Энергосбережение в теплоснабжении

На нужды коммунально-бытового хозяйства России на сегодня приходится около 20% ТЭР, потребляемых в стране. Потребление электроэнергии достигает 100 млрд. кВт·ч в год или 8% от всей вырабатываемой электроэнергии. Ежегодно в среднем на человека в быту расходуется 400 кВт·ч электроэнергии и около 400 кВт·ч тепловой энергии на 1 м² отапливаемой площади помещения.

Внутриквартирное потребление электроэнергии составляет примерно 900 кВт·ч в год в расчете на «усредненную» городскую квартиру с газовой плитой и около 2000 кВт·ч – с электрической плитой.

Рис.3.1. – Распределение энергетических потребностей зданий

Из всей потребляемой в быту энергии большая часть (до 70%), идет на отопление помещений, если оно осуществляется за счет электрической энергии. Использование электроэнергии с целью отопления само по себе нерационально с учетом большой её стоимости. Но, тем не менее, иногда электричество единственный источник тепловой энергии.

Потенциал энергосбережения в зданиях можно обеспечить за счет следующих мероприятий.

- использование строительных материалов с хорошими теплоизолирующими свойствами при строительстве стен, окон, крыши, пола, подвала;

- создание плотной и надежной оболочки строения с хорошей изоляцией с целью недопущения теплопотерь;

- пассивное использование солнечной энергии и ее аккумулирование (суточное или сезонное);

- управление воздухообменом с рециркуляцией тепла;

- использование регулируемых отопительных устройств;

- экономия горячего водоснабжения, использование нагрева воды за счет солнца;

- устранение бесполезных расходов электроэнергии.

Использование теплоизолирующих строительных материалов. Все изоляционные материалы характеризуются значением теплопроводности λ, которая измеряется в Вт/(м·⁰К). Хорошим изолятором считается материал, у которого низкое значение теплопотребления. Для изоляции трубопроводов, зданий и сооружений в основном применяется пенополиуретаны (ППУ). Они имеют высокую механическую прочность, хорошую термостойкость, возможность заполнения узких пространств, низкое водопоглощение. Использование полиуретановой пены позволяет эффективно снизить потери тепла. Кроме этого, в строительстве широко используются и другие теплоизоляторы, но к их выбору необходимо подходить крайне осторожно. Предпочтение нужно отдавать природным, экологически чистым материалам (аглопорит, керамзит, перлит и др.), которые получают, например, при разработке карьеров. А такие материалы, как пенопласт, стекловата не являются безопасным.

Насколько грамотно строители применяют энергоэффективные материалы, может показать тепловизионный контроль зданий (рис.3.2). Это метод применяется в теплотехнике, строительстве, энергетике для обнаружения мест с максимальными потерями тепловой энергии.

Рис.3.2 – Термограммы и фотографии объектов при тепловизионном контроле

Эти фотографии показывают дефекты материалов, применяемых в строительстве и самих строительных работ.

С точки зрения медицины наиболее благоприятна для здоровья температура в комнате от 18 до 20 градусов. Перегрев, как и охлаждение, явление нежелательное. Снижение температуры на 1 градус дает экономию 5% отопительной энергии. На температуру помещения влияет качество стен, окон, дверей. Для того, чтобы сэкономить энергию, необходимую для обогрева помещений, прежде всего, нужно утеплить помещение. Необходимо утеплять тонкие стены, потолок, углы и обязательно нишу за батареей. В настоящее время имеется большой выбор строительных материалов, позволяющих решать вопросы сбережения тепла.

Альтернативой малоэффективным теплоизоляционным материалам может служить так называемая эковата. Она представляет собой рыхлый, очень легкий тепло- и звукоизоляционный материал, который на 81% состоит из обработанной целлюлозы, на 12% из борной кислоты (антипирена) и на 7% из буры (антисептика). Эковата не горит, не гниет и не подвержена плесени; она недорогая и удобная в работе. Т.к. сделана эковата в основном из целлюлозы – природного продукта, то она является экологически чистой.

Очень большие потери связаны с окнами. В балансе тепловых потерь через ограждающие конструкции здания доля тепловых потерь через остекление может достигать 40-50%.

Рис.3.3. Потери тепла через угловые швы и окна здания

Проветривать комнату обязательно, но лучше чаще и ненадолго, чтобы не успевали остывать стены и потолок. Но если окна на зиму не законопачены, имеются щели и другие неплотности, то ожидать комфортной температуры не приходиться. Даже дикие пчелы, для сохранения тепла в холодное время года заделывают летку (сужают) прополисом на величину, обеспечивающую минимальную вентиляцию и комфортный тепловой режим (рис. 3.4).

До 1990 года в России в массовом строительстве использовались отечественные конструкции деревянных окон, которые по своим эксплуатационным и технологическим показателям не соответствуют мировому уровню.

Это относится, прежде всего, к окнам с одинарным или двойным остеклением. Снизить теплопотери в подобных случаях можно применением окон с высоким сопротивлением теплопередаче (тройное остекление, стеклопакеты и т.д.).

Приведенное значение сопротивления теплопередаче окон с различным остеклением приведено в табл.3.1

Приведенное сопротивление теплопередаче R для заполнения световых проемов

Лучший способ раз и навсегда избавиться от потерь тепла в квартире – установить теплосберегающие стеклопакеты. Помимо тепла в квартире они обеспечат еще и тишину. Стеклопакет представляет собой изделие, состоящее из двух или более слоев стекла, соединенных между собой по контуру таким образом, что между ними образуются герметически замкнутые полости, заполненные обезвоженным воздухом или другим газом (рис.3.5).

Наибольший эффект достигается при использовании в стеклопакете одного из стекол с селективным покрытием, способным отражать тепловые волны внутрь помещения и одновременно пропускать снаружи солнечное тепловое излучение. За счет такого стекла, а также при введении в межстекольное пространство более плотного, чем воздуха, газа, например, аргона, криптона или ксенона, можно добиться величины термического сопротивления, близкого к 1,0.

Ориентировочную оценку экономии тепловой энергии ΔQ (Гкал/год) за счет снижения теплопотерь через окна можно получить с помощью формулы:

где S – площадь остекления здания, м², t_вн – средняя температура воздуха внутри здания, ^оС; t_н – средняя за отопительный период температура наружного воздуха,^оС; R₁, R₂ - приведенное сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов соответственно до и после реконструкции, м²·^оС/Вт; а – продолжительность отопительного периода.

Значения t_н и а для некоторых городов РФ приведены в таблице 3.2.

Средняя за отопительный период температура наружного воздуха и продолжительность отопительного периода для некоторых городов РФ

Необходимо отметить, что реальную экономию при таких мероприятиях можно получить лишь в том случае, если температура воздуха внутри здания до реконструкции поддерживалась на необходимом уровне, т.е., здание получало достаточное количество тепла.

В настоящее время существует много способов отопления, имеющих явные преимущества перед традиционными системами (паровое отопление) с разводкой горячей воды по трубам. Отдача тепла в них происходит, как правило, через радиаторы, размещенные по периметру помещения под окнами. Такое распределение тепла приводит к появлению зон в помещении с различной температурой и возникновению сильных конвекционных потоков теплого воздуха постоянно перемешивающих пыль.

Альтернативным способом отопления являются обогреваемые полы. На рис.3.6. показано распределение тепла в помещении при центральном (радиаторном) отоплении и с системой отопления «Теплый пол»

Рис.3.6. Распределение тепла в помещении при различных системах отопления

В помещениях с системами отопления через пол на основе нагревательных кабелей достигается равномерное распределение тепла по всей площади вне зависимости от высоты, чем обеспечивается наибольший комфорт в отапливаемом помещении.

Теплый пол состоит из нагревательного кабеля, уложенного в бетонную стяжку пола и электронного термостата, подключающего кабель к питающей электросети в соответствии с заданной программой работы, поддерживая тем самым необходимый температурный режим в помещении (рис.3.7.)

Экономичность встроенных электрических систем отопления на базе теплого пола обусловлена следующими факторами:

- Установочная мощность системы отопления на основе "теплого пола" равна расчётным теплопотерям помещения и на 25% ниже, чем у традиционных систем.

- Благодаря наличию чувствительных электронных термостатов обеспечивается эффективный учёт дополнительных бесплатных источников тепла (солнечной радиации, бытовых приборов, освещения, и т.п.) в каждом помещении, что позволяет снизить энергозатраты на отопление на 20 - 25%.

- Температура в помещении, при одинаковом комфорте, может быть на 2° С ниже, чем в помещениях с традиционными отопительными приборами за счёт равномерного распределения тепла по всему объёму.

- Потери при доставке традиционных источников тепловой энергии могут достигать 30-40%, а электроэнергии - не превышают 1%.

Перспективным источником теплоснабжения помещений является пленочный электронагреватель (ПЛЭН) (рис.3.8).

Рис. 3.8. Устройство пленочного электронагревателя

ПЛЭН относится к инфракрасным обогревателям. Задавая необходимую температуру на терморегуляторе или дистанционно с помощью интеллектуального модуля – система автоматически переходит из экономичного режима в рабочий. Тепловой поток от нагревательных элементов ПЛЭН напрямую передается поверхности пола и предметам интерьера. От них нагревается воздух в помещении. Как только температура достигнет заданного уровня, терморегулятор отключит электропитание системы и начинается период бездействия системы, продолжительность которого значительно превышает время работы системы. По мере снижения температуры в помещении на один градус, система автоматически включается для пополнения тепловых потерь. Такая цикличность работы системы отопления ПЛЭН существенно экономит электроэнергию.

Еще одним способом снижения теплопотерь в здании является установка теплоотражающих панелей за радиаторами отопления (рис.3.9).

Обычно отопительные приборы устанавливаются у наружных стен. При этом температура внутренней поверхности стены за прибором значительно выше, чем в остальной части, что является причиной увеличенных теплопотерь. Если отопительный прибор установлен в нише, то стена за прибором, как правило, еще тоньше, а это увеличивает теплопотери. Снизить потери и в том и в другом случае на 20-25% можно установкой за радиаторами теплоотражающих панелей из изолона с металлизированной пленкой (например, из алюминиевой фольги). Листы изолона в качестве изоляции наклеиваются прямо на стену за радиатором. В качестве клея употребляется обычный плиточный клей.

Расстояние между изоляционным листом и радиатором должно быть минимум 15 мм. До 50 мм. Панели могут быть разной формы, их легко монтировать, стоимость составляет около 90 руб/м².

Эффективным методом снижения теплопотерь здания является переход с водяного отопления на воздушное.

Жилой дом или производственное помещение отапливается теплым воздухом с помощью воздухонагревателя, который соединен с системой воздуховодов, разведенных по всем помещениям (комнатам). Продукты сгорания в виде газов (до 160 град. С) выводятся наружу.

Рис.3.10. Система воздуховодов воздушного отопления зданий

Воздухонагреватель позволяет быстро и равномерно прогреть помещение по всему его объему. Теплый воздух подается в комнаты и возвращается в теплогенератор по возвратным воздуховодам, т.е. идет рециркуляция с возможностью подмеса свежего воздуха с улицы

Главное достоинство воздушного отопления состоит в предельно низкой его инерционности по сравнению с водяным, что позволяет осуществить быстрый прогрев помещения до расчетной температуры и таким образом снизить время работы отопительной системы за сутки в расчетном режиме, вплоть до продолжительности рабочего времени суток. Это является источником значительной экономии тепловой энергии на отопление по сравнению с водяным отоплением.

Другим важным достоинством использования воздушного отопления является совмещение в одной отопительной системе сразу двух функций – отопления и механической приточной вентиляции. Все это приводит в конечном итоге к снижению металлоемкости системы, т.е., экономии ресурсов, включая и экономию энергии, затрачиваемой на производство металла и оборудования из металла.

Наибольший эффект от использования воздушного отопления достигается при наличии в помещении механической приточной вентиляции. Если ее нет, то появляется потребность в дополнительных площадях для размещения дополнительного, иногда громоздкого, оборудования (приточных камер, калориферов, воздуховодов, вентиляторов и т.д.).

Экономии тепловой энергии в системах теплоснабжения (до 20-30%) за счет перечисленных мероприятий можно достичь в том случае, если здание оборудовано индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП). Эти пункты позволяют производить автоматическую регулировку в зависимости от температуры наружного воздуха, компенсировать инертность центральных тепловых сетей, а также снижение температуры внутри здания в ночное время и при отсутствии жильцов.

Экономия теплоэнергии ΔQ при установке ИТП определяется по выражению:

где - ΔQ_п – экономия теплоэнергии от устранения перетопа зданий в осенне-весенний период, %; ΔQ_н – экономия теплоэнергии от снижения ее отпуска в ночное время, %; ΔQ_с – экономия теплоэнергии от снижения ее отпуска в выходные дни, %; ΔQ_т– экономия теплоэнергии за счет учета теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений. %.

Экономия теплоэнергииΔQ_п от устранения перетопа зданий в осенне-весенний период отопительного сезона, когда теплоисточник отпускает теплоноситель с постоянной температурой, превышающей потребную для систем отопления, ориентировочно может быть определена по табл. 3.3.

Экономия теплоэнергии от устранения перетопа зданий в осенне-весенний период

Относительная продолжительность осенне-весеннего периода для расчетной температуры наружного воздуха за отопительный период -35⁰С для Уральского региона составляет 23%.

Экономия теплоэнергии ΔQ_н от снижения ее отпуска в ночное время определяется по выражению

где а – продолжительность снижения отпуска теплоты в ночное время, ч/сут.; Δt_в^нр – снижение температуры воздуха в помещениях в нерабочее время, ⁰С; Δt_в^р – усредненная расчетная температура воздуха в помещении,⁰С, выбирается по СНиП 2.04.05-86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Нормы проектирования»; Δt_н^ср – средняя температура наружного воздуха за отопительный период,⁰С. Выбирается по СНиП 2.04.05-86.

Например, для жилых зданий снижение отпуска тепла рекомендуется производить с 21 часа. Через 6-7 часов регулятор должен включить отопление на расход теплоты, обеспечивающий восстановление температуры до нормальтной, которая должна быть достигнута к 6-7 часам утра. Наиболее целесообразное снижение температуры Δt_в^нр=2⁰С (с Δt_в^р=20⁰С до 18⁰С).

Для административных зданий продолжительность снижения отпуска тепла определяется режимом работы здания, для ориентировочных расчетов можно принять а=8-9 ч. Наиболее целесообразная величина снидения температуры Δt_в^нр = 2-4⁰С. При этом необходимо учитывать возможное снижение температуры наружного воздуха в ночное время и возможность ситемы быстро отреагировать на это снижение.

Экономия теплоэнергии ΔQ_с от снижения объемов ее отпуска в выходные дни определяется по выражению:

Где b - продолжительность снижения отпуска теплоты в нерабочие дни, сут./нед (при 5-ти дневной рабочей неделе b=2, при 6-ти дневной b=1).

Величина снижения температуры воздуха в помещениях в нерабочее время выбирается аналогично предыдущим рекомендациям.

Экономия теплоэнергии ΔQ_т за счет учета теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений определяется по выражению:

Где Δt_в^н – усредненное за отопительный сезон превышение температуры воздуха в помещениях сверх комфортной из-за поступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений, ⁰С. Ориентировочно можно принять Δt_в^н = =1…1,5⁰С.

Использование солнечного нагрева в зданиях в настоящее время находит все большее применение. Самые простые из них – пассивные системы СТС, которые осуществляются либо непосредственно от соднечных лучей (прямой обогрев), либо с помощью стены Тромба или гелиотеплицы.

Существует множество проектов «солнечных домов». Один из них представлен на рис.3.11. Это суперизолированный дом в форме геодезического купола, построенный Стивом Тиффани (Steve Tiffany), имеет диаметр 14,2 м.

Рис.3.12. Дом Стива Тиффани ( Tiffany Dome ). Общий вид.

Дом выполнен каркасным с суперизоляцией и покрытием омедненной металлической черепицей.

Благодаря суперизоляции конструкции, большую часть года дом не нуждается в дополнительном отоплении, т.к. обычно достаточно тепла, поступающего от бытовых приборов и солнечного тепла, поступающего через окна южной ориентации.

Для эффективности использования солнечного излучения в целях отопления и горячего водоснабжения зданий используется активная система солнечного теплоснабжения.

В ее состав входят коллектор солнечной энергии, аккумулятор теплоты, дополнительный (резервный) источник энергии, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор и из него к потребителям, насосы или вентиляторы, трубопроводы с арматурой и комплекс устройств для автоматического управления работой системы (рис.16).

Рис.3.13. Схема активной системы солнечного теплоснабжения: 1 – солнечный коллектор;

2 – бак-аккумулятор; 3 – насос; 4 – электроподогреватель.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: