологию?- поквартирную систему отопления и горячего водоснабжения в многоквартирных, многоэтажных домах. Дома с поквартирной системой теплоснабжения уже построены в Смоленске, Серпухове, Брянске, Санкт-Петербурге, Самаре, Саратове, Ульяновске.

Двухконтурные настенные котлы обеспечивают, наряду с отоплением, приготовление горячей воды для бытовых нужд. Благодаря малым габаритам, ненамного превышающим размеры обычной газовой колонки, для котла нетрудно найти место в любом помещении, даже специально не приспособленном под котельную: на кухне, в коридоре, прихожей и т.д. Индивидуальные системы отопления позволяют полностью решить проблему экономии газового топлива, при этом каждый житель, используя возможности установленного оборудования, создает себе комфортные условия проживания. Внедрение системы поквартирного отопления сразу исключает проблему учета тепла: учитывается не тепло, а только расход газа. В стоимости же газа отражаются составляющие тепла и горячей воды.

Поквартирное отопление многократно снижает затраты. По результатам эксплуатации систем индивидуального отопления в г. Смоленске (свыше тысячи квартир в домах различной этажности) стоимость коммунальных услуг за тепло и горячее водоснабжение на семью из четырех человек уменьшилась в 6 раз, а с учетом дотаций?- в 15 раз по сравнению с централизованной системой. Потребитель при этом получает возможность достичь максимального комфорта и сам определяет уровень использования тепла и горячей воды. При этом снимается проблема перебоев с подачей горячей воды и тепла по техническим, организационным и сезонным причинам.

Для газоснабжающих организаций поквартирное отопление позволяет получить экономию газа на 30 40% и приобрести в лице конечных потребителей исправных плательщиков за газ и сервисные услуги.

Поквартирное отопление значительно удешевляет жилищное строительство, отпадает необходимость в дорогостоящих теплосетях, тепловых пунктах, приборах учета; погашение стоимости оборудования происходит в момент покупки жилья; снижаются затраты бюджетов разных уровней на энергетическое обеспечение.

Конвекторное отопление

В связи с дефицитом энергоресурсов и ростом цен на энергоносители проблема с обеспечением теплом актуальна и для промышленных предприятий.

Одним из перспективных энергоэффективных направлений по децентрализации систем теплоснабжения промышленных предприятий стало внедрение на объектах воздушных обогревателей различной мощности, конвекторов, а также высокоэффективных лучистых газовых обогревателей. Данные системы не нуждаются в материальном теплоносителе.

Газовый конвектор?- прекрасное средство отопления небольших особняков, дач, квартир, магазинов, киосков и офисов. Важным преимуществом конвекторного отопления является экономичность и ликвидация угрозы промерзания отопительной системы (отсутствие теплоносителя при неполадках в электросети, остановка насоса).

Принципиальные отличия конвекторов фронтального типа от большинства отопительных и обогревательных приборов, работающих на газе, следующие: воздух,?- необходимый для процесса горения, поступает снаружи отапливаемого помещения, продукты сгорания также выводятся наружу, следовательно, кислород в воздухе помещения не выгорает; конвектор автоматически поддерживает заданную- температуру в пределах от 10 до 30 o С.

Применение газовых отопительных конвекторов вместо электрических такой же мощности позволяет снизить расходы на отопление в несколько раз. Изоляционная форма декоративной панели и лакокрасочное покрытие, выполненное по современной технологии, легко вписывается в любой интерьер. Отопительные конвекторы имеют российский сертификат соответствия и разрешены к применению Госгортехнадзором РФ.

Газо-лучистое отопление

Применение систем газо-лучистого отопления (СГЛО) позволяет изменить физические основы передачи тепла в рабочую зону.

При установке инфракрасного лучистого отопления:

• отпадает необходимость строительства помещения, как в случае с котельной;
• минимализируются потери тепла;
• имеется возможность обогревать отдельные зоны или рабочие места, причем с поддержанием разной температуры для разных зон (например, в зале- 20 o С, на сцене- 17 o С);
• отсутствует движение воздуха и пыли, за счет чего повышается комфортность помещения;
• отсутствует постоянный обслуживающий персонал;
• осуществляется быстрый монтаж (или демонтаж), а также перенос приборов в нужное место;
• исключается замерзание системы (из за отсутствия воды);
• снижается инерционность систем (прогрев помещений за 15-30 мин), ночью помещение может не обогреваться;
• уменьшаются эксплуатационные расходы (денежные затраты на отопление за сезон сокращаются в 6 раз);
• уменьшаются сроки окупаемости отопительной системы (до одного года).

Фактически в настоящее время только СГЛО способны обеспечить нормальное отопление помещений большой высоты (до 35 метров) и неограниченной площади.

Для организации лучистого отопления в верхней части помещения (под потолком) размещаются инфракрасные излучатели, обогреваемые изнутри продуктами сгорания газа. При применении СГЛО тепло передается от излучателей непосредственно в рабочую зону тепловым инфракрасным излучением. Подобно солнечным лучам, оно практически целиком доходит до рабочей зоны, обогревая персонал, поверхность рабочих мест, пола, стен. А уже от этих теплых поверхностей происходит нагрев воздуха в помещении.

Главным результатом лучистого инфракрасного отопления является возможность значительного снижения средней температуры воздуха в помещении без ухудшения условий труда. Средняя температура в помещении может быть снижена на 7 о С, обеспечивая только за счет этого экономию до 45% по сравнению с традиционными конвектными системами.

Дополнительная экономия обеспечивается рациональным распределением температуры по помещению, удобством регулирования температуры и снижением эксплуатационных расходов.

В целом экономия может достигать 80% по сравнению с системами конвектного отопления от централизованной котельной.

При этом в течение отопительного сезона СГЛО работает в автоматическом режиме, не требуя каких либо затрат на ее эксплуатацию.

Таким образом, внедрение новых систем децентрализованного теплоснабжения позволяет хотя бы частично решить проблему сбережения ресурсов. Следует еще раз отметить, что эффективность этих систем уже подтверждена практикой их использования.

Сергей КОЧЕРГИН

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ

Необходимо осуществление целостной системы правовых, административных и экономических мер, стимулирующих эффективность использование энергии. В рамках этой системы предусматриваются:

• проведение регулярного энергоаудита предприятий (обязательного для предприятий бюджетной сферы);
• создание дополнительных хозяйственных стимулов энергосбережения, превращающих его в эффективную сферу бизнеса.

Децентрализованные системы теплоснабжения

Децентрализованные потребители, которые из-за больших расстояний от ТЭЦ не могут быть охвачены централизованным теплоснабжением, должны иметь рациональное (эффективное) теплоснабжение, отвечающее современному техническому уровню и комфортности.

Масштабы потребления топлива на теплоснабжение весьма велики. В настоящее время теплоснабжение промышленных, общественных и жилых зданий осуществляется примерно на 40+50% от котельных, что является не эффективным из-за их низкого КПД (в котельных температура сгорания топлива составляет примерно 1500 ОС, а тепло потребителю выдается при существенно более низких температурах (60+100 ОС)).

Таким образом, нерациональное использование топлива, когда часть тепла вылетает в трубу, приводит к истощению запасов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Постепенное истощение запасов топливно-энергетических ресурсов в европейской части нашей страны потребовало в свое время развития топливно-энергетического комплекса в ее восточных районах, что резко увеличило затраты на добычу и транспорт топлива. В этой ситуации необходимо решить важнейшую задачу по экономии и рациональному использованию ТЭР, т.к. запасы их ограничены и по мере их уменьшения стоимость топлива будет неуклонно расти.

В связи с этим эффективным энергосберегающим мероприятием является разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения с рассеянными автономными источниками тепла.

В настоящее время наиболее целесообразным являются децентрализованные системы теплоснабжения, базирующиеся на нетрадиционных источниках тепла, таких как: солнце, ветер, вода.

Ниже рассмотрим только два аспекта вовлечения нетрадиционной энергетики:

• * теплоснабжение на базе тепловых насосов;
• * теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов.

Теплоснабжение на базе тепловых насосов. Основное назначение тепловых насосов (ТН) -отопление и горячее водоснабжение с использованием природных низкопотенциальных источников тепла (НПИТ) и сбросного тепла промышленного и коммунально-бытового сектора.

К достоинствам децентрализованных тепловых систем относится повышенная надежность теплоснабжения, т.к. они не связаны тепловыми сетями, которые в нашей стране превышают 20 тыс. км, причем большая часть трубопроводов находится в эксплуатации сверх нормативного срока службы (25 лет), что приводит к авариям . Кроме этого, строительство протяженных теплотрасс сопряжено со значительными капитальными затратами и большими потерями тепла. Тепловые насосы по принципу действия относятся к трансформаторам тепла, в которых изменение потенциала тепла (температуры) происходит в результате подведенной извне работы .

Энергетическая эффективность тепловых насосов оценивается коэффициентами трансформации, учитывающими полученный «эффект», отнесенный к затраченной работе и КПД.

Полученный эффект - это количество тепла Qв, которое производит ТН. Количество тепла Qв, отнесенное к затраченной мощности Nэл на привод ТН, показывает, сколько единиц тепла получается на единицу затраченной электрической мощности. Это отношение м=0В/Нэлй

называют коэффициентом преобразования или трансформации тепла, который для ТН всегда больше 1. Некоторые авторы называют этот коэффициент КПД, но коэффициент полезного действия не может быть больше 100%. Ошибка здесь в том, что тепло Qв (как неорганизованная форма энергии) делится на Nэл (электрическую, т.е. организованную энергию) .

КПД же должен учитывать не просто количество энергии, а работоспособность данного количества энергии. Следовательно, КПД - это отношение работоспособностей (или эксергий) любых видов энергии :

где: Еq - работоспособность (эксергия) тепла Qв; ЕN - работоспособность (эксергия) электрической энергии Nэл.

Так как тепло всегда связано с температурой, при которой это тепло получается, то следовательно работоспособность (эксергия) тепла зависит от температурного уровня T и определяется:

где ф - коэффициент работоспособности тепла (или «фактор Карно»):

q=(Т-Тос)/Т=1-Тос/

где Тос - температура окружающей среды.

Для каждого теплового насоса эти показатели равны:

1. Коэффициент трансформации тепла:

м=qв/l=Qв/Nэл¦

з=СВ(фт)В//=Й*(фт)В>

Для реальных ТН коэффициент трансформации составляет м=3-!-4, в то время как з=30-40%. Это означает, что на каждый затраченный кВт.ч электрической энергии получается QB=3-i-4 кВт.ч тепла. Это является основным преимуществом ТН перед другими способами получения тепла (электрический нагрев, котельная и т.п.).

За несколько последних десятков лет во всем мире резко возросло производство тепловых насосов, но в нашей стране ТН до настоящего времени не нашли широкого применения.

Причин здесь несколько.

• 1. Традиционная ориентация на централизованное теплоснабжение.
• 2. Неблагоприятное соотношение между стоимостью электроэнергии и топлива.
• 3. Изготовление ТН проводится, как правило, на базе наиболее близких по параметрам холодильных машин, что не всегда приводит к оптимальным характеристикам ТН. Проектирование серийных ТН на конкретные характеристики, принятое за рубежом, существенно повышает как эксплуатационные, так и энергетические характеристики ТН.

Выпуск теплонасосного оборудования в США, Японии, ФРГ, Франции, Англии и других странах базируется на производственных мощностях холодильного машиностроения. ТН в этих странах применяются, в основном, для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилищного, торгового и промышленного секторов.

В США, например, эксплуатируется свыше 4 млн единиц тепловых насосов небольшой, до 20 кВт, производительности тепла на базе поршневых или ротационных компрессоров. Теплоснабжение школ, торговых центров, бассейнов осуществляется ТН теплопроизводительностью 40 кВт, выполняемыми на базе поршневых и винтовых компрессоров. Теплоснабжение районов, городов - крупными ТН на базе центробежных компрессоров с Qв свыше 400 кВт тепла. В Швеции из 130 тыс. работающих ТН более 100 -- теплопроизводительностью 10 МВт и более. В Стокгольме теплоснабжение на 50% производится от ТН.

В промышленности тепловые насосы утилизируют низкопотенциальное тепло производственных процессов. Анализ возможности применения ТН в промышленности, проведенный на предприятиях 100 шведских компаний, показал, что наиболее подходящей сферой для применения ТН являются предприятия химической, пищевой и текстильной промышленности.

В нашей стране вопросами применения ТН начали заниматься с 1926 г. . В промышленности с 1976 г. работали ТН на чайной фабрике (г. Самтредия, Грузия) , на Подольском химико-металлургическом заводе (ПХМЗ) с 1987 г. , на Сагареджойском молочном комбинате, Грузия, в подмосковном молочно-животноводческом совхозе «Горки-2» с 1963 г. Кроме промышленности ТН в то время начали применяться в торговом центре (г. Сухуми) для теплохладоснабжения, в жилом доме (пос. Бу-курия, Молдова), в пансионате «Дружба» (г. Ялта), климатологической больнице (г. Гагра), курортном зале Пицунды.

В России в настоящее время ТН изготавливаются по индивидуальным заказам различными фирмами в Нижнем Новгороде, Новосибирске, Москве. Так, например, фирмой «Тритон» в Нижнем Новгороде выпускаются ТН теплопроизводительностью от 10 до 2000 кВт с мощностью компрессоров Nэл от 3 до 620 кВт.

В качестве низкопотенциальных источников тепла (НПИТ) для ТН наибольшее распространение находит вода и воздух. Отсюда наиболее часто применяемыми схемами ТН являются «вода-воздух» и «воздух-воздух». По таким схемам ТН выпускают фирмы: «Сагriг«, «Lеnnох», Westinghous», «General Electrik» (США), «Нitachi», «Daikin» (Япония), «Sulzer» (Швеция), «ЧКД» (Чехия), «Klimatechnik» (Германия). В последнее время в качестве НПИТ используют сбросные промышленные и канализационные стоки.

В странах с более суровыми климатическими условиями целесообразно применять ТН совместно с традиционными источниками тепла. При этом в отопительный период теплоснабжение зданий осуществляется преимущественно от теплового насоса (80-90% годового потребления), а пиковые нагрузки (при низких температурах) покрываются электрокотлами или котельными на органическом топливе.

Применение тепловых насосов приводит к экономии органического топлива. Это особенно актуально для удаленных регионов, таких как северные районы Сибири, Приморья, где имеются гидроэлектростанции, а транспортировка топлива затруднена. При среднегодовом коэффициенте трансформации м=3-4 экономия топлива от применения ТН по сравнению с котельной составляет 30-5-40%, т.е. в среднем 6-5-8 кг у.т./ГДж. При увеличении м до 5, экономия топлива возрастает примерно до 20+25 кг у.т./ГДж по сравнению с котельными на органическом топливе и до 45+65 кгу.т./ГДж по сравнению с электрокотлами.

Таким образом, ТН в 1,5-5-2,5 раза выгоднее котельных. Стоимость тепла от ТН примерно в 1,5 раза ниже стоимости тепла от централизованного теплоснабжения и в 2-5-3 раза ниже угольных и мазутных котельных.

Одной из важнейших задач является утилизация тепла сбросной воды тепловых электростанций . Важнейшей предпосылкой внедрения ТН являются большие объемы тепла, выбрасываемые в градирни. Так, например, суммарная величина сбросного тепла на городских и прилегающих к Москве ТЭЦ в период с ноября по март отопительного сезона составляет 1600-5-2000 Гкал/ч. С помощью ТН можно передать большую часть этого сбросного тепла (около 50-5-60%) в теплосеть. При этом:

• * на производство этого тепла не надо затрачивать дополнительное топливо;
• * улучшилась бы экологическая обстановка;
• * за счет снижения температуры циркуляционной воды в конденсаторах турбин существенно улучшится вакуум и повысится выработка электроэнергии.

Масштабы внедрения ТН только в ОАО «Мосэнерго» могут быть весьма значительны и применение их на «сбросном» тепле гради-

рен может достигать 1600-5-2000 Гкал/ч. Таким образом, применение ТН на ТЭЦ выгодно не только технологически (улучшение вакуума), но и экологически (реальная экономия топлива или повышение тепловой мощности ТЭЦ без дополнительных расходов топлива и капитальных затрат) . Все это позволит в тепловых сетях увеличить присоединенную нагрузку.

Рис.1.

1 - центробежный насос; 2 - вихревая труба; 3 - расходомер; 4 - термометр; 5 - трехходовой кран; 6 - вентиль; 7 - батарея; 8 - калорифер.

Теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов. Автономные водяные теплогенераторы (АТГ) предназначены для получения нагретой воды, которая используется для теплоснабжения различных промышленных и гражданских объектов.

АТГ включает в свой состав центробежный насос и специальное устройство, создающее гидравлическое сопротивление. Специальное устройство может иметь различную конструкцию, эффективность работы которой зависит от оптимизации режимных факторов, определяемых НОУ-ХАУ-разработками.

Одним из вариантов специального гидравлического устройства является вихревая труба, включаемая в систему децентрализованного теплоснабжения, работающая на воде .

Применение системы децентрализованного теплоснабжения весьма перспективно, т.к. вода, являясь рабочим веществом, используется непосредственно для отопления и горячего во-

доснабжения, тем самым делая эти системы экологически чистыми и надежными в эксплуатации. Такая децентрализованная система теплоснабжения была смонтирована и испытана в лаборатории Основ трансформации тепла (ОТТ) кафедры Промышленных теплоэнергетических систем (ПТС) МЭИ.

Система теплоснабжения состоит их центробежного насоса, вихревой трубы и стандартных элементов: батареи и калорифера. Указанные стандартные элементы являются неотъемлемыми частями любых систем теплоснабжения и поэтому их наличие и успешная работа дают основания утверждать о надежной работе любой системы теплоснабжения, включающей эти элементы.

На рис. 1 представлена принципиальная схема системы теплоснабжения. Система заполнена водой, которая, нагреваясь, поступает в батарею и калорифер. Система снабжена переключающей арматурой (трехходовыми кранами и вентилями), которая позволяет осуществлять последовательное и параллельное включение батареи и калорифера.

Работа системы осуществлялась следующим образом. Через расширительный бачок система заполняется водой таким образом, чтобы из системы был удален воздух, что затем контролируется по манометру. После этого на шкаф блока управления подается напряжение, задатчиком температуры устанавливается температура воды, подаваемой в систему (50-5-90 ОС), и включается центробежный насос. Время выхода на режим зависит от заданной температуры. При заданной tв=60 ОС время выхода на режим составляет t=40 мин. Температурный график работы системы представлен на рис. 2.

Пусковой период системы составил 40+45 мин. Темп повышения температуры составил Q=1,5 град/мин.

Для измерения температуры воды на входе и выходе из системы установлены термометры 4, а для определения расхода - расходомер 3.

Центробежный насос был установлен на легкой передвижной подставке, изготовление которой можно осуществить в любой мастерской. Остальное оборудование (батарея и калорифер) стандартное, приобретаются в специализированных торговых фирмах (магазинах).

Арматура (трехходовые краны, вентили, уголки, переходники и т.д.) также приобретаются в магазинах. Система смонтирована из пластиковых труб, сварка которых осуществлялась специальным сварочным агрегатом, который имеется в лаборатории ОТТ.

Разность температур воды в прямой и обратной магистралях составила примерно 2 ОС (Дt=tnp-to6=1,6). Время работы центробежного насоса ВТГ составляло в каждом цикле 98 с, паузы длились по 82 с, время одного цикла равнялось 3 мин.

Система теплоснабжения, как показали испытания, работает устойчиво и в автоматическом режиме (без участия обслуживающего персонала) поддерживает первоначально заданную температуру в интервале t=60-61 ОС.

Система теплоснабжения работала при последовательном по воде включении батареи и калорифера.

Эффективность системы оценивается:

1. Коэффициентом трансформации тепла

м=(П6+Пк)/нн=УП/нн;

Из энергетического баланса системы видно, что дополнительное количество теплоты, выработанное системой, составляло 2096,8 ккал. На сегодняшний день существуют различные гипотезы, пытающиеся объяснить, как появляется дополнительное количество теплоты, но однозначного общепризнанного решения нет.

Выводы

децентрализованный теплоснабжение нетрадиционный энергетика

• 1. Децентрализованные системы теплоснабжения не требуют протяженных теплотрасс, а следовательно - больших капитальных затрат.
• 2. Использование децентрализованных систем теплоснабжения позволяет существенно сократить вредные выбросы от сгорания топлива в атмосферу, что улучшает экологическую обстановку.
• 3. Использование тепловых насосов в системах децентрализованного теплоснабжения для объектов промышленного и гражданского секторов позволяет по сравнению с котельными экономить топливо в количестве 6+8 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла, что составляет примерно 30-5-40%.
• 4. Децентрализованные системы на базе ТН успешно применяются во многих зарубежных странах (США, Япония, Норвегия, Швеция и др.). Изготовлением ТН занимаются более 30 фирм.
• 5. В лаборатории ОТТ кафедры ПТС МЭИ смонтирована автономная (децентрализованная) система теплоснабжения на базе центробежного водяного теплогенератора.

Система работает в автоматическом режиме, поддерживая температуру воды в подающей магистрали в любом заданном интервале от 60 до 90 ОС.

Коэффициент трансформации тепла системы составляет м=1,5-5-2, а КПД равен около 25%.

6. Дальнейшее повышение энергетической эффективности децентрализованных систем теплоснабжения требует проведения научно-технических исследований с целью определения оптимальных режимов работы.

Литература

• 1. Соколов Е. Я. и др. Прохладное отношение к теплу. Известия от 17.06.1987.
• 2. Михельсон В. А. О динамическом отоплении. Прикладная физика. Т.III, вып. З-4, 1926.
• 3. Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат, 1982.
• 4. Везиришвили О.Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. - М.: Издательство МЭИ, 1994.
• 5. Мартынов А. В., Петраков Г. Н. Двухцелевой тепловой насос. Промышленная энергетика № 12, 1994.
• 6. Мартынов А. В., Яворовский Ю. В. Использование ВЭР на предприятиях химической промышленности на базе ТНУ. Химическая промышленность
• 7. Бродянский В.М. и др. Эксергетический метод и его приложения. - М.: Энергоиздат, 1986.
• 8. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения - М.: Энергоиздат, 1981.
• 9. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
• 10. ДевянинД.Н., ПищиковС.И., Соколов Ю.Н. Тепловые насосы - разработка и испытание на ТЭЦ-28. // «Новости теплоснабжения», № 1, 2000.
• 11. Мартынов А.В., Бродянский В.М. «Что такое вихревая труба?». М.: Энергия, 1976.
• 12. Калиниченко А.Б., Куртик Ф.А. Теплогенератор с самым высоким КПД. // «Экономика и производство», № 12, 1998.
• 13. Мартынов А.В., Янов А.В., Головко В.М. Система децентрализованного теплоснабжения на базе автономного теплогенератора. // «Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века», № 11, 2003.

К.т.н. А.В. Мартынов, доцент,
кафедра «Промышленные теплоэнергетические системы»,
Московский энергетический институт (ТУ)

(доклад на второй научно-практической конференции «Системы теплоснабжения. Современные решения», г. Звенигород, 16-18 мая 2006 г.).

Децентрализованные потребители, которые из-за больших расстояний от ТЭЦ не могут быть охвачены централизованным теплоснабжением, должны иметь рациональное (эффективное) теплоснабжение, отвечающее современному техническому уровню и комфортности.

Масштабы потребления топлива на теплоснабжение весьма велики. В настоящее время теплоснабжение промышленных, общественных и жилых зданий осуществляется примерно на 40+50% от котельных, что является не эффективным из-за их низкого КПД (в котельных температура сгорания топлива составляет примерно 1500 ОС, а тепло потребителю выдается при существенно более низких температурах (60+100 ОС)).

Таким образом, нерациональное использование топлива, когда часть тепла вылетает в трубу, приводит к истощению запасов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Постепенное истощение запасов топливно-энергетических ресурсов в европейской части нашей страны потребовало в свое время развития топливно-энергетического комплекса в ее восточных районах, что резко увеличило затраты на добычу и транспорт топлива. В этой ситуации необходимо решить важнейшую задачу по экономии и рациональному использованию ТЭР, т.к. запасы их ограничены и по мере их уменьшения стоимость топлива будет неуклонно расти.

В связи с этим эффективным энергосберегающим мероприятием является разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения с рассеянными автономными источниками тепла.

В настоящее время наиболее целесообразным являются децентрализованные системы теплоснабжения, базирующиеся на нетрадиционных источниках тепла, таких как: солнце, ветер, вода.

Ниже рассмотрим только два аспекта вовлечения нетрадиционной энергетики:

Теплоснабжение на базе тепловых насосов;

Теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов.

Теплоснабжение на базе тепловых насосов

Основное назначение тепловых насосов (ТН) -отопление и горячее водоснабжение с использованием природных низкопотенциальных источников тепла (НПИТ) и сбросного тепла промышленного и коммунально-бытового сектора.

К достоинствам децентрализованных тепловых систем относится повышенная надежность теплоснабжения, т.к. они не связаны тепловыми сетями, которые в нашей стране превышают 20 тыс. км, причем большая часть трубопроводов находится в эксплуатации сверх нормативного срока службы (25 лет), что приводит к авариям . Кроме этого, строительство протяженных теплотрасс сопряжено со значительными капитальными затратами и большими потерями тепла. Тепловые насосы по принципу действия относятся к трансформаторам тепла, в которых изменение потенциала тепла (температуры) происходит в результате подведенной извне работы .

Энергетическая эффективность тепловых насосов оценивается коэффициентами трансформации, учитывающими полученный «эффект», отнесенный к затраченной работе и КПД.

Полученный эффект - это количество тепла Qв, которое производит ТН. Количество тепла Qв, отнесенное к затраченной мощности Nэл на привод ТН, показывает, сколько единиц тепла получается на единицу затраченной электрической мощности. Это отношение μ=0Β/Νэлι

называют коэффициентом преобразования или трансформации тепла, который для ТН всегда больше 1. Некоторые авторы называют этот коэффициент КПД, но коэффициент полезного действия не может быть больше 100%. Ошибка здесь в том, что тепло Qв (как неорганизованная форма энергии) делится на Nэл (электрическую, т.е. организованную энергию) .

КПД же должен учитывать не просто количество энергии, а работоспособность данного количества энергии. Следовательно, КПД - это отношение работоспособностей (или эксергий) любых видов энергии :

где: Еq - работоспособность (эксергия) тепла Qв; Е N - работоспособность (эксергия) электрической энергии Nэл.

Так как тепло всегда связано с температурой, при которой это тепло получается, то следовательно работоспособность (эксергия) тепла зависит от температурного уровня T и определяется:

где τ - коэффициент работоспособности тепла (или «фактор Карно»):

q=(Т-Тос)/Т=1-Тос/

где Тос - температура окружающей среды.

Для каждого теплового насоса эти показатели равны:

1. Коэффициент трансформации тепла:

μ=qв/l=Qв/Nэл■

η=ΡΒ(τς)Β//=Ι*(τς)Β>

где: qв - удельное количество тепла, кДж/кг;

Qв - полное количество тепла, кДж/с;

/ - удельная затрата работы, кДж/кг;

1\1ЭЛ - электрическая мощность, кВт;

(tq)B - коэффициент работоспособности тепла =

1-Тос/Тв.

Для реальных ТН коэффициент трансформации составляет μ=3-!-4, в то время как η=30-40%. Это означает, что на каждый затраченный кВт.ч электрической энергии получается QB=3-i-4 кВт.ч тепла. Это является основным преимуществом ТН перед другими способами получения тепла (электрический нагрев, котельная и т.п.).

За несколько последних десятков лет во всем мире резко возросло производство тепловых насосов, но в нашей стране ТН до настоящего времени не нашли широкого применения.

Причин здесь несколько.

1. Традиционная ориентация на централизованное теплоснабжение.

2. Неблагоприятное соотношение между стоимостью электроэнергии и топлива.

3. Изготовление ТН проводится, как правило, на базе наиболее близких по параметрам холодильных машин, что не всегда приводит к оптимальным характеристикам ТН. Проектирование серийных ТН на конкретные характеристики, принятое за рубежом, существенно повышает как эксплуатационные, так и энергетические характеристики ТН.

Выпуск теплонасосного оборудования в США, Японии, ФРГ, Франции, Англии и других странах базируется на производственных мощностях холодильного машиностроения. ТН в этих странах применяются, в основном, для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилищного, торгового и промышленного секторов.

В США, например, эксплуатируется свыше 4 млн единиц тепловых насосов небольшой, до 20 кВт, производительности тепла на базе поршневых или ротационных компрессоров. Теплоснабжение школ, торговых центров, бассейнов осуществляется ТН теплопроизводительностью 40 кВт, выполняемыми на базе поршневых и винтовых компрессоров. Теплоснабжение районов, городов - крупными ТН на базе центробежных компрессоров с Qв свыше 400 кВт тепла. В Швеции из 130 тыс. работающих ТН более 100 - теплопроизводительностью 10 МВт и более. В Стокгольме теплоснабжение на 50% производится от ТН.

В промышленности тепловые насосы утилизируют низкопотенциальное тепло производственных процессов. Анализ возможности применения ТН в промышленности, проведенный на предприятиях 100 шведских компаний, показал, что наиболее подходящей сферой для применения ТН являются предприятия химической, пищевой и текстильной промышленности.

В нашей стране вопросами применения ТН начали заниматься с 1926 г. . В промышленности с 1976 г. работали ТН на чайной фабрике (г. Самтредия, Грузия) , на Подольском химико-металлургическом заводе (ПХМЗ) с 1987 г. , на Сагареджойском молочном комбинате, Грузия, в подмосковном молочно-животноводческом совхозе «Горки-2» с 1963 г. Кроме промышленности ТН в то время начали применяться в торговом центре (г. Сухуми) для теплохладоснабжения, в жилом доме (пос. Бу-курия, Молдова), в пансионате «Дружба» (г. Ялта), климатологической больнице (г. Гагра), курортном зале Пицунды.

В России в настоящее время ТН изготавливаются по индивидуальным заказам различными фирмами в Нижнем Новгороде, Новосибирске, Москве. Так, например, фирмой «Тритон» в Нижнем Новгороде выпускаются ТН теплопроизводительностью от 10 до 2000 кВт с мощностью компрессоров Nэл от 3 до 620 кВт.

В качестве низкопотенциальных источников тепла (НПИТ) для ТН наибольшее распространение находит вода и воздух. Отсюда наиболее часто применяемыми схемами ТН являются «вода-воздух» и «воздух-воздух». По таким схемам ТН выпускают фирмы: «Сагriг«, «Lеnnох», Westinghous», «General Electrik» (США), «Нitachi», «Daikin» (Япония), «Sulzer» (Швеция), «ЧКД» (Чехия), «Klimatechnik» (Германия). В последнее время в качестве НПИТ используют сбросные промышленные и канализационные стоки.

В странах с более суровыми климатическими условиями целесообразно применять ТН совместно с традиционными источниками тепла. При этом в отопительный период теплоснабжение зданий осуществляется преимущественно от теплового насоса (80-90% годового потребления), а пиковые нагрузки (при низких температурах) покрываются электрокотлами или котельными на органическом топливе.

Применение тепловых насосов приводит к экономии органического топлива. Это особенно актуально для удаленных регионов, таких как северные районы Сибири, Приморья, где имеются гидроэлектростанции, а транспортировка топлива затруднена. При среднегодовом коэффициенте трансформации м=3-4 экономия топлива от применения ТН по сравнению с котельной составляет 30-5-40%, т.е. в среднем 6-5-8 кг у.т./ГДж. При увеличении м до 5, экономия топлива возрастает примерно до 20+25 кг у.т./ГДж по сравнению с котельными на органическом топливе и до 45+65 кгу.т./ГДж по сравнению с электрокотлами.

Таким образом, ТН в 1,5-5-2,5 раза выгоднее котельных. Стоимость тепла от ТН примерно в 1,5 раза ниже стоимости тепла от централизованного теплоснабжения и в 2-5-3 раза ниже угольных и мазутных котельных.

Одной из важнейших задач является утилизация тепла сбросной воды тепловых электростанций . Важнейшей предпосылкой внедрения ТН являются большие объемы тепла, выбрасываемые в градирни. Так, например, суммарная величина сбросного тепла на городских и прилегающих к Москве ТЭЦ в период с ноября по март отопительного сезона составляет 1600-5-2000 Гкал/ч. С помощью ТН можно передать большую часть этого сбросного тепла (около 50-5-60%) в теплосеть. При этом:

На производство этого тепла не надо затрачивать дополнительное топливо;

Улучшилась бы экологическая обстановка;

За счет снижения температуры циркуляционной воды в конденсаторах турбин существенно улучшится вакуум и повысится выработка электроэнергии.

Масштабы внедрения ТН только в ОАО «Мосэнерго» могут быть весьма значительны и применение их на «сбросном» тепле гради-

рен может достигать 1600-5-2000 Гкал/ч. Таким образом, применение ТН на ТЭЦ выгодно не только технологически (улучшение вакуума), но и экологически (реальная экономия топлива или повышение тепловой мощности ТЭЦ без дополнительных расходов топлива и капитальных затрат) . Все это позволит в тепловых сетях увеличить присоединенную нагрузку.

Рис.1. Принципиальная схема системы теплоснабжения ВТГ:

1 - центробежный насос; 2 - вихревая труба; 3 - расходомер; 4 - термометр; 5 - трехходовой кран; 6 - вентиль;

7 - батарея; 8 - калорифер.

Теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов

Автономные водяные теплогенераторы (АТГ) предназначены для получения нагретой воды, которая используется для теплоснабжения различных промышленных и гражданских объектов.

АТГ включает в свой состав центробежный насос и специальное устройство, создающее гидравлическое сопротивление. Специальное устройство может иметь различную конструкцию, эффективность работы которой зависит от оптимизации режимных факторов, определяемых НОУ-ХАУ-разработками.

Одним из вариантов специального гидравлического устройства является вихревая труба, включаемая в систему децентрализованного теплоснабжения, работающая на воде .

Применение системы децентрализованного теплоснабжения весьма перспективно, т.к. вода, являясь рабочим веществом, используется непосредственно для отопления и горячего во-

доснабжения, тем самым делая эти системы экологически чистыми и надежными в эксплуатации. Такая децентрализованная система теплоснабжения была смонтирована и испытана в лаборатории Основ трансформации тепла (ОТТ) кафедры Промышленных теплоэнергетических систем (ПТС) МЭИ.

Система теплоснабжения состоит их центробежного насоса, вихревой трубы и стандартных элементов: батареи и калорифера. Указанные стандартные элементы являются неотъемлемыми частями любых систем теплоснабжения и поэтому их наличие и успешная работа дают основания утверждать о надежной работе любой системы теплоснабжения, включающей эти элементы.

На рис. 1 представлена принципиальная схема системы теплоснабжения. Система заполнена водой, которая, нагреваясь, поступает в батарею и калорифер. Система снабжена переключающей арматурой (трехходовыми кранами и вентилями), которая позволяет осуществлять последовательное и параллельное включение батареи и калорифера.

Работа системы осуществлялась следующим образом. Через расширительный бачок система заполняется водой таким образом, чтобы из системы был удален воздух, что затем контролируется по манометру. После этого на шкаф блока управления подается напряжение, задатчиком температуры устанавливается температура воды, подаваемой в систему (50-5-90 ОС), и включается центробежный насос. Время выхода на режим зависит от заданной температуры. При заданной tв=60 ОС время выхода на режим составляет t=40 мин. Температурный график работы системы представлен на рис. 2.

Пусковой период системы составил 40+45 мин. Темп повышения температуры составил Q=1,5 град/мин.

Для измерения температуры воды на входе и выходе из системы установлены термометры 4, а для определения расхода - расходомер 3.

Центробежный насос был установлен на легкой передвижной подставке, изготовление которой можно осуществить в любой мастерской. Остальное оборудование (батарея и калорифер) стандартное, приобретаются в специализированных торговых фирмах (магазинах).

Арматура (трехходовые краны, вентили, уголки, переходники и т.д.) также приобретаются в магазинах. Система смонтирована из пластиковых труб, сварка которых осуществлялась специальным сварочным агрегатом, который имеется в лаборатории ОТТ.

Разность температур воды в прямой и обратной магистралях составила примерно 2 ОС (Δt=tnp-to6=1,6). Время работы центробежного насоса ВТГ составляло в каждом цикле 98 с, паузы длились по 82 с, время одного цикла равнялось 3 мин.

Система теплоснабжения, как показали испытания, работает устойчиво и в автоматическом режиме (без участия обслуживающего персонала) поддерживает первоначально заданную температуру в интервале t=60-61 ОС.

Система теплоснабжения работала при последовательном по воде включении батареи и калорифера.

Эффективность системы оценивается:

1. Коэффициентом трансформации тепла

μ=(Ο6+Οκ)/νν=ΣΟ/νν;

2. Коэффициентом полезного действия

где: 20 =Q6+QK - количество тепла, отданное системой;

W - количество электрической энергии, затраченное на привод центробежного насоса; tq=1-T0C/TB - коэффициент работоспособности тепла;

Тв - температурный уровень отданного тепла; Тос - температура окружающей среды.

При затраченной электроэнергии W=2 кВт.ч, количество произведенного тепла за этот период составило 20=3816,8 ккал. Коэффициент трансформации равен: μ=3816,8/1720=2,22.

КПД равен η=μτ =2,22.0,115=0,255 (~25%), где: tq=1 -(293/331)=0,115.

Из энергетического баланса системы видно, что дополнительное количество теплоты, выработанное системой, составляло 2096,8 ккал. На сегодняшний день существуют различные гипотезы, пытающиеся объяснить, как появляется дополнительное количество теплоты, но однозначного общепризнанного решения нет.

Выводы

1. Децентрализованные системы теплоснабжения не требуют протяженных теплотрасс, а следовательно - больших капитальных затрат.

2. Использование децентрализованных систем теплоснабжения позволяет существенно сократить вредные выбросы от сгорания топлива в атмосферу, что улучшает экологическую обстановку.

3. Использование тепловых насосов в системах децентрализованного теплоснабжения для объектов промышленного и гражданского секторов позволяет по сравнению с котельными экономить топливо в количестве 6+8 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла, что составляет примерно 30-5-40%.

4. Децентрализованные системы на базе ТН успешно применяются во многих зарубежных странах (США, Япония, Норвегия, Швеция и др.). Изготовлением ТН занимаются более 30 фирм.

5. В лаборатории ОТТ кафедры ПТС МЭИ смонтирована автономная (децентрализованная) система теплоснабжения на базе центробежного водяного теплогенератора.

Система работает в автоматическом режиме, поддерживая температуру воды в подающей магистрали в любом заданном интервале от 60 до 90 ОС.

Коэффициент трансформации тепла системы составляет м=1,5-5-2, а КПД равен около 25%.

6. Дальнейшее повышение энергетической эффективности децентрализованных систем теплоснабжения требует проведения научно-технических исследований с целью определения оптимальных режимов работы.

Литература

1. Соколов Е. Я. и др. Прохладное отношение к теплу. Известия от 17.06.1987.

2. Михельсон В. А. О динамическом отоплении. Прикладная физика. Т.III, вып. З-4, 1926.

3. Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат, 1982.

4. Везиришвили О.Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. - М.: Издательство МЭИ, 1994.

5. Мартынов А. В., Петраков Г. Н. Двухцелевой тепловой насос. Промышленная энергетика № 12, 1994.

6. Мартынов А. В., Яворовский Ю. В. Использование ВЭР на предприятиях химической промышленности на базе ТНУ. Химическая промышленность № 4, 2000.

7. Бродянский В.М. и др. Эксергетический метод и его приложения. - М.: Энергоиздат, 1986.

8. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения - М.: Энергоиздат, 1981.

9. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

10. ДевянинД.Н., ПищиковС.И., Соколов Ю.Н. Тепловые насосы - разработка и испытание на ТЭЦ-28. // «Новости теплоснабжения», № 1, 2000.

12. Калиниченко А.Б., Куртик Ф.А. Теплогенератор с самым высоким КПД. // «Экономика и производство», № 12, 1998.

13. Мартынов А.В., Янов А.В., Головко В.М. Система децентрализованного теплоснабжения на базе автономного теплогенератора. // «Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века», № 11, 2003.

От редакции : На второй научно-практической конференции «Системы теплоснабжения. Современные решения», которую уже традиционно проводит Некоммерческое Партнерство «Российское теплоснабжение», после ряда докладов, посвященных вихревым генераторам тепла, развернулась жаркая дискуссия. Собравшиеся пришли к выводу, что получение тепла в количестве, превышающем затраченную электроэнергию, свидетельствует о том, что современная наука еще не может указать источник этой энергии и его природу, а значит, пользоваться этим явлением следует с крайней осторожностью, т.к. влияние этой установки на окружающую среду и людей не изучены.

Это подтверждается и современными исследованиями. Например, на международной конференции «Аномальные физические явления в энергетике и перспективы создания нетрадиционных источников энергии», состоявшейся 15-16 июня 2005 г. в Харькове, несколько групп исследователей из разных городов Украины сообщили, что они обнаружили радиационное излучение, создаваемое вихревым теплогенератором.

Так, например, специалисты Института технической теплофизики НАН Украины обнаружили участок на торце вихревой трубы с повышенным (в 1,3-1,9 раза) гамма-излучением по сравнению с фоновым значением. Информация о данном эксперименте была также опубликована в журнале «Промышленная теплотехника» (Киев) № 6, 2002 г. в статье Халатова А.А., Коваленко А.С., Шевцова С.В. «Определение коэффициента преобразования энергии в вихревом теплогенераторе типа ТПМ 5,5-1». Авторами статьи отмечено, что природа этого излучения пока не совсем понятна и требует дальнейшего изучения.