Сборник докладов Энергетика, надежность, безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

может стать использование ЧРП, позволяющих поддерживать стабильное минимально

достаточное давление газа на выходе из КС. Установка ЧРП с введением технологической

обратной связи по давлению позволит оптимизировать режимы работы ГПА и КС в целом.

УДК 621.311.21-827

Экологически чистая комплексная энергетика для промышленности и транспорта

В.С. Лысенко, Б.Д. Кулжабаев

ТОО Научно-техническая фирма «КАВИС», г. Алматы, республика Казахстан

vikstel.777@mail.ru

Традиционные энергетические технологии (за исключением гидроэнергетики,

ветроэнергетики и гелиоэнергетики) основаны на сжигании разнообразных видов топлива, что

наносит ущерб экологии, а запасы топлива на Земле истощаются и постоянно дорожают.

Для комплексного решения проблем современной экологически чистой энергетической

технологии важнейшим вопросом является определение оптимальных сочетаний альтернативных

и природных возобновляемых источников энергии, таких

как энергия рек, морей, океанов, ветра,

солнца, гравитация, инерция и других.

Анализ природных явлений и организации жизни на Земле отчетливо показывает, что все

природные энергетические процессы на нашей планете обходятся без использования

органического и ядерного топлива [1, 2]. Согласно этим последним представлениям в земных

условиях есть два основных естественных источников энергии, существенно

отличающихся по

своим проявлениям. Первый – это вещество, в котором Природой аккумулирована энергия связи

элементарных частиц, которая высвобождается при расщеплении-распаде вещества на

элементарные частицы. Второй источник энергии – это воздействие окружения (гравитация,

воздействие полей, кориолисово (вихревое) самовращение, космические потоки – например,

солнечная энергия и другие).

В настоящее время все отчетливее просматривается тенденция развития

естественной

энергетики, экологически чистой и адоптированной к земным условиям. Одним из перспективных

направлений естественной энергетики является использование вихревого эффекта – кориолисова

самовращения.

Вихревое движение проявляется повсеместно, начиная от перемещения галактик и планет

до движения элементарных частиц. Вихревое движение атмосферного воздуха в природных

циклонах, торнадо, тайфунах и ураганах, а также вихревые образования

в водоемах планеты

являются одним из самых загадочных явлений природы. Физика образования природных вихрей и

их внутренняя энергетика до настоящего времени еще не изучена, а множество гипотез и

математических моделей [3] не дают ясной картины и описывают лишь частные случаи.

Идея комплексных систем альтернативной энергетики сводится к предпроектному

комплексному анализу оптимального использования сочетаний конкретных мощностей

возобновляемых источников энергии с устройствами естественной энергетики для максимального

удовлетворения потребностей локального объекта. В этом случае для конкретной энергетической

установки, использующей альтернативно-возобновляемые источники энергии, максимальная

мощность N, полностью обеспечивающая локальный объект всеми видами энергии можно

записать в виде

N = Σ N

= Σ N

+ Σ N

где Σ N

– сумма мощностей всех необходимых видов энергии, Σ N

– сумма мощностей всех

возобновляемых источников энергии, Σ N

– сумма мощностей всех альтернативных источников

энергии.

Научно-технической фирмой «КАВИС» разработаны комплексные системы на основе

энергетических устройств, использующих вихревой эффект и возобновляемые источники энергии

[4-6]. Энергия от различных возобновляемых источников суммируется и преобразуется в

разнообразные виды энергии: при помощи вихревых, роторно-вихревых теплогенераторов в тепло,

при помощи компрессора в сжатый воздух

, при помощи водяного насоса в напорное движение

жидкости, при помощи генератора в электрический ток.

Например, в предгорьях Заилийского Алатау много горных рек и водосбросов по трубам,

но очень малый ресурс ветра. Поэтому в этих районах целесообразно использовать энергию

горных потоков воды, солнца, низкотемпературную энергию водоемов. Энергия воды при помощи

вихревой

гидротурбины преобразуется во вращательное движение и через кинематические связи

111

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

передается через управляемые муфты компрессору, роторно-вихревому теплогенератору и

электрическому генератору. В зависимости от нужд потребителя при помощи управляемых муфт

можно перераспределять энергию на выработку определенного вида.

В зимнее время требуется большее количество тепловой энергии, поэтому система

настраивается на максимальную выработку тепла роторно-вихревым теплогенератором. При этом

и сжатый воздух включается

в систему выработки тепла путем подачи его в воздушную вихревую

трубу. В этой трубе происходит разделение потока воздуха на холодный и горячий. Горячий поток

идет в систему отопления, а холодный поступает в систему отбора тепла от водоема с

низкотемпературным градиентом температуры и возвращается в вихревую трубу несколько

нагретым, где повторяется цикл разделения потока воздуха с положительным тепловым

градиентом. Кроме того, энергия солнца в дневное время аккумулируется и также подается в

систему отопления. Летом ситуация меняется, необходимо больше холода, например для

овощехранилища или холодильника. В этом случае система переводится на максимальную

выработку холода. При этом роторно-вихревой теплогенератор отключается, а холодный поток

воздуха из воздушной вихревой трубы подается в овощехранилище или холодильник. При этом

горячий поток воздуха подается в систему теплообмена низкотемпературного тепла водоема, где

отдает тепло и возвращается в вихревую трубу, где повторяется цикл разделения потока воздуха с

отрицательным тепловым градиентом.

Одним из преимуществ комплексных систем является возможность аккумулирование

наиболее выгодного

в этом отношении вида энергии. Например, аккумулировать тепловую

энергию и сжатый воздух значительно дешевле, чем электрическую энергию. Электрические

аккумуляторы имеют высокую стоимость.

Чтобы установки альтернативной энергетики были доступными самым широким слоям

населения и чтобы они пользовались спросом, они должны быть дешёвыми. Само по себе

создание гибридных систем альтернативной энергетики, является достаточно

эффективным

средством снижения себестоимости систем альтернативной энергетики в целом.

Конечно же, дешевле и проще, в одной установке собирать энергию от самых различных

источников, нежели на каждый вид энергии делать свою установку, которая сначала будет

преобразовывать эту энергию в электричество, а затем это электричество будет, где-то собираться,

и где-то накапливаться в аккумуляторах.

Преобразование в электричество, приводит к неизбежным потерям и в электрогенераторе

и в преобразователе и в аккумуляторе. К тому же, чтобы установить электрогенератор в морскую

или речную воду, его нужно очень тщательно защитить от попадания соли и влаги, а это

достаточно непростая и дорогостоящая задача. С пневмокомпрессором или роторно-вихревым

теплогенератором, таких проблем не возникает. Их не нужно ни от чего защищать.

Если вода или влага и будут попадать в пневмокопрессор, то они будут скапливаться в

дренажной системе и никоим образом не повлияют на работу системы в целом. Кроме того,

электрогенератору, для того чтобы он начал работать, нужна определённая скорость, а для работы

пневмокомпрессора вполне достаточно, лишь бы скорость была больше нуля.

Так, например, ветрокомпрессор, в отличие от ветроэлектрогенератора, уже начинает

давать энергию после того, как только ветроколесо начнёт вращаться. Что касается стоимости, то

пневмокомпрессор на порядок дешевле электрогенератора аналогичной мощности.

Следующим путём снижения себестоимости установок альтернативной энергетики,

является создание стандартных модулей и агрегатов, из которых и будет собираться система в

целом, в зависимости от её назначения. Ещё лучше, если в качестве этих модулей и агрегатов,

применять серийно выпускаемые узлы и детали машиностроительного производства. Эти узлы и

детали уже отработаны, испытаны и проверены. Их стоимость значительно дешевле, нежели

аналогичные изделия, сделанные на заказ.

Научно-технической фирмой «КАВИС» разработана комплексная система вихревых и

роторно-вихревых теплогенераторов для использования энергии горных потоков воды,

низкотемпературного тепла и энергии солнца для комплексного энергоснабжения предприятий

легкой промышленности.

Например, для энергетического обеспечения Каргалинского суконного комбината,

расположенного в предгорьях Заилийского Алатау, требуется сжатый воздух для

технологического оборудования, тепло для отопления производственных помещений и

технологических нужд (горячая вода и пар для ПОШ, крашения шерсти и отделки тканей) и

электрическая энергия для привода технологического оборудования. На территории комбината

имеется гидроэлектростанция мощностью 700 кВт, с плотиной и двухкилометровым двухтрубным

112

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

водоводом. В настоящее время оборудование этой ГЭС морально устарело, но напорный водовод

в состоянии прослужить еще много лет.

Для полного перевода энергоснабжения комбината на экологически чистое

альтернативное возобновляемое энергоснабжение достаточно проложить напорные водоводы

соответствующих мощностей до компрессорной и котельной и произвести их модернизацию, а

также переоборудовать существующую ГЭС.

Для выработки сжатого воздуха требуется гидротурбина соответствующей мощности,

кинематическая связь и компрессор.

Для выработки тепловой энергии в виде горячей воды или пара требуется также гидротур-

бина соответствующей мощности, кинематическая связь и роторно-вихревой теплогенератор.

Научно-технической фирмой «КАВИС» также разработана комплексная система

вихревых и роторно-вихревых теплогенераторов для использования энергии движения и вибрации

железнодорожного транспорта для отопления пассажирских вагонов и нагрева нефти при

транспортировании её в цистернах в зимних условиях.

Для отопления пассажирских вагонов используется роторно-вихревой и вихревой

теплогенераторы. Первый для получения тепловой энергии использует привод от колесных пар и

энергию рекуперации при торможении состава. Второй преобразовывает энергию вибрации

посредствам гидроцилиндров, которые через кинематические связи встраиваются в подвеску

ходовой части пассажирского вагона. Основные преимущества этой система отопления является:

экологическая чистота; простота конструкций теплогенераторов; надежность; высокая

эффективность выработки тепловой энергии; повышение комфортабельности за счет снижения

вибрации вагона.

Рамки данной статьи не позволяют детально описать конструктивные особенности

отдельных агрегатов и все возможные комбинации комплексных систем альтернативной

энергетики для использования возобновляемых источников энергии. Очевидно, вариантов их

исполнения множество и в зависимости от потребностей предприятий промышленности и в

зависимости от геологических возможностей региона их расположения.

Что касается конструкций роторно-вихревого и вихревого теплогенераторов, то они

настолько просты, что их производства можно организовать на базе любого машиностроительного

завода.

Опытные образцы роторно-вихревого теплогенератора с приводом от электродвигателей

номинальной мощностью 7 и 11 кВт изготовлены и последний испытан в аккредитованной

лаборатории испытательного центра

ТОО «Центр сертификации продукции и услуг» (Протокол

испытания № К15/2006 от 12 октября 2006 года). Испытания производились в сравнении с

аналогичной мощности электроТЭНовым котлом производства фирмы «КЕЛЕТ». Испытания

показали, что эффективность выработки тепловой энергии роторно-вихревым теплогенератором на

8% выше, чем у традиционного электроТЭНового котла.

Список литературы:

1. Андреев Е.И., Смирнов А

.П. и др. Естественная энергетика. С-Пб.: Издательство «НЕСТОР»,

2000. 125 с.

2. Андреев Е.И. Основы естественной энергетики. С-Пб.: Изд. «Невская жемчужина», 2004. 584 с.

3. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиции

теории движения. Кишенев, Черкассы: «ЭКО-ПЛЮС», 2000. 387с.

4. Лысенко В.С. Предварительный патент РК № 11877. Теплогенератор и устройство для нагрева

жидкости.

5. Лысенко В.С. Предварительный патент РК № 13829. Теплоэлектростанция.

6. Лысенко В.С.// Альтернативные тепловые установки. Новости науки Казахстана. Научно-

технический сборник. 2001. №4. с. 32-36.

УДК (338.246:346.548):620.9(1)

Исследование динамики и прогнозирование региональной энергетической безопасности

А.Л. Мызин, П.Е. Мезенцев, П.А. Пыхов

Уральский государственный технический университет – УПИ, г. Екатеринбург

Институт теплофизики УрО РАН, г. Екатеринбург

Институт экономики УрО РАН, г. Екатеринбург

mez@itp.uran.ru, papihov@mail.ru

Разработана комплексная схема диагностирования, моделирования и прогнозирования

113

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

ситуации по энергетической безопасности (ЭнБ), изображенная на рис. 1. Методика основана на

использовании индикативного анализа [1].

Рис. 1. Схема диагностирования, моделирования и прогнозирования ситуации по

энергетической безопасности

С ее применением проведены расчеты и получена динамическая картина изменения ЭнБ

федеральных округов РФ с 2000 года, представленная на рис. 2. Обозначения ПК и К

соответствуют зонам предкризисного и кризисного состояния, а их номера – стадиям углубления

кризиса. Из диаграммы следует, что после

2000 года ситуация по ЭнБ федеральных округов РФ

медленно улучшалась и лишь в 2006 году это улучшение приобрело существенный характер.

В соответствии с разработанной комплексной методикой на основе анализа результатов

исследования динамических процессов изменения индикативных показателей энергетической

безопасности с применением корреляционного анализа были выявлены и с применением методов

эконометрического моделирования получены модели

прогнозного изменения ключевых

индикативных показателей безопасности. Это открывает возможности прогнозирования будущих

состояний энергетической безопасности территорий. Прогнозные показатели строятся в

зависимости от разрабатываемых сценариев условий развития. В соответствии с этим подходом

были сформированы два сценария развития электроэнергетики Уральского округа и его

территорий на период до 2015 года – умеренный и оптимистический.

114

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

ПК2

К1

К2

ПК3

ПК1

0,2

0,45

0,7

0,95

1,2

1,45

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Годы

Нормализованная оценка

Центральный

Северо-Западный

Южный

Приволжский

Уральский

Сибирский

Дальнев осточный

Рис. 2. Динамика комплексной оценки энергетической безопасности федеральных округов РФ

С применением полученных моделей были рассчитаны прогнозные значения показателей

инвестирования предприятий электроэнергетики для этих территорий. Полученные динамические

прогнозные оценки представлены на рис. 3 и 4. Эти оценки могут быть использованы для

прогнозирования ситуационного состояния территорий по энергетической безопасности.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Годы

Значение индикатора, %

Курганская область

Свердловская область

Тюменская область

Челябинская область

УрФО

Рис. 3. Динамика изменения ситуации по индикативному показателю инвестирования

предприятий электроэнергетики в 2007 – 2015 гг. (умеренный вариант)

Полученные результаты показывают, что по инвестированию предприятий

электроэнергетики территорий Уральского федерального округа в ближайшие несколько лет

ожидается определенное оживление, которое будет продолжаться до 2010 года, после чего

прогнозируется снижение инвестиционной активности в оптимистичном сценарии до 15-30%

объема производства,

а в умеренном – до 10-17%.

115

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Годы

Значение индикатора, %

Курганская область

Свердловская область

Тюменская область

Челябинская область

УрФО

Рис. 4. Динамика изменения ситуации по индикативному показателю инвестирования

предприятий электроэнергетики в 2007–2015 гг. (оптимистичный вариант)

Исследование выполнялось при финансовой поддержке РГНФ (проекты 08-02-0031а и 08-

02-83222а/у) и конкурса научных проектов молодых ученых и аспирантов УрО РАН на 2008 год

по проекту: Система мониторинга энергетической безопасности регионов России.

Список используемой литературы:

Татаркин А.И., Куклин А.А., Мызин А.Л., Калина А.В. и др. Комплексная методика

диагностики энергетической безопасности территориальных образований Российской

Федерации (вторая редакция). Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2002. 80 с.

УДК 330.322:620.9(1)

Сравнение энергоинвестиционной привлекательности регионов

по поставкам кузнецкого угля

А.А. Куклин, А.Л. Мызин, О.А. Денисова

Институт экономики УрО РАН, г. Екатеринбург

Уральский государственный технический университет – УПИ, г. Екатеринбург

dennioks@mail.ru

Энергетическое направление бизнеса становится все более актуальным в российских

условиях. Перефразируя известное высказывание, про наше время можно сказать: "Кто владеет

энергией, тот владеет ситуацией".

116

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Однако задача определения приоритетов бизнеса в энергетической сфере непроста.

Прежде всего, она тесно связана с изучением вопросов энергетической безопасности. В этом

направлении исследовалась и задача определения энергоинвестиционной привлекательности

территорий регионов по поставкам на них кузнецких углей.

В круг исследуемых территорий вошли 17 субъектов РФ, а именно 11 регионов, входящих

в Уральское энергообъединение, 4 региона

Юго-Западной Сибири (Кемеровская, Новосибирская,

Томская области и Республика Хакасия) и 2 региона Поволжья (Самарская и Ульяновская

области).

При решении задачи был использован опыт решения задач диагностирования

экономической и энергетической безопасности регионов, поскольку вопросы рисков, угроз

безопасности наиболее существенно определяют уровни энергоинвестиционной

привлекательности территорий. Основным методическим подходом при этом явился хорошо

себя

зарекомендовавший индикативный метод анализа, в соответствии с которым на основе построения

баз исходных данных по территориальным объектам и изучения динамики их изменения,

характера проявления угроз безопасности и их последствий формируется система индикативных

показателей экономической и энергетической безопасности, по значениям которых можно судить

о степени действия угроз безопасности различного рода, в

том числе и безопасности ведения

бизнеса на территориях.

Однако, столкнувшись с проблемой энергоинвестиционной привлекательности, мы

поняли, что она, хотя и включает в себя проблемы экономической и энергетической безопасности,

однако не ограничивается лишь ими. Поэтому пришлось создавать специальный методический

подход определения сравнительной энергоинвестиционной привлекательности территорий

регионального уровня.

Прежде всего, выявилось, что само понятие энергоинвестиционной привлекательности

многогранно. Нами было дано следующее определение энергоинвестиционной

привлекательности: под энергоинвестиционной привлекательностью территории следует

считать такое состояние экономики, социального климата и энергетики территории, которое

создает благоприятные условия для привлечения инвестиций в энергетический бизнес того или

иного рода на территории.

При разработке методического подхода в его основу был положен

основной принцип

индикативного анализа, в соответствии с которым общее суждение о сравнительной

энергоинвестиционной привлекательности различных территорий выносилось в зависимости от

значений индикаторов энергоинвестиционной привлекательности.

Их состав был структурирован следующим образом. Все индикативные показатели были

структурированы по четырем группам:

• показатели инвестиционной потенциала территории (как создающие более или менее

благоприятный общесоциальный

и общеэкономический фон, на котором разворачивается

энергоинвестиционный бизнес на территории). Таких показателей было выявлено 11;

• показатели энергоинвестиционного потенциала территории. Это наиболее

представительная группа показателей. В нее вошел целый ряд показателей энергетической

безопасности, показателей угольного бизнеса и т.д. Общее число показателей составило

27;

• показатели инвестиционного риска на территории. Важнейшими составляющими

этой

группы являются индикативные показатели экономической безопасности. Их число в

группе составило 12;

• показатели энергоинвестиционного риска. К этим показателям относится та часть

индикативных показателей безопасности, увеличение кризисности по которым приводит к

повышению степени энергоинвестиционного риска на территории. Таких показателей

было выделено 7.

Разработана методика, позволяющая определять интегральный показатель

энергоинвестиционной привлекательности территорий, соответствующий

поставленной задаче.

В результате удалось провести ранжирование территорий по их энергоинвестиционной

привлекательности (рис.1) и решить ряд частных задач определения энергоинвестиционных

потенциалов, энергоинвестиционных рисков, определить специфическое действие угольного

фактора и т.д. и дать рекомендации по сравнительной энергоинвестиционной привлекательности

территорий.

117

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Башкортостан

Удмуртская респ.

Пермский кр.

Кировская обл.

Оренбургская обл.

Самарская обл.

Ульяновская обл.

Курганская обл.

Свердловская обл.

Тюменская обл

ХМАО

ЯНАО

Челябинская обл.

Респ. Хакасия

Кемеровская обл.

Новосибирская обл.

Томская обл.

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

значение интегрального показателя

энергоинвестиционной привлекательности

Рис. 1. Оценка энергоинвестиционной привлекательности территорий

Сопоставление энергоинвестиционной привлекательности территорий по общему

интегральному показателю привело к следующим результатам. В число наиболее

привлекательных вошли Республика Хакасия, Тюменская, Кемеровская и Новосибирская области.

Принадлежность территорий, прилегающих к Кузнецкому угольному бассейну, по-видимому,

объясняется, во-первых, исключительно высокой долей угля в топливно-энергетическом балансе

территорий, в результате чего их промышленность становится технологически буквально

обречена на потребление этого топлива. Во-вторых, этот вид топлива привлекателен для этих

территорий ввиду малых транспортных расходов на его доставку.

Наименее инвестиционно привлекательными территориями оказались территории Ямало-

Ненецкого АО, Самарской, Томской, Кировской и Курганской областей. Появление в этом списке

Кировской и

Курганской областей неудивительно. Эти территории являются бедными

дотационными регионами с низкими темпами экономического развития, т.е. мало

привлекательными для бизнеса.

Появление в этом списке Томской области можно объяснить ее сравнительной

удаленностью от крупных промышленных центров, нефтяной направленностью топливной

промышленности и сравнительной слабостью электроэнергетики.

Некоторый парадокс представляет сопоставление по энергоинвестиционной

привлекательности

Самарской и Ульяновской областей. Казалось бы, эти соседние территории не

должны сильно различаться. Однако Самарская область заняла последнее место в рейтинге, тогда

как Ульяновская – шестое. При этом по потенциалу энергоинвестиционной привлекательности

Самарская область занимает последнее место, а Ульяновская – пятое. Что касается Свердловской

области, то она заняла срединную позицию с девятым местом

. Такое же место она имеет по

потенциалу энергоинвестиционной привлекательности. Сразу после Свердловской области, ближе

к второй половине списка, идут Удмуртия, Башкортостан и Пермский край. Первые два из

перечисленных регионов также устойчиво занимают позиции во второй половине списка по

энергоинвестиционному потенциалу. При этом Удмуртия также имеет не лучшее положение по

118

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

энергоинвестиционному риску, в отличие от Пермского края, который имеет по этому показателю

одну из лучших позиций.

Положение Челябинской области в рейтинге энергоинвестиционной привлекательности

примерно такое же, как Свердловской – всего на одну позицию лучше. Примерно так же они

соотносятся и по потенциалу энергоинвестиционной привлекательности, где Челябинская область

занимает седьмое место, на две

позиции лучше Свердловской.

Достоинством разработанного методического аппарата исследования

энергоинвестиционной привлекательности территорий является возможность не только дать

общую ранжировку территорий, но и так сказать, "разложить по полочкам" причины такой

ранжировки, условия, делающие территорию более или, наоборот, менее привлекательной.

Исследование выполнялось при финансовой поддержке РГНФ (проект 08-02-00031а).

УДК 697.31

Методика оценки тепловых

потерь здания при использовании приборного учета

потребляемой тепловой энергии

А.С. Ртищева

Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск

al.rtisheva@mail.ru

В настоящее время многие потребители тепловой энергии уже используют приборный

учет, внедряют системы автоматизированного регулирования теплопотребления, утепляют здание,

что позволяет добиться существенной экономии тепловой энергии и денежных средств, сохраняя

комфортным микроклимат в помещениях. Однако, оценить возможный экономический эффект от

дорогостоящих мероприятий еще до их внедрения бывает затруднительно. Для этого необходима

объективная оценка возможных тепловых потерь здания. Подобная оценка даст возможность

ответить на вопрос какой максимальный экономический эффект следует ожидать, например, от

замены окон на пластиковые, избавления от щелей и трещин в межплиточном пространстве,

улучшения теплоизоляции стен (при использовании специальных теплоизоляционных

материалов), внедрения автоматизированных систем регулирования теплопотребления и др.

Предлагаемая методика

дает возможность оценить средний коэффициент теплопередачи

ограждающих конструкций здания, а также дать ответ какая часть тепловой энергии,

потребляемая от системы отопления идет на тепловые потери теплопередачи при данных

теплоизоляционных свойствах ограждающих конструкций, а какая часть приходится на тепловые

потери на инфильтрацию и вентиляцию.

Для жилых зданий тепловой баланс помещения включает в себя теплопоступления от

системы отопления, освещения, солнечной радиации, людей и бытовых приборов и тепловые

потери теплопередачи, на инфильтрацию и вентиляцию:

âåíòèíôòåïëîïåðáûò÷åëñîëíîñâîòîïë

QQQQQQQQ

(1)

Для общественных зданий

áûò

Q . Следует отметить, что теплопоступления от

солнечной радиации во время отопительного периода (короткий световой день, обилие осадков и

пр.), а также теплопоступления от системы освещения и человека достаточно малы, поэтому

приближенно можно считать, что

âåíòèíôòåïëîïåðîòîïë

QQQQ

≈

(2)

Если вентиляция осуществляется естественным путем (с помощью открытия форточки,

окна), то слагаемые Q

инф

и Q

вент

можно объединить в тепловые потери, осуществляемые через

различные неплотности ограждающих конструкций Q

, тогда

îòåïëîïåðîòîïë

QQQ

≈

(3)

Таким образом, зная какая часть тепловой энергии, потребляемая от системы отопления

приходится на тепловые потери теплопередачи и зная коэффициент теплопередачи ограждающих

конструкций, можно предположить насколько изменятся тепловые потери, а следовательно, и

потребляемая тепловая энергия при использовании различных утепляющих слоев,

теплоизоляторов, замене окон. А зная, какая часть тепловой энергии от системы

отопления

приходится на тепловые потери через различные виды неплотностей ограждающих конструкций

можно предположить сколько можно сэкономить энергии за счет избавления от различных

119

Секция 3

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

трещин, щелей, тем более, что современные тепловизионные методы исследования позволяют их

очень просто обнаружить [1].

Для расчета тепловых потерь теплопередачи предлагается следующая методика.

(

)

íâíòåïëîïåð

ttKFQ

−

(4)

где K – коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций; F – площадь ограждающих

конструкций; t

вн

– температура внутреннего воздуха; ; t

– температура наружного воздуха.

äâåðäâåðîêîíîêîíñòåíñòåí

FKFKFKKF

;

(5)

ñòåíñòåí

âí

ñòåí

αλ

(6)

Коэффициенты теплоотдачи при этом определяются через уравнения подобия.

Для внутренних поверхностей стен в условиях свободной конвекции:

RacNu =

(7)

Для наружных поверхностей стен в условиях свободной и вынужденной конвекции по

уравнению (7) и уравнениям:

43050

660

PrRe,Nu =

;

(8)

43080

03610

PrRe,Nu =

(9)

Аналогичным образом, будут определяться коэффициенты теплопередачи для оконных и

дверных проемов [2].

Использование предлагаемого метода расчета тепловых потерь теплопередачи привело к

следующим результатам. Расчет был проведен для здания УлГТУ (Ульяновского

государственного технического университета) при реальных температурах наружного воздуха,

скоростях и направлениях ветра представленных на рис.1.

а б в

Рис.1. Метеоданные за январь (г. Ульяновск) о температурах наружного воздуха, а;

скорости, б; направлении ветра, в.

На рис. 2 представлены коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций здания.

Резкие снижения коэффициента теплопередачи совпадают с уменьшением скорости ветра до 0. В

среднем, коэффициент теплопередачи составил 1,2 Вт/(м

К). Точность расчета коэффициента

теплопередачи подтвердилась при расчете с его помощью значения температуры внутреннего

воздуха. При этом полученное значение температуры с погрешностью в 1

С согласовалось со

средней температурой внутреннего воздуха, измеренного датчиками температуры,

установленными внутри помещений здания.

На рис. 3 представлен тепловой поток, составляющий тепловые потери теплопередачи

здания за исследуемый период.

После того как были проанализированы тепловые потери теплопередачи, они были

сравнены с тепловым потоком, потребляемым от системы отопления, который приближенно равен

суммарным тепловым потерям

, как показано в уравнении (3). Значения теплопоступлений от

системы отопления были получены с теплосчетчика, установленном в здании УлГТУ. Результаты

сравнения представлены на рис.3 и 4.

На рис. 5 представлена процентная доля тепловых потерь идущих на инфильтрацию и

вентиляцию от общих тепловых потерь. В среднем она составила 30 – 40 %.

120