VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Энергосбережение – это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии [1].

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – это совокупность природных и производственных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии, доступна для использования в хозяйственной деятельности [1].

Мероприятия по энергосбережению позволяют снизить издержки потребителей энергоресурсов. Существует перечень типовых энергосберегающих мероприятий [3]:

I. В системах освещения

1. Сокращение области применения ламп накаливания и замена их люминесцентными Переход на другой тип источника света с более высокой светоотдачей (до 55% от потребляемой ими электроэнергии).

2. Замена люминесцентных ламп на лампы того же типоразмера меньшей мощности: 18 Вт вместо 20, 36 Вт вместо 40, 65 Вт вместо 80 (до 5% от потребляемой ими электроэнергии).

3. Применение энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) газоразрядных ламп (11% от потребляемой ими электроэнергии).

II. В системах отопления, ГВС и водоснабжения

1. Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем отопления и ГВС и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением (5-10% от потребления тепловой энергии).

2. Оснащение систем отопления, ГВС и водоснабжения счетчиками расходов (до 50% от потребления тепловой энергии).

3. Автоматизация систем теплоснабжения зданий посредством установки индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) (5-10% от потребления тепловой энергии).

4. Снижение тепловых потерь через оконные проемы путем установки третьего стекла или светопрозрачной пленки в межрамном пространстве окон (15-30%).

5. Улучшение тепловой изоляции стен, полов и чердаков (15-25 %).

6. Снятие декоративных ограждений с радиаторов отопления и установка теплоотражателей за радиаторами (до 15%).

7. Снижение потребления за счет оптимизации расходов и регулирования температуры (10-20% от потребления горячей воды).

8. Применение экономичной водоразборной арматуры (15-35%).

9. Применение частотного регулирования насосов систем водоснабжения (до 50% от потребляемой ими электроэнергии).

III. В котельных

1. Составление руководств и режимных карт эксплуатации, управления и обслуживания оборудования и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением (5-10% от потребляемого топлива).

2. Повышение КПД котельной (5-20% от потребляемого топлива) за счет:

а) поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха и хорошего смешивания его с топливом;

б) применение за котлоагрегатами установок глубокой утилизации тепла, установок использования скрытой теплоты парообразования уходящих дымовых газов (контактный теплообменник);

в) повышение температуры питательной воды на входе в барабан котла;

г) подогрев питательной воды в водяном экономайзере;

д) использование тепловыделений от котлов путем забора теплого воздуха из верхней зоны котельного зала и подачей его во всасывающую линию дутьевого вентилятора;

е) теплоизоляция наружных и внутренних поверхностей котлов и теплопроводов, уплотнение клапанов и тракта котлов (температура на поверхности обмуровки не должна превышать 55 °С);

ж) перевод котельных на газовое топливо.

3. Установка систем учета расходов топлива, электроэнергии, воды и отпуска тепла (до 20%).

4. Автоматизация управления работой котельной (до 30%).

5. Применение частотного привода для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов и дымососов (до 30% от потребляемой ими энергии).

6. Перевод котельных на альтернативное топливо (в 2-3раза).

Одним из мероприятий по энергосбережению является местное пофасадное регулирование отпуска теплоты на отопление в индивидуальных тепловых пунктах. Применяется при условии разделения системы отопления по фасадам здания. При отсутствии такого разделения используется местное (общедомовое) или индивидуальное регулирование расхода теплоносителя в приборах отопления. В основе пофасадного регулирования лежит учет влияния на теплопотребление здания таких факторов, как скорость ветра и солнечное излучение. Эти факторы индивидуальны для каждого из фасадов и зависят от ориентации фасадов здания относительно сторон света. В зависимости от сочетания указанных факторов могут быть предложены индивидуальные графики подачи теплоносителя в систему отопления помещений, прилегающих к различным фасадам здания [2].

Сделаем оценки потенциала энергосбережения при пофасадном регулировании отпуска теплоты в ИТП с учетом скорости ветра [2].

Эмпирическая зависимость для часового расхода теплоты на отопление помещений, прилегающих к наветренному фасаду здания, за рассматриваемый период времени с учетом влияния ветра записывается как:

Qон i=12(Qор+Qб)(tвр-tнср i)(tвр-tнр)a+1+a(wi/wр)2-Qб (1)

Для фасада, не подвергающегося воздействию ветра (w; = 0), удельное теплопотребление определяется по следующей формуле:

(Qор+Qб)(tвр-tнср i)(tвр-tнр)a-Qб (2)

В формулах (1) и (2) Q₀P - максимальное расчетное потребление тепловой энергии системой отопления при расчетных температуре наружного воздуха tнр и скорости ветра wp, кВт (Гкал/ч); Q_б - бытовые тепловыделения, кВт (Гкал/ч); tвр - расчетная температура воздуха внутри здания, °С; tнср i - текущая средняя за рассматриваемый период температура наружного воздуха, °С; w_i - текущая средняя за рассматриваемый период скорость ветра на уровне среднего этажа, м/с; а - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние ветра на теплопотребление здания.

Если расчет теплопотребления выполняется при скорости ветра wp = 0, то в формулах (1) и (2) а = 1 и суммарное (по двум фасадам) теплопотребление здания без учета влияния ветра на тепловые потери будет составлять:

Qоi=Qор+Qбtвр-tнср itвр-tнр-Qб (3)

Опыт эксплуатации зданий показывает, что значения коэффициента а при расчетных скоростях ветра 2; 5 и 10 м/с равны соответственно, 0,94; 0,78 и 0,51. Практически это означает, что, например, расчетные теплопотребления при нулевой скорости ветра и при его расчетной скорости, составляющей 10 м/с, будут различаться почти в 2 раза.

Суммарное теплопотребление при пофасадном отпуске теплоты складывается из двух составляющих (см. (1) и (2)):

Qо wi=(Qор+Qб)tвр-tнср itвр-tнрa+1-a21+awiwр2-Qб (4)

В данном случае рассмотрим двухэтажное здание гостиницы, находящееся по улице Таранченко, д. 34 в г. Воронеже. Оценим экономию тепловой энергии за отопительный период при переходе на пофасадное регулирование его отопительной нагрузки с учетом влияния ветра. В климатической зоне Воронежа средняя за отопительный период температура tнср i = -3,1 °С, а средняя скорость ветра не превышает 4,2 м/с, продолжительность отопительного периода z₀ = 196 сут. = 4704 ч. За расчетную скорость ветра примем w_р = 5,1 м/с. Условная расчетная часовая отопительная нагрузка здания Qор = 0,056 Гкал/ч. Расчетная температура воздуха внутри здания = 20 °С.

Рассмотрим два случая:

- влияние ветра при отпуске теплоты учитывается, но пофасадное регулирование отсутствует, т.е. отпуск теплоты для обоих фасадов здания осуществляется, как для наветренного фасада;

- отпуск теплоты проводится по температурному графику, не учитывающему влияние ветра на теплопотери здания, пофасадное регулирование отсутствует.

В первом случае перерасход тепловой энергии, кВт или Гкал/ч, из-за отсутствия пофасадного регулирования в абсолютном исчислении будет определяться по формуле:

Qо wi=Qон i-Qоз i=Qор+Qбtвр-tнср itвр-tнр1-a2wiwр2, (5)

а перерасход тепловой энергии относительно расчетного теплопотребления (в долях) будет составлять:

Qо wiQор=1+Qбtвр-tнср itвр-tнр1-a2wiwр2, (6)

где Q_б - относительные бытовые тепловыделения.

Во втором случае перерасход тепловой энергии, кВт или Гкал/ч, по сравнению с пофасадным регулированием отпуска теплоты будет вычисляться в виде:

ΔQо i=Qо i-Qо wi=Qор+Qбtвр-tнср itвр-tнр1-a-1-a2wiwр2, (7)

а перерасход тепловой энергии относительно расчетного теплопотребления (в долях) будет составлять:

ΔQо iQор=1+Qбtвр-tнср itвр-tнр1-a-1-a2wiwр2, (8)

Для отопительного периода в условиях Воронежа при Q_б = 0,0024 с учетом параметров, взятых из СНиП «Строительная климатология», получим:

Qо wiQор=1+0,002420+3,120+261-0,7824,2/5,12=0,038;

ΔQо iQор=1+0,002420+3,120+261-0,78-1-0,7824,2/5,12=0,073.

Потенциал энергосбережения за отопительный период в случае использования пофасадного регулирования отпуска теплоты в ИТП (при расчетном теплопотреблении 0,056 Гкал/ч) составитQо wi = 0,056∙0,038∙196∙24 = 10 Гкал/год иΔQо i= 0,056∙0,073∙196∙24= 19,23 Гкал/год.

Для указанных условий в среднем без учета бытовых тепловыделений экономия тепловой энергии может составить 10—19,23 Гкал/год (при расчетном теплопотреблении I Гкал/ч) или 4,0—6,7 %. С учетом бытовых тепловыделений эта экономия может быть увеличена примерно до 5 — 8 %.

Приводимые значения являются средними за отопительный период. С учетом только скорости ветра, изменяющейся в диапазоне 0—5,1 м/с, и бытовых тепловыделений, составляющих 20 % расчетного теплопотребления, экономия может составить 6—12 %, а с учетом солнечного излучения — 9—16 %.

Техническая реализация пофасадного отопления осуществляется в результате модернизации индивидуального теплового пункта, суть которой заключается в автоматизации регулирования отпуска теплоты по фасадам здания [4]. Схема индивидуального теплового пункта приведена на рисунке.

Сетевая вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает в систему отопления здания, в котором для помещений, прилегающих к каждому из фасадов, организован собственный контур системы отопления. На подающем трубопроводе каждого из контуров системы отопления установлен регулирующий клапан типа КР, который поддерживает заданную температуру внутреннего воздуха в помещении путем изменения расхода греющего теплоносителя при постоянной температуре его на входе в регулируемую установку в зависимости от наружных метеоусловий (количественный метод). Сигнал на изменение степени открытия/закрытия регулирующего клапана типа КР подается от контроллера, установленного на одном из фасадов здания и запрограммированного с учетом различной теплопотребности помещений, прилегающих к противоположным фасадам здания. Сигнал на регулирующий орган (контроллер) поступает от датчиков температуры наружного воздуха, температуры теплоносителя в подающей и обратной линиях и температуры воздуха в контрольном помещении, предусмотренных для каждого из фасадов.

На перемычках, соединяющих обратный и подающий трубопроводы каждого из фасадов, установлены насосы с частотным регулированием, которые способствуют частичному смешиванию обратной воды и воды из подающего трубопровода, тем самым изменяя температуру и расход греющего теплоносителя во внутренних контурах отопления помещений фасадов (качественно-количественное регулирование).

Из водопровода

Рисунок -Принципиальная схема ИТП с автоматическим пофасадным регулированием отопительной нагрузки [2]: 1 - первая ступень водонагревателя; 2 - вторая ступень водонагревателя; 3 - насосы с частотным регулированием; 4 - циркуляционный насос системы горячего водоснабжения; 5-клапан запорно-регулирующий ГВС; 6 - клапаны регулирующие седельные типа КР; 7 - расходомер узла учета теплоты; 8- регулирующие органы (контроллеры); 9- узел учета теплоты; 10 - фильтр; 11- запорный орган; 12- обратные клапаны; 13 - датчики температуры.

Остальная часть воды из обратного трубопровода, не смешиваясь с водой из подающего трубопровода, идет на первую ступень водонагревателя [5,6]. Обратные клапаны обеспечивают течение потока воды строго в одном направлении.

Пофасадное регулирование особенно эффективно при реконструкции существующих протяженных многосекционных зданий, особенно муниципальных, выполняемой без замены системы отопления, а также во вновь построенных зданиях повышенной этажности (9—12 этажей и более) с выполненным по проекту разделением системы отопления по фасадам. По эквивалентному эффекту пофасадное регулирование ненамного уступает авторегулированию с термостатами, но значительно дешевле по капитальным затратам и не требует проведения сварочных работ в квартирах, необходимых при установке термостатов.

Библиографический список

1. ГОСТ Р 51387-99 Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения.– Введ. 2000-01-07. – М.: Госстандарт России, 1999. – 20 с.

2. Данилов, О.Л. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях / О.Л. Данилов, А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев, А.В. Клименко, А.Г. Вакулко. – М.: МЭИ, 2011. - 424 с.

3. Информация сайта http://www.abok.ru/.

4. Чудинов, Д.М. Разработка новых интеллектуальных светопрозрачных ограждающих конструкций зданий / Д.М. Чудинов, К.Н. Сотникова, К.С. Щербаков, Ю.А. Черноухова // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2010. – Т.1. – С. 93-97.

5. Мелькумов, В.Н. Исследование влияния перегородок на вентиляционные потоки в помещении / В.Н. Мелькумов, К.А. Скляров, А.В. Климентов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2006. – Т. 2. - №6. – С. 8.

6. Мелькумов, В.Н. Математическая модель вентиляционных процессов в помещениях сложной конфигурации / В.Н. Мелькумов, К.А. Скляров, А.В. Климентов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2006. – Т. 2. - №6. – С. 53.

Код для цитирования: Скопировать