Глава 1. Экономия тепловой энергии

Введение

Обеспечение комфортных тепловых условий в помещениях жилых и общественных зданий в холодное время года необходимо для высокопроизводительного труда, укрепления здоровья и улучшения отдыха людей.

Но ускорение темпов развития народного хозяйства сегодня не может быть достигнуто без проведения в жизнь мероприятий по экономии материальных и трудовых ресурсов.

Развитию электроэнергетики как основополагающей отрасли народного хозяйства уделяют большое внимание. Вместе с тем возможности электроэнергетической промышленности ограничены как добычей и доставкой топлива, так и развитием генерирующих систем и линий электропередач.

Жилые и общественные здания являются одним из крупных потребителей электрической и тепловой энергии, причём удельный вес электроэнергии в общем энергетическом балансе коммунально-бытового сектора неуклонно возрастает. Это связано в первую очередь с решением социальных задач обеспечения труда в домашнем хозяйстве и на предприятиях, снижения времени на ведение домашнего хозяйства, сближения условий жизни городского и сельского населения. Функционирование указанных зданий и предприятий сегодня немыслимо без электрификации: на электроэнергии работают осветительные приборы, аппаратура приёма и воспроизведения информации, практически все приводные механизмы.

Электроэнергия применяется для получения холода в домашних холодильниках и крупных холодильных установках, для приготовления пищи, а в ряде случаев – для нагрева воды и отопления помещений. С помощью электроприборов создаются установки искусственного климата, обеспечивается гибкое регулирование теплового и воздушного режимов. Электроэнергия позволяет обеспечить теплоту воздуха в домах и населённых пунктах.

Использование электроэнергии в качестве энергоносителя позволяет создать экономичные приборы и установки практически любой мощности: от электробритв мощностью 10-25 Вт до отопительных установок мощностью в сотни киловатт. Электроэнергия позволяет максимально автоматизировать производственные процессы в коммунальном хозяйстве, обеспечивает работу многих бытовых приборов в домашнем хозяйстве.

Возможность лёгкой автоматизации процессов, работа без обслуживающего персонала, сравнительная простота электротехнологического оборудования приводят к повышению роли электроэнергии в энергообеспечении общественных зданий. Широко применяются электроплиты. Электроэнергия используется для вентиляции и кондиционирования. При этом иногда приточная вентиляция совмещается с электрическим подогревом поступающего воздуха. Требования к созданию светового комфорта вызвали увеличение норм освещённости зданий общественного назначения. Однако применение люминесцентных светильников позволило в большинстве случаев избежать увеличения расхода электроэнергии.

Коммунальная энергетика характеризуется относительно невысоким уровнем топливо потребления. Однако в силу сложившихся условий её работы резервы по улучшению использования топлива, тепловой и электрической энергии здесь чрезвычайно велики. Современные источники теплоты в коммунальной энергетике имеют низкую экономичность, значительно уступающую таковой для котельных установок промышленной энергетики и тепловых электростанций.

Глава 1. Экономия тепловой энергии

энергия

Успешное применение энергосберегающей технологии в значительной мере предопределяет нормы технологического и строительного проектирования зданий и, в частности, требования к параметрам внутреннего воздуха, удельного тепло-, влаго-, паро-, газовыделения.

Значительные резервы экономии топлива заключены в рациональном архитектурно-строительном проектировании новых общественных зданий.

Экономия может быть достигнута: соответствующим выбором формы и ориентации зданий; объёмно-планировочными решениями; выбором теплозащитных качеств наружных ограждений; выбором дифференцированных по сторонам света стен и размеров окон; применением в жилых домах моторизованных утеплённых ставней; применением ветроограждающих устройств; рациональным расположением, охлаждением и управлением приборами искусственного освещения. Определённую экономию может принести применение центрального, зонального, пофасадного, поэтажного, местного индивидуального, программного и прерывистого автоматического регулирования и использование управляющих ЭВМ, оснащённых блоками программного и оптимального регулирования энергопотребления.

Тщательный монтаж систем, теплоизоляция, своевременная наладка, соблюдение сроков и состава работ по обслуживанию и ремонту систем и отдельных элементов – важные резервы экономии ТЭР.

Перерасход теплоты в зданиях происходит, в основном, из-за:

- пониженного по сравнению с расчётным сопротивлением теплопередачи ограждающих конструкций;

- перегрева помещений, особенно в переходные периоды года;

- потери теплоты через неизолированные трубопроводы;

- не заинтересованности теплоснабжающих организаций в сокращении расхода теплоты;

- повышенного воздухообмена в помещениях нижних этажей.

Для коренного изменения положения дел с использованием тепла на отопление и горячее водоснабжение зданий у нас необходимо осуществить целый комплекс законодательных мероприятий, определяющих порядок проектирования, строительства и эксплуатации сооружений различного назначения.

Должны быть чётко сформулированы требования к проектным решениям зданий, обеспечивающих пониженное энергопотребление; пересмотрены методы нормирования использования энергоресурсов. Задачи по экономии теплоты на теплоснабжение зданий должны также находить отражение в соответствующих планах социального и экономического развития.

В числе важнейших направлений экономии энергии на перспективный период необходимо выделить следующие:

- развитие систем управления энергоустановками с использованием современных средств АСУ на базе микро-ЭВМ;

- использование сборного тепла, всех видов вторичных энергетических ресурсов;

- увеличение доли ТЭЦ, обеспечивающих комбинированную выработку электрической и тепловой энергии;

- улучшение теплотехнических характеристик ограждающих конструкций жилых, административных и промышленных зданий;

- совершенствование конструкций источников теплоты и теплопотребляющих систем.

Оснащение потребителей тепла средствами контроля и регулирования расхода позволяет сократить затраты энергоресурсов не менее, чем на 10–14%. А при учёте изменения скорости ветра - до 20%. Кроме того, применение систем пофасадного регулирования отпуска теплоты на отопление даёт возможность снизить расход теплоты на 5-7%. За счёт автоматического регулирования работы центральных и индивидуальных тепловых пунктов и сокращения или ликвидации потерь сетевой воды достигается экономия до 10%.

С помощью регуляторов и средств оперативного контроля температуры в отапливаемых помещениях можно стабильно выдержать комфортный режим при одновременном снижении температуры на 1-2^ОС. Это даёт возможность сокращать до 10% топлива, расходуемого на отопление. За счёт интенсификации теплоотдачи нагревательных приборов с помощью вентиляторов достигается сокращение расхода тепловой энергии до 20%.

Известно, что недостаточная теплоизоляция ограждающих конструкций и других элементов зданий приводит к теплопотерям. Интересные испытания эффективности применения теплоизоляции проведены в Канаде. В результате теплоизоляции наружных стен полистиролом толщиной 5 см. тепловые потери были снижены на 65%. Теплоизоляция потолка матами из стекловолокна позволила снизить потери тепла на 69%. Окупаемость затрат на дополнительное устройство теплоизоляции – менее 3 лет. В течение отопительного сезона достигалась экономия по сравнению с нормативными решениями – в интервале 14-71%.

Разработаны ограждающие строительные конструкции со встроенными аккумуляторами на основе фазового перехода гидратных солей. Теплоёмкость аккумулирующего вещества в зоне температуры фазового перехода увеличивается в 4-10 раз. Теплоаккумулирующий материал создан из набора компонентов, которые позволяют иметь температуру плавления от 5^О до 70^О С.

В Германии получает распространение аккумулирование теплоты в наружных ограждениях зданий с помощью замоноличенных пластмассовых труб с водногликогелевым раствором. Разработаны также мобильные теплоаккумуляторы ёмкостью до 90 м² с заполнением их жидкостью с высокой температурой кипения (до 320^ОС). Потери тепла в наших аккумуляторах относительно невелики.

Снижение температуры теплоносителя не превышает 8^О С в сутки. Эти аккумуляторы могут быть использованы для утилизации сборного тепла промышленных предприятий и подключения к системам теплоснабжения зданий.

Использование бетона низкой плотности с наполнителями типа перлита или других лёгких материалов для изготовления ограждающих конструкций зданий позволяет в 4-8 раз повысить термическое сопротивление организаций.

Одним из перспективных направлений является создание комбинированных теплоаккумуляторных систем отопления на базе электроэнергии, вырабатываемой в энергосистеме в ночное время. Такие системы позволяют более полно использовать установленную мощность генерирующих установок и максимально вытеснять органическое топливо из топливно-энергетического баланса экономического района. Комбинированная система даёт возможность покрывать базовую нагрузку за счёт провальной электроэнергии, а пиковую – котельной на органическом топливе, используемой в качестве доводчика.

Преимуществами электроотопления по сравнению с традиционно применяемыми системами водного отопления являются:

- относительная простота и надёжность обеспечения автоматического регулирования;

- возможность использования электроэнергии в периоды нагрузок электросистемы;

- меньшие капитальные вложения.

Но такой вид теплоэнергоснабжения жилых домов не всегда экономически целесообразен, так как следует анализировать и учитывать потребности теплоты не только на нужды отопления и горячего водоснабжения, а и на пищеприготовление. Значительные сложности возникали при выборе схем теплоэнергосбережения новых посёлков, темпы развития которых неясны. Схемы теплоснабжения новых посёлков или микрорайонов городов в первые годы их существования могут существенно отличаться от новых в последующие годы.

Причём имеющая место частая смена видов топлива для источников теплоты вносит известную неопределённость и затрудняет выбор оптимальной системы теплоснабжения.

Основными направлениями работ по экономии тепловой и электрической энергии в системах теплоснабжения зданий является:

- разработка и применение при планировании и в производстве технически и экономически обоснованных прогрессивных норм расхода тепловой и электрической энергии для осуществления режима экономии и наиболее эффективного их использования;

- организация действенного учёта отпуска и потребления тепла;

- оптимизация эксплуатационных режимов тепловых сетей с разработкой и внедрением наладочных мероприятий;

- разработка и внедрение организационно-технических мероприятий по ликвидации непроизводительных тепловых потерь и утечек в сетях;

При разработке планов организационных мероприятий по экономии тепловой энергии в зданиях необходимо предусматривать выполнение работ в следующих направлениях:

- повышение теплозащитных свойств зданий;

- повышение надёжности и автоматизация систем отопления при централизованном теплоснабжении;

- разработка конструкции и методики расчётов систем прерывистого отопления зданий с переменным тепловым режимом;

- разработка методов реконструкции существующих систем отопления при изменении технологического процесса эксплуатации зданий;

- совершенствование систем отопления;

- совершенствование схем подключения систем отопления к тепловым сетям.