—овременные проблемы теплоснабжени€ малых объектов и поселений

—овременные проблемы теплоснабжени€ малых объектов и поселений

”ченые из Ћондонской школы гигиены и тропической медицины в 2015 году установили, что люди в 17 раз чаще умирают от болезней, вызванных вли€нием холодной погоды, чем от последствий перегрева. ¬ ходе работы, за период с 2005 по 2015 годы, ученые собрали данные по 384 населенным пунктам в 13 странах с разным климатом Ч от холодного в  анаде и Ўвеции до жаркого в Ѕразилии, “айване и “аиланде.

¬ соответствии с этим перспективы развити€ современной теплоэнергетики –оссии рассмотрим в разрезе трех порогов энергоэффективности по классификации ≈.√. √ашо  и рекомендаций Ќ.ѕ. ѕаршукова и ¬.ћ. Ћебедева.

 лассификацию по ≈.√. √ашо приведем полностью.

Ђ лиматическа€ ситуаци€ в –оссии беспрецедентна, т.к. большинство населени€ живет в гораздо более холодных услови€х, чем в ≈вропе или —еверной јмерике. ƒаже во всех странах —еверной ≈вропы отопительный сезон существенно короче и м€гче чем в средней полосе –оссии. ј из европейских городов с миллионным населением только ’ельсинки может сравнитьс€ с ћосквой по энергоклиматическим нагрузкам, по годовому количеству градусо∙часов.

√радусо∙часы отопительного периода Ч это произведение длительности отопительного периода на разницу температур между требуемой в помещении (+ 20 ⁰—) и средней температурой воздуха на улице в отопительный период. Ёто показатель теплового дефицита конкретной территории. ¬ районе ћосквы длительность отопительного сезона составл€ет 199 суток, а средн€€ внешн€€ температура отопительного периода Ч около Ц 1,5 ⁰—. “о есть в этой полосе дефицит тепла составл€ет примерно 103 тыс€чи градусо∙часов, в то врем€ как в районе —токгольма Ч меньше 90 тыс€ч. ≈сли сравнить ћосковскую область с территори€ми европейских столиц, то ситуаци€ ещЄ нагл€днее. ¬ ѕариже отопительный сезон Ч четыре мес€ца против московских семи, а дефицит тепла почти в три раза меньше, 38 тыс€ч градусо∙часов. Ћондон по этому показателю примерно на уровне ѕарижа. ќднако ћосква не самый холодный город в –оссии. ” нас, чем севернее и восточнее, тем зимой холоднее.

Ѕолее рассредоточенна€ система расселени€ в «ападной ≈вропе объ€сн€етс€, в том числе и еЄ климатом. ≈сли прин€ть, что необходимость коммунальных систем жизнеобеспечени€ возникает, начина€ с дефицита тепла в 84000 Ц 96000 градусо∙часов, то дл€ большинства регионов –оссии предпочтительнее концентраци€ потребителей тепла и, соответственно, использование централизованных систем тепло и электроснабжени€. „то и предопредел€ет компактность проживани€. ¬ ≈вропе города с тепловой нагрузкой свыше 60 % от московских значений тоже активно развивают централизованное теплоснабжение и теплофикацию.

ћожно сказать, что в –оссии существует климатическа€ граница, котора€ раздел€ет районы, где эффективно централизованное и децентрализованное отопление. ¬ ÷ентральном регионе –оссии она проходит примерно на широте Ѕелгорода и —аратова. Ёто, соответственно, и граница теплоэффективности строительства коттеджей. Ќеслучайно, что выше этой границы население в –оссии живет компактнее.

“епловые потери здани€ пр€мо пропорциональны важнейшему теплоэнергетическому показателю Ч удельной отопительной характеристики. “о есть чем больше площадь ограждающих конструкций Ч стен с окнами, тем больше потери. “ак, если разделить большое здание общим объемом 100 тыс€ч м3 на дес€ть отдельных строений объемом по 10 тыс€ч м3, то потери тепла возрастут в 2,5 раза. » чем больше дробитс€ здание, тем больше увеличиваютс€ затраты на отопление. »з этого также следует, что уменьшение зданий до объемов менее 2500 Ц 3000 м3 энергетически невыгодно.

Ќа основании этого можно утверждать о трех порогах энергоэффективности зданий и поселений.

ѕервый порог возникает при переходе от коттеджей (индивидуальных домов) к многоквартирным с объемом 3000 м3. ќриентировочно это два подъезда, три-четыре этажа. ” таких домов резко уменьшаетс€ отношение внешней площади стен к объему, снижаетс€ поступление холода к внутренним помещени€м. ”дельное потребление в таких здани€х ниже по сравнению с коттеджами примерно в три раза.

¬торой порог энергоэффективности возникает, когда таких домов становитс€ много и теплова€ нагрузка оказываетс€ достаточной дл€ создани€ централизованного отоплени€. ¬торой порог Ч это город на 90 Ц 150 тыс€ч населени€.  ак только город приближаетс€ к такому уровню, становитс€ эффективным централизованное отопление. ѕусть это будут даже котельные на п€ть-шесть домов, но удельные затраты будут меньше. Ќаличие хорошей общей дл€ города ремонтной службы тогда оправдано. (—истемы централизованного теплоснабжени€ от котельных эффективнее любых децентрализованных источников тепла при плотности тепловых нагрузок более 1,07 Ц 1,28 √ƒж/ч на 1 га независимо от их значений ).

Ќеэффективность централизованного теплоснабжени€ в малых поселени€х подтверждаетс€ математической моделью управлени€ аварийными запасами материально-технических ресурсов на объектах в случае аварийного ремонта.

–ассмотрим модель оптимизации времени выполнени€ аварийных строительно-монтажных работ по источнику , в том числе, когда снабжающа€ организаци€ (склад) находитс€ далеко.

аналитика 1.jpgаналитика 2.jpg

аналитика 3.jpg

“ретий порог Ч переход к городу с численностью населени€ 300 тыс€ч жителей. “огда станов€тс€ эффективными “Ё÷, которые вырабатывают, не только тепло, но и электричество. ¬ этом случае повышаетс€  ѕƒ использовани€ топлива примерно на треть.  стати, географы показали, что город с населением 300 тыс€ч человек оптимален не только с точки зрени€ энергоэффективности, но и с точки зрени€ организации транспорта и комфортности проживани€ в целом. ¬ городах с населением более 500 тыс€ч эти преимущества начинают утрачиватьс€.

ѕо данным института Ђ¬Ќ»ѕ»энергопромї теплофикационные системы эффективнее систем централизованного теплоснабжени€ от котельных при плотности тепловой нагрузки более 2,1 √ƒж/ч на 1 га и тепловой мощности 2000 Ц 2500 √ƒж/ч

 Ёто может быть или сравнительно крупный город с количеством жителей не менее 200 тыс. человек или крупное промышленное предпри€тие с круглогодичным потреблением тепла на технологические нужды. ¬едь об€зательным условием размещени€ “Ё÷ Ц это достаточность потребителей тепла.

ј города с миллионным населением в –оссии с еЄ климатом Ч это особый случай. Ёто города военно-промышленного комплекса, они создавались искусственно, и вопросы эффективности и затрат не рассматривались. ¬от почему они сейчас в т€желом состо€нии Ч превышен оптимальный размер. » дл€ их развити€ нужны специальные инфраструктурные решени€ и по энергетике, и по транспорту.

≈сли обратимс€ к зарубежному опыту, то следует отметить, что в ≈вропе повсеместно сочетаютс€ централизованное и распределительное теплоснабжение. ¬ зонах высокой нагрузки в крупных городах работают централизованные системы. ј децентрализованные системы их дополн€ют и используютс€ в небольших городах, где строить “Ё÷ неэффективно. Ќо, конечно, многое определ€ет климат. «има Ѕерлина по градусо∙суткам Ч это ползимы ћосквы. ј на юге ‘–√, в районе ћюнхена, централизованное отопление в отдельные зимы не приносит прибыли.

ќдин из главных аргументов против централизованных систем Ч потери на теплотрассах и перетопы. ќднако когда речь идет о плотной застройке, то тепловые потери приемлемы. — перетопами дела обсто€т значительно хуже.

”тепление существующих домов в –оссии не всегда оправдано. ѕри нынешнем соотношении цен на топливо и стройматериалы, наши температурные услови€ и банковские проценты, утепление стен будет окупатьс€ от 40 до 120 лет. » ключевым фактором оказываютс€ не цены, а банковска€ ставка! » только когда банковска€ ставка понижаетс€ ниже 8 % годовых, резко возрастает роль цены топлива.

ќпыт либерализации в сфере ∆ ’ в р€де стран показал, что базовые факторы успеха Ч не форма и статус собственника, а прозрачность де€тельности организации, еЄ подотчетность, компетентность и добросовестность персонала.  ак правило, мы платим за 100 единиц тепла, хот€ в дом реально приходит 65. Ёто св€зано, в том числе с тем, что с 1975 года началось плавное сокращение инвестиций в энергетику.

Ёлектропотребление на квадратный метр в –оссии непрерывно растет, потому что по€вл€етс€ нова€ техника. –аньше Ђквартираї потребл€ла в среднем 3 к¬т∙ч в сутки, потом Ч 7, сейчас уже Ч 15, и это не предел. » это тогда, когда у нас потребление электроэнергии в два раза меньше на душу населени€, чем в промышленно развитых странах.  роме того, у нас ограничение потреблени€ электроэнергии во многом св€зано с потер€ми электроэнергии в электрических сет€х, например, в ѕодмосковье они выше, чем по теплу. ѕотери доход€т до 15 Ц 18 %ї.

ѕерспективы развити€ современной теплоэнергетики неразрывно св€заны также с поставками топлива, в том числе угл€. ѕричем выгодность поставок угл€ также имеет условно три порога эффективности. ѕервый порог Ч поставки угл€ эшелонами на “Ё÷, второй порог Ч поставки угл€ большими самосвалами на котельные и третий порог Ч это развоз угл€ мелким автотранспортом децентрализованным потребител€м. “ретий порог поставок и использовани€ угл€ вообще должен быть, по возможности, исключен, т.к. при использовании угл€ в частных домах, усадьбах каждодневный его розжиг требует значительного количества дров.  роме того осенью и весной дл€ минимального обогрева помещений часто используют одни дрова, без угл€.

ѕоскольку ниже будет рассматриватьс€ эффективность теплоснабжени€ за счет использовани€ тепловых насосов (“Ќ), то немного остановимс€ на технологических решени€х выработки холода.

—егодн€ производство холода повсеместно осуществл€етс€ в основном за счет электроэнергии. Ёто не всегда оправдано как с энергетической, так и с экономической точки зрени€.

¬месте с тем по€вл€ютс€ технологии производства холода, использующие €рко выраженные вторичные топливно-энергетические ресурсы (“Ё–). “ак централизованна€ система холодоснабжени€ в јмстердаме долгое врем€ €вл€лась Ђсекретным оружиемї Ќидерландов. ¬ стране существует несколько таких небольших систем. Ѕольшинство из них аккумулируют тепло и холод в подземных водоносных сло€х и снабжают теплом (зимой) и холодом (летом) одно или несколько зданий; однако эти аккумул€торы слишком малы, чтобы рассматривать их как централизованную систему. ¬ 2003 г. энергетическа€ компани€ Nuon прин€ла решение об установке в јмстердаме коммерческой централизованной системы холодоснабжени€ при содействии Ўведской управл€ющей компании Capital Cooling Europe. ћощность централизованных систем охлаждени€ спроектирована дл€ максимального потреблени€ в 76 ћ¬т. ќжидаетс€, что в 2012 г. они будут поставл€ть 100 ћ¬т∙ч холода за счет холода со дна озера Ќьюве-ћэр и холода, получаемого от охлаждающих установок. ќбычные охлаждающие установки в здани€х имеют низкий коэффициент преобразовани€ энергии, около 2,5. ¬ проектируемой системе центрального холодоснабжени€ дл€ международного делового центра ÷уидас в јмстердаме дл€ производства 36 ћƒж холода потребуетс€ только 1 к¬т∙ч электроэнергии. Ёта централизованна€ система холодоснабжени€ уменьшит выбросы —ќ2 на 75 %.

Ќи дл€ кого не секрет, что сегодн€ аккумулирование тепловой энергии €вл€етс€ ключевой составл€ющей во многих энергосберегающих системах отоплени€ и охлаждени€ зданий. ќно служит дл€ долговременного хранилища и солнечного тепла, помимо тепла и холода Ђизвлекаемыхї из воздуха. “акие технологии получают все большее распространение во многих странах, при этом используютс€ (или не используютс€) “Ќ.

¬о многих коммерческих здани€х в системах охлаждени€ и системах кондиционировани€ широкое распространение получила так называема€ лед€на€ вода и аккумул€торы холода (льдоаккумул€торы). ќни используютс€ дл€ того, чтобы избежать оплаты электроэнергии в периоды еЄ максимального потреблени€, когда она наиболее дорога€.

–азрабатываютс€ и другие энергосберегающие технологии. “ак, можно значительно увеличить теплоемкость легких строительных конструкций, использу€ материалы, претерпевающие фазовый переход (Phase Change Materials). ¬ насто€щее врем€ ведутс€ исследовани€ по использованию дл€ отоплени€ и охлаждени€ микро-инкапсулированных парафинов в штукатурке или в гипсовых панел€х или в кровл€х. ѕерегрев помещений можно уменьшить или полностью устранить путем увеличени€ теплосодержани€ материалов здани€. — помощью таких материалов, которые в ночное врем€ под действием естественной вентил€ции Ч Ђхолодногої ночного воздуха отдают запасенное тепло, в доме будет поддерживатьс€ комфортна€ температура. Ќо такой дом зимой труднее прогреть как после дневного, так и длительного отсутстви€.

ј на ”краине рассматриваетс€ обогрев жилого района на острове ’ортица (легендарный остров, где располагалась знаменита€ «апорожска€ —ечь. ¬ насто€щее врем€ остров €вл€етс€ частью города «апорожь€) “Ќ с использованием теплоты воды реки ƒнепр с температурой до + 3 ⁰—.

аналитика 4.jpg

–€дом ученых-практиков проблемы теплоснабжени€ предлагаетс€ решать с помощью возведени€ энергопассивных домов. “ермин ЂЁнергопассивный домї относитс€ к строительным стандартам. Ёти стандарты могут быть выполнены с использованием различных технологий, конструкций и материалов. јвтономна€ система электро- и теплоснабжени€ таких домов состоит, как правило, из фотоэлектрических преобразователей (‘Ёѕ) и солнечных нагревателей, на крыше.

Ёнергопассивные дома имеют близкое к нулю потребление внешнего тепла, т.к. дл€ обеспечени€ комфортной температуры в течение отопительного сезона достаточно поступлени€ солнечной радиации через окна, а также теплового излучени€ от бытовых приборов и людей. (ќднако, поступление тепла от приборов св€зано с использованием электроэнергии, а при еЄ производстве по конденсатному циклу (когда дл€ энергопассивных домов теплова€ энерги€ не нужна) будет происходить рассеивание тепла (до 60 % от полученного при сжигании топлива) через градирни. ¬ св€зи с этим остаетс€ открытым вопрос Ч куда относить эти потери тепла? Ћогично было бы относить эти потери на баланс таких энергопассивных домов. ѕримечание автора).

Ќаиболее активно работы по энергопассивным домам ведутс€ сейчас в √ермании Ч рассматриваютс€ возможности резкого снижени€ потреблени€ энергии, необходимой дл€ отоплени€ зданий, за счет различных комбинаций; улучшени€ теплоизол€ции т.д. Ёти меропри€ти€, по мнению специалистов, должны стать основой характеристик зданий будущего.

¬ насто€щее врем€ существующие не усовершенствованные здани€ старой постройки требуют в год на отопление от 300 до 400 к¬т∙ч/м2 энергии, потребность дл€ зданий будущего поколени€ должна составить от 20 до 40 к¬т∙ч/м2 и далее до нулевого значени€ (“аблица 1).

“аблица 1 Ц Ёволюци€ годового энергопотреблени€ зданий в √ермании (прогнозные оценки на несколько дес€тилетий)

√руппа зданий

Ёнергопотребление

I

«дани€ старой постройки, эксплуатируемые сегодн€, в которых удельный расход энергии на отопление составл€ет от 300 до 400 к¬т∙ч/м2

II

«дани€, соответствующие требовани€м законодательства √ермании по теплозащите 1982 Ц 1984 годов (действующим и сегодн€), в которых удельный расход энергии на отопление составл€ет от 150 до 200 к¬т∙ч/м2

III

«дани€ с низким энергопотреблением (low-energy house (LEH), построенные с использованием современных строительных материалов, соответствующих немецким требовани€м по теплозащите 1995 года), в которых удельный расход энергии на отопление составл€ет от 50 до 80 к¬т∙ч/м2

IV

«дани€ с ультранизким энергопотреблением (ultra-house), в которых удельный расход энергии на отопление составл€ет от 20 до 40 к¬т∙ч/м2

V

«дани€ с нулевым расходом энергии. «дани€ с нулевым расходом энергии на отопление. «дани€, обеспечивающие собственные энергетические потребности.

ƒл€ снижени€ энергопотреблени€ зданий, в соответствии с таблицей 1 по мнению германских специалистов достаточно учесть следующие элементы, перечисленные в пор€дке их значимости:

высокоэффективна€ теплоизол€ци€;

современные Ђинтеллектуальныеї отопительные установки и системы регулировки отоплени€, соответствующие высокому уровню теплоизол€ции с высоким  ѕƒ;

большие стекл€нные поверхности (окна) дл€ пассивного использовани€ солнечного излучени€, установленные, преимущественно, на южной стороне здани€;

рекупераци€ тепла в системах вентил€ции (воздух выходит из дома и поступает в него не через обычный вентил€ционный выход, а через подземный воздуховод, снабженный рекуператором), регулируемых пользователем;

положительное отношение жильцов к здани€м с низким энергопотреблением. ¬ыбира€ режим проветривани€ и температуру помещени€, потребитель значительным образом вли€ет на тепловой баланс здани€ и, тем самым, на потребление энергии, на отопление. ѕоэтому проекты современных энергоэффективных зданий должны предусматривать тесное взаимодействие с жильцами, иначе возможно либо снижение уровн€ комфорта, либо увеличение потреблени€ энергии.

ѕринципиальна€ схема работы вентил€ции энергопассивного дома следующа€: зимой холодный воздух входит в подземный воздуховод, нагрева€сь там за счет тепла земли, а затем поступает в рекуператор. ¬ рекуператоре отработанный домашний воздух ещЄ больше нагревает свежий и выбрасываетс€ на улицу. Ќагретый свежий воздух, поступающий в дом, имеет в результате температуру около 17 ⁰—. Ћетом гор€чий воздух, поступа€ в подземный воздуховод, сразу охлаждаетс€ там от контакта с Ђземлейї до этой же температуры.

 онечно, в эволюционном развитии зданий следует учитывать расход энергии за весь период жизненного цикла здани€, т.е. расход энергии на строительство, эксплуатацию, снос и утилизацию здани€. ѕри расчете жизненного цикла здани€ необходимо учесть не только потоки энергии, но и потоки материалов и отходов. »наче дл€ здани€ с низким энергопотреблением, но построенного с большими энергетическими затратами, общие затраты энергии за период жизненного цикла могут оказатьс€ очень велики.

»з приведенного следует, что здани€ с нулевым энергопотреблением Ч это, прежде всего здани€, с активным и пассивным использованием дл€ энергоснабжени€ солнечного излучени€.

—егодн€ большинство зданий в –оссии имеют низкую энергоэффективность, уступа€ стандартам европейских параметров дл€ строительства обычных домов, не говор€ уже об энергопассивных.  ак ни странно, но в более теплой √ермании примен€ютс€ более жесткие нормы по теплоизол€ции помещений. “ак, например, удельный годовой расход тепла дл€ обычного немецкого дома находитс€ на уровне Ч не более 300 к¬т∙ч/м3 в год, в то врем€ как в –оссии Ч 400 Ц 600 к¬т∙ч/м3 в год. »з этого следует, что энергопассивные дома гораздо актуальнее в наших суровых услови€х, чем в относительно м€гком климате большинства стран «апада.

¬ насто€щее врем€ в –оссии, медленно, но верно происходит повышение энергоэффективности ограждающих конструкций зданий.

аналитика 5.jpg

аналитика 6.jpg


јвтор: ќсадчий √еннадий Ѕорисович, инженер, автор 140 изобретений ———–           

  • ƒата публикации: 29.06.2015
  • 2242
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150