Файл: Теплоснабжения.doc

Сейчас широко применяются герметичные окна с установкой в оконные проемы двух и более стеклоблоков, что практически устранило неорганизованные притоки (инфильтрацию) воздуха, но поставило задачу организации требуемого по санитарным нормам воздухообмена в помещениях. Применение герметичных окон не позволяет осуществлять компенсацию вытяжки неорганизованным притоком наружного воздуха. Это создает повышенную влажность, загазованность и накопление вредных газов в помещениях постоянного нахождения людей. При наличии в здании наружных ограждений с повышенной тепловой изоляцией требуемая теплота на нагрев приточного воздуха составляет до 80 % тепловой нагрузки на системы отопления. Отечественный и зарубежный опыт показал, что наиболее энергетически и экономически целесообразным методом снижения нагрузки на системы отопления на нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха является применение установки утилизации теплоты вытяжного воздуха.

Убедительным свидетельством тому служит следующий пример.

Еще в 1983 г. в административном здании Совета Федерации пущена система утилизации теплоты вытяжного воздуха в количестве L_п.н = 360000 м³/ч. При работе систем приточно-вытяжной вентиляции по 12 часов в сутки удельная экономия теплоты на нагрев приточного наружного воздуха составила

q_т.у = 11 кВт·ч/год на 1 м³/ч притока наружного воздуха.

Приточные системы в здании Совета Федерации работают с коэффициентом неодновременности  = 0,75. Тогда годовая экономия теплоты на работу систем отопления и вентиляции при применении установки утилизации, вычисленная по формуле

Q_т.у = L_п.н q_т.у  составит 2 970 000 кВт·ч/год.

Годовая экономия в оплате за теплоту С_т.у (руб/год) определяется по формуле
С_т.у = с_т Q_т.у,
где Q_т.у  годовая экономия тепловой энергии, кВт·ч/год;

с_т  отпускная стоимость тепловой энергии, руб/кВт·ч.

При с_т = 0,31 руб/кВт·ч годовая экономия составляет

920700 руб/год. Стоимость сооружения установки утилизации в данном здании составила порядка С _{ус. у} = 2 600 000 руб.

Срок окупаемости инвестиций 

---

_ок (лет) в установку вычисляется по зависимости
_ок = С _{ус. у} / С_т.у.
Для здания Совета Федерации окупаемость инвестиций составляет

_ок = 2 600 000 / 920 000 = 2,85 года.
Аналогичные результаты быстрой окупаемости утилизационных устройств получены и для других зданий, построенных в России.

Это позволяет сделать вывод, что применение установок утилизации теплоты вытяжного воздуха является эффективным и экономичным методом снижения расхода теплоты в системах отопления.

Третьим способом снижения расхода теплоты в системах отопления является автоматизация работы оборудования, обеспечивающая рациональные режимы работы отопления зданий. В индивидуальном тепловом пункте здания необходимо автоматизировать процесс приготовления горячей воды с учетом изменения наружных климатических условий, а в отапливаемых помещениях иметь у отопительных приборов терморегуляторы, обеспечивающие изменение расхода теплоты в зависимости от суточных колебаний теплового режима в отапливаемых помещениях.

Важным дополнительным резервом экономии ресурсов является качественная эксплуатация объектов теплоснабжения, соблюдение правил и регламентов технического содержания и ремонта оборудования.

4. 
   Альтернативные источники энергии
   

В качестве альтернативных источников энергии для тепло- и электроснабжения зданий применяются установки, использующие энергию солнца, ветра, термальных вод, морских приливов, твердых бытовых и промышленных отходов. Рассмотрим лишь некоторые их них.

Энергия солнечного излучения в инженерных системах зданий используется в форме нагретой жидкости и полученной электроэнергии. Для нагрева жидкости от солнечных лучей применяется солнечный коллектор.

Количество теплоты, Вт, воспринимаемой солнечным водонагревателем, вычисляется по выражению
Q_т.с.р = F_пан q_с.р _от,
где F_пан  поверхность тепловоспринимающей панели солнечного коллектора, м²; q_с.р  суммарный удельный поток радиации на поверхность, Вт/м²; _от  отражающая величина тепловоспринимающей панели.

Здесь поток солнечной радиации q_с.р зависит от географического места расположения объекта применения солнечного теплоприемника. Ориентация на страны света, угол наклона панели и время суток оказывают значительное влияние на величину

---

q_с.р. Опытным путем установлено, что наиболее рационально располагать теплоприемники по углом 46⁰ к горизонту. При южной ориентации теплоприемников наиболее высокие показатели наблюдаются от 11 до 13 ч, при юго-восточной в утренние 8  10 ч и после полудня 14  16 ч.

В табл.5.2 приведены данные суточных изменений удельного теплового потока солнечной радиации при наклоне под 46⁰ к горизонту поверхности теплоприемника на широте в 56⁰ северного полушария (Москва  Казань  Курган  Красноярск  Братск).

При вертикальном расположении оконного остекления удельный тепловой поток примерно на 25% будет меньше данных табл. 5.2.

Поступление теплоты солнечной радиации через окна будет способствовать снижению тепловой нагрузки на систему отопления. Поэтому энергетически рационально подать в помещение приточный воздух с температурой ниже t_в = 20 ⁰С, что позволит избежать перегрева помещений и сократить расходы теплоты на нагрев приточного наружного воздуха.

Для нагрева воды для горячего водоснабжения здания систему нагрева водопроводной воды от солнечной радиации в Москве Московской области можно использовать с апреля по октябрь.

Таблица 5.2
Суммарная удельная солнечная радиация для 56⁰ с.ш. при наклоне к горизонту теплоприемника под углом 46⁰ при южной ориентации

Дата замеров. Суммарная дневная радиация, Вт/(м2·сут)	Время суток, ч
	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
	Величина удельного потока qс.р, Вт/м2
21.01.  2938				159	425	575	623	575	425	158
21.02.  5154			204	476	675	799	843	799	676	476	204
21.03.  6508		126	374	604	794	897	945	897	784	604	374	123
21.04.  7185	44	233	450	654	816	919	953	919	816	654	450	233
21.05.  7474	88	277	481	667	815	906	941	906	815	867	481	277
21.06.  7508	107	209	485	664	803	893	926	893	803	664	485	209

---

Вторым направлением использования энергии солнца является создание электрических генераторов, вырабатывающих электрический ток при поглощении лучистой энергии. Самым важным элементом солнечной электрической технологии является солнечный элемент. Он состоит из очень тонкого слоя полупроводникового вещества, в качестве которого обычно используется силикон. Тонкая пленка заливается с двух сторон раствором с применением других элементов. Их в заливочной смеси подбирают таким образом, чтобы одна сторона поверхности солнечного элемента имела отрицательный заряд  излишек электронов, а вторая  положительный заряд  недостаток электронов.

При облучении элемента солнечным потоком энергия радиации абсорбируется (поглощается) заряженным материалом и возникают дополнительные заряженные частицы, движущиеся от одной стороны элемента к другой. Возникающая при этом разность потенциалов  напряжение  и создает поток электронов  электрический ток.

Широко известно применение солнечных панелей на космических аппаратах и станциях.

В бытовых целях применение электрических солнечных модулей сдерживается их высокой первоначальной стоимостью. Дальнейшее совершенствование технологии и постоянное повышение стоимости топлива будут способствовать применению наиболее экологически чистого способа получения электроэнергии от потока солнечной радиации.

Использование энергии ветра для выработки электроэнергии также находит все большее применение. Особенно это относится к Скандинавским странам  Дании, Норвегии, где имеют место постоянные ветры по побережью этих стран. В Дании разработана и принята программа применения ветроагрегатов, по которой к 2030 г. страна намерена обеспечит 50 % потребляемой энергии с использованием ветроагрегатов.

В России ветроагрегаты могут применяться в районах, где наблюдаются устойчивые ветры. К таким относятся большинство районов Крайнего Севера, Дальнего Востока, Камчатки, Сахалина, а также некоторые районы центральной России  Поволжье, Калмыкия и др.

Определенных успехов в освоении ветровых электростанций достигли энергетики ОАО «Калмыкэнерго» и ОАО «Чувашэнерго».

Строительство одной ветровой электростанции (ВЭС) окупается за 8 лет, а при сооружении двух агрегатов ВЭС окупаемость инвестиций снижается до 6 лет. Поэтому экономически и технологически целесообразно в климатических зонах с устойчивым ветровым потенциалом строить сразу десятки ВЭС.

---

Гибридные энергоустановки. В последнее время проработаны технические решения по сооружению так называемых гибридных солнечно - ветровых энергоустановок, объединяющих солнечные и ветровые электростанции в одном комплексе, что снижает погодную зависимость энергоснабжения потребителей (в деревне Шалочь Череповецкого района Вологодской области установлено 14 фотоэлектрических панелей, сблокированных с тремя ВЭУ-150, показавших хорошие результаты в совместной эксплуатации с компактным и энергоэффективным домовым оборудованием).

Использование горячих термальных вод. Громадный район Центральной России богат подземными запасами горячей, «термальной» воды (с температурой 50  70 ⁰С), залегающей на глубине 1200  1500 м. Больше запасы ее имеются также в предгорьях Кавказа, на Камчатке, Чукотке, Сахалине и других местах. Многие термальные источники с древнейших времен использовались для цели горячего лечебного водоснабжения, в теплицах и на отопление зданий.

Недостатком инженерных систем с использованием горячих термальных вод является быстрое накопление в трубопроводах и оборудовании осадков солей и шламов, содержащихся в этих водах. Поэтому для систем термального теплоснабжения обязательно применение очистных установок и разборных пластинчатых теплообменников для нагрева химически очищенной вторичной воды систем отопления. Осаждающиеся из термальной воды в пластинчатом теплообменнике соли легко удаляются щетками при разборке и очистке пластин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В повседневной жизни люди пользуются разнообразными благами как природными, естественными (воздух, вода, земля, солнечное сияние), так и рукотворными, созданными человеком. Современная общая экономическая теория классифицирует понятие «блага» как самостоятельную экономическую категорию, подразумевая под ним производство необходимых людям товаров и услуг, обладающих полезными потребительскими свойствами и удовлетворяющих потребности  нужду людей в чем-либо.

К таким благам-потребностям наряду с другими, в первую очередь, относятся жизнеобеспечивающие товары  электрическая и тепловая энергия и услуги теплоснабжения  отопление, вентиляция и горячее водоснабжение.

Настоящее учебное пособие «Основы централизованного теплоснабжения» посвящено рассмотрению принципиальных основ некоторых технических дисциплин теплоснабжения отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и тепловые сети жилых и общественных зданий, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

---