XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Актуальность проблем отопления.

Изменение экономической ориентации России привело к необходимости проведения реформы в жилищно-коммунальной сфере. До сих пор значительные бюджетные средства выделяются для дотации жилищно-коммунального хозяйства, а одна из самых затратных частей — отопление. Уже сегодня стоимость отопления составляет больше половины от всех коммунальных платежей. Анализ состояния систем отопления показал, что на него тратится 25-35% энергетических ресурсов России, а из них около 30% — это прямые потери [1,2]. Износ трубопроводов по стране составляет 50 — 70%. Значительные потери связаны с эксплуатацией устаревших и малоэффективных котельных, с большой протяженностью и неудовлетворительной изоляцией теплотрасс, плохой теплозащитой подъездов зданий и отсутствием у населения мотивации к экономии тепла из-за отсутствия системы учета и контроля потребляемой тепловой энергии. Следует отметить, что дома, построенные в России до 2000 г. имеют неудовлетворительные теплозащитные характеристики и по сравнению с современными строительными нормами требуют для отопления примерно в 2 ÷ 2,5 раза больших энергетических затрат. Кроме прямых потерь тепла значительный объем финансирования требуется и для эксплуатации существующей традиционной системы отопления, а также для устранения постоянно возникающих аварийных ситуаций (вскрытия и ремонта теплотрасс, восстановления жилищного фонда после протечек). Существующая практика организации отопления и используемое устаревшее оборудование часто приводят к загрязнению окружающей среды и значительному ухудшению экологической ситуации в городах. Есть несколько путей решения проблем отопления, и один из них — переход на современное стационарное прямое электроотопление. В России пока в массовом сознании электроэнергия прежде всего ассоциируется с освещением, бытовыми приборами, работой различных механизмов и только в незначительной степени — как источник тепловой энергии. Во многих Европейских странах электроотопление занимает важное место. Так в странах Скандинавии (кроме Дании) 90% загородных, не городских жилых объектов отапливается электричеством, во Франции ≈54%. Следует отметить, что для развитых стран доля бытового потребления электроэнергии все время возрастает и достигает по различным оценкам 25% от всей производимой электроэнергии. По прогнозам эта доля может достигнуть 40÷60 %. В России же бытовое потребление электроэнергии в зависимости от регионов пока не превышает 12-15%.

В работе [2] приводится структура индивидуального потребления электроэнергии населением Швеции:

— 50 ÷ 55 % — отопление;

— 30 ÷ 35 % — горячая вода;

— 15÷ 20 % — приготовление пищи, освещение и эксплуатация бытовых электроприборов.

Таким образом, можно сделать вывод, что отопление является самой энергоемкой сферой, и именно в этой области имеется значительный резерв для экономии энергоресурсов.

Сравнение двух подходов к отоплению.

Рассмотрим и проанализируем обобщенную схему реализации применяемого в настоящее время в коммунальном хозяйстве традиционного централизованного отопления и децентрализованного стационарного прямого электроотопления. Последнее обеспечивается при использовании электрических конвекторов, кабельных «теплых полов», инфракрасных обогревателей, а также различных термостатов. При традиционном способе к объектам — потребителям тепла подводятся трубы для отопления и горячего водоснабжения, а также электроэнергия. А при электроотоплении -только электроэнергия, но большей мощности

Рассмотрим экономические показатели обоих подходов к отоплению.

Капитальные затраты на котельную и долю электростанции на бытовые нужды больше капитальных затрат на строительство только электростанции на отопление и бытовые нужды: Зк + Зэл> Зэл. В некоторых регионах Сибири и Заполярного круга, где отсутствуют единые электросети, строят электростанцию и тепловую котельную на одном и том же виде топлива (уголь, мазут и др.). Затраты на котельную оказываются сопоставимы с затратами на электростанцию.

Капитальные затраты на прокладку теплотрасс Зтт выше затрат на подвод электроэнергии: Зтт > Зэс. Воздушные и кабельные электросети в целом дешевле и долговечнее водяных трубопроводов, стоимость которых очень сильно зависит от местных условий. В скалистой, горной местности прокладка подземных коммуникаций крайне затруднительно и затратная. В условиях вечной мерзлоты, трубопроводы ведутся над поверхностью земли, это требует повышенных затрат на теплозащиту и обслуживание. При этом воздушные и кабельные электросети существенно долговечнее водяных трубопроводов, эксплуатация которых также требует дополнительных расходов, а повреждение (особенно в зимний период) может привести к значительным утечкам, сопровождающимися длительными нарушениями транспортного сообщения в оживленных районах города и замерзанию жилых кварталов. Кроме того, время устранения повреждения электрических сетей намного меньше времени устранения повреждения трубопроводов.

Потери при транспортировке энергии от котельной до потребителя Рт значительно больше, чем потери электроэнергии на проводах: Рт > Рэ. Потери в электрических сетях составляет 3÷5%, а в трубопроводах при удовлетворительном уровне теплоизоляции потели составляют от 20 до 30%. При нарушении теплоизоляции, они могут достигать 70%.

Стоимость обслуживания теплотрасс От значительно превышает затраты на эксплуатацию линий электропередач или кабельных сетей От > Оэ. Ситуаций, которые приводят к разрушению теплотрасс и возникновению аварийных ситуаций много больше, чем при электропередаче. Даже отключение электроэнергии в зимний период часто приводит к разрывам в теплотрассах.

Капитальные затраты на установку традиционного отопления выше аналогичных при электроотоплении: Кт > Кэ. Стоимость традиционной системы отопления очень сильно зависит от производителя, но самое дешевое водяное отопление оказывается дороже оборудования для прямого стационарного электроотопления. Импортное и отечественное высококачественное оборудования дороже электроотопления в 2÷3 раза.

Монтаж и обслуживание традиционного отопления дороже электроотопления. Монтаж традиционных систем требует привлечения квалифицированных специалистов, специального оборудования, а иногда сварочных работ и значительного времени. Монтаж электроотопления может быть выполнен электриками любой квалификации за относительно короткое время. При этом электроотопление не требует периодической профилактики и обслуживания. Потери тепла у потребителя при традиционном отоплении выше, чем при электроотоплении. При отсутствии покомнатной и поквартирной системы регулирования температуры в помещениях потребитель либо перегревает своё помещение, и тогда зимой открываются окна, либо приходиться включать дополнительные электрообогревательные приборы, не всегда удовлетворяющие требованиям безопасности. При электроотоплении у потребителя наивысшая мотивация в экономии и рациональном использовании тепловой энергии, так как он непосредственно контролирует свои затраты и у него есть средства контроля за температурой в каждом помещении.

Срок службы электроотопительных систем в 2-3 раза больше чем у традиционных: Тт < Тэ.

Таким образом, выполненный анализ показывает, что по перечисленным показателям и характеристикам стационарное прямое электроотопление оказывается предпочтительнее традиционного централизованного.

Наиболее привлекательные регионы для электроотопления.

Известно, что энергетические ресурсы в Российской Федерации распределены далеко не равномерно. Некоторые регионы, на территории которых построены мощные атомные или гидроэлектростанции станции, продают электроэнергию другим областям, а тарифы на своей территории ниже общероссийских. Для таких регионов использование современного электроотопления оказывается экономически оправданным. Так, например, можно выделить Красноярский край и Иркутскую область, где проанализированная структура подхода к отоплению даст существенный экономический эффект. Аналогичная ситуация в Мурманской области. Расчеты для нескольких школ на Кольском полуострове, использующие угольные котельные, показали, что и капитальные и эксплуатационные затраты от двух до четырех раз меньше у стационарного прямого электроотопления. Если учесть экологический ущерб от угольных источников тепла, то эффект окажется еще более существенным.

Конечно, в непосредственной близости от АЭС более рационально использовать тепловую энергию, но в зонах более 5 ÷ 10 км от этих электростанций электроэнергия, подаваемая, минуя посредников, оказывается наиболее привлекательной для отопления зданий.

Экономически выгодным представляется использование электроотопления в районах Крайнего Севера, таких как Магаданская обл., Чукотка, Эвенкия и т.п., работающие на привозном топливе. Можно существенно сократить объем северного топливного завоза, повысить качество и надежность теплоснабжения, устранить значительные тепловые потери и избавиться от затрат на устранение аварийных ситуаций.

Важно было бы, с точки зрения развития Северных регионов, провести комплексное исследование экономической эффективности систем отопления какого-нибудь поселка или района.

Объекты эффективного использования электроотопления.

Практика прошлых лет отопления школ, больниц, домов отдыха, санаториев и т. п. ориентировалась на построение котельной в виде отдельного здания на угольном или жидком топливе. Такая схема сегодня представляется очень затратной. Экономические расчеты показывают, что капитальный ремонт и замена устаревшего оборудования в 2÷4 раза дороже прямого электроотопления. Эксплуатационные затраты электроотопления не превышают традиционного подхода (только при дешевых местных источниках тепла: торф, уголь и т.п.). Однако, существенно увеличиваются безопасность и надежность, улучшаются экологические параметры. Сегодня в России есть жилые дома, где установлены электроплиты. Для таких жилых объектов подведение теплотрасс не эффективно. Электроотопление, как самая инерционная часть, может выравнивать суточную нагрузку потребления электроэнергии без дискомфорта для жильцов. Использование современных логических устройств ограничения мощности при переходе к электроотоплению не потребует значительных затрат и увеличения пропускной способности существующих подводящих электросетей. Эксперимент с индивидуальным домом постоянного проживания общей площадью 248 м² и с пиковой мощностью потребления 48,9 кВт показал реальность его функционирования с входными автоматами на 21,6 кВт.

Для многих городов с центральной исторической частью, со старинными домами, представляющими архитектурную и культурную ценность, установка традиционного отопления может привести к изменению внутреннего облика зданий, нарушению интерьеров, не говоря уже о существенных затратах, трудоемких и очень дорогих работах по укладке теплотрасс в исторических частях города. Как правило, котельные удалены на значительные расстояния от таких объектов, уж не говоря об особняках и дворцовых зданиях, окруженных еще оставшимися парковыми ансамблями. В этих случаях электроотопление может быть практически единственно правильным решением защиты исторических и культурных достопримечательностей с максимальным сохранение первозданного облика помещений, без нарушения капитальных стен, выполнением самых жестких требований по экологии и безопасности. Примером могут служить европейские города, такие как Прага и Вена, где широко используется электроотопление в старинных особняках и дворцах. Наибольший экономический эффект может быть достигнут при отоплении высоких помещений, таких как спортивные, концертные и выставочные залы, храмы и церкви, павильоны и крытые рынки, а также заводские корпуса, склады и ангары. И опыт отопления всех этих объектов уже имеется. Эффективность обеспечивается использованием «теплых полов» и инфракрасных отопительных приборов, которые концентрируют тепловой комфорт внизу, не создавая конвекционных потоков, при этом энергия не тратиться на прогрев верхней части, за счет чего экономиться до 80% энергии отопления.

Развернувшееся активное коттеджное строительство в полной мере использует стационарное электроотопление. По экономичности, при сегодняшнем соотношении цен на газ и электроэнергию, оно часто конкурирует с отоплением на газе, а при строениях менее 100÷150 м² оказывается выгоднее и газового.

Следует упомянуть торговые палатки и павильоны, подвод теплотрасс, к которым не возможен или не рационален. К сожалению, сегодня они отапливаются высокотемпературными приборами, работа которых допустима только в присутствии человека. Использование современного электроотопительного оборудования позволит уменьшить затраты на электроэнергию и повысить безопасность торговых точек.

Во многих случаях для отопления и других бытовых нужд могут быть использованы комбинированные системы получения тепловой и электрической энергии, использующие нетрадиционные источники энергии — солнце и ветер [3 — 5] . Однако и эти системы требуют наличия качественных и экономичных электроотопительных приборов, а также современных устройств автоматического перераспределения энергетических потоков.

Из сказанного следует, что в условиях реформы ЖКХ электроотопление может стать одним из альтернативных вариантов уменьшения затрат на отопление и повышения мотивации жителей к экономии тепловой энергии. В работах [6,7] приведены примеры и результаты реального использования электроотопления в жилом доме, многофункциональном офисном здании и в заводских условиях. Итоговые данные эксплуатации подтверждают правильность выводов об эффективности электроотопления.

Проблемы внедрения электроотопления в России.

Несмотря на то, что электроотопление давно используется и у нас в России, и за рубежом, не многие проектировщики и эксплуатационники знают о современном отопительном оборудовании, его технических возможностях, экономических показателях, безопасности, надежности и экологичности. Многие по инерции полагают, что электроотопление дорого, пожароопасно и мало надежно. Однако современные электроконвекторы, кабельные системы теплых полов, инфракрасные обогреватели и термостаты в сочетании с микропроцессорными регуляторами в корне изменили эксплуатационные характеристики электроотопления. Поэтому возникли дополнительные возможности и варианты создания экономически выгодного теплового комфорта.

Чисто технические проблемы возникают при желании использовать электроотопление в сельской местности, старом жилом фонде. Выделяемые ранее для сельского дома 2÷2,5кВт не хватает для освещения, современного электрочайника или стиральной машины. Говорить об отоплении не приходиться.

В городских многоэтажных жилых домах электропроводка, стояки, автоматика работают на пределе допустимых возможностей и подключение отопительных приборов приводит к нарушению электроснабжения, правил эксплуатации, а иногда и к пожарам. Замена и модернизация системы электроснабжения в соответствии с потребностями сегодняшнего дня требует серьезных капитальных затрат. Сдерживающим фактором расширенного использования электроотопления в промышленности является высокая стоимость электроэнергии для предприятий по сравнению с частным сектором. Сегодня отсутствует гибкая многотарифная система, а объявленная 2х-тарифная схема со значительным уменьшением стоимости в ночное время действует в отдельных регионах, но не для всех пользователей. Ведь именно в ночное время электроотопление работает наиболее интенсивно, аккумулируя тепло, в то время, как днем работают различные бытовые приборы, уменьшая нагрузку на отопительную систему. Кроме того, именно в ночное время самые высокие теплопотери из-за понижения температуры окружающей среды, по сравнению с дневной (5÷10°C).

Выводы.

Большая энергоёмкость системы отопления в России предполагает получение значительного экономического эффекта при рациональном и сбалансированном подходе к отоплению и использованию современных достижений в этой области. Обобщенный анализ экономической эффективности традиционной централизованной системы отопления и децентрализованного электрического отопления демонстрирует преимущества последнего по многим показателям. Наиболее эффективным электрическое отопление может оказаться в регионах — поставщиках электроэнергии, там, где нет местного газа и газопроводов, а также в отдаленных районах Крайнего севера. Учитывая, что вновь возводимые строения удовлетворяют высоким современным требованиям по теплозащите, а уже существующие здания утепляются, электрическое отопление становиться все более конкурентоспособным по отношению к традиционному водяному отоплению. Конечно, не существует единого общего решения проблемы отопления, и в зависимости от региона, наличия газа, местного топлива, свободных электрических мощностей, сложившейся ценовой политики на энергоресурсы и тенденции изменения цен в условиях реформирования ЖКХ выбор конкретного подхода необходимо делать после тщательного технико — экономического анализа. Тем не менее, эффективность электроотопления постоянно возрастает.

Литература.

[1] Кириллов Н. Возможные пути развития Российской энергетики // Индустрия, №1(27), 2002. С. 58-60

[2] Кокорев С. Управление энергоресурсосбережением в жилищно-коммунальном хозяйстве // Строительство и бизнес, № 2, 2002. С. 7.

[3] Filaretov V.F., Katsurin A.A. Designing an Output Voltage Regulator for Standalone Wind Power Plant // Proc. of the European Control Conf. (ECC 2001). Porto, Portugal, 2001, pp. 2308-2312.

[4] Филаретов В.Ф., Кацурин А.А. Разработка системы автоматической стабилизации параметров выходного напряжения автономной ветроэнергетической установки // Электричество. № 7, 2001. С. 37- 42.

[5] Филаретов В.Ф., Кацурин А.А., Ковалев О.П., Волков А.В. Комбинированная ветро- солнечная система энергообеспечения автономных объектов // Proc. The Fifth Int. Scientific Forum AIMS for Future of Engineering Scienc. Paris, France, 2004, pp. 40 — 45.

[6] ГорбачевВ.С. Использованиеэлектроотоплениявинфраструктурегорода // Proc. of the Third Intern. HVAC Forum on Heat & Vent Exhibition, Moscow, 2001, pp.121 — 126.

[7] ГорбачевВ.С., ЦырилСвозил. Некоторые аспекты использования электроотопления в многоквартирных домах // Proc. of the Fourth Intern. HVAC Forum On Heat&Vent Exhibition, Moscow, 2002, pp. 94 — 97.

Код для цитирования: Скопировать