архив» все записи»

Автор: по материалам редакции
Дата: 05.10.2012
«СтройПРОФИ» № 7
Рубрика: Энергосбережение


Перспективная система отопления «пассивных» и «активных» малоэтажных зданий с использованием природных тальковых камней

Со временем, когда решится вопрос с внешним электроснабжением и появятся средства на выкуп полной электрической мощности, теплоаккумулятор можно будет задействовать полностью, сократив тем самым продолжительность и частоту использования древесного топлива в качестве источника отопления.

Существует еще один путь снижения стоимости отопления при использовании стационарных теплоаккумуляторов (СТЭ). Если вблизи дома есть возможность установить ветроэлектростанцию или проточную гидроэлектростанцию, пусть даже и небольшой мощности (1,5–5 кВт), это может стать хорошим подспорьем для эффективной работы теплоаккумулятора. При использовании ВЭС и ГЭС только на отопление можно не применять систему регулирования частоты и значительно сократить стоимость получаемой от них энергии.

Схемы электроснабжения автономного потребителя от ветроустановки

Рис. 6. Схемы электроснабжения автономного потребителя от ветроустановки:
1 — ветроустановка, 2 — электрохимический аккумулятор, 3 — потребитель, 4 — балластное сопротивление, 5 — твердофазный теплоаккумулятор 

Для сохранения избыточной электроэнергии ветроустановку предлагается снабдить эффективным аккумулятором тепла (рис. 6, вариант №2), утилизирующим избытки энергии.

В России уже несколько десятков предприятий выпускают ВЭС различных конструкций, в том числе и полностью экологически безопасных. В ближайшее десятилетие из-за развития коттеджного (индивидуального) строительства и дефицита электрической мощности ожидается увеличение спроса на эти станции. Применение СТЭ позволит повысить их конкурентоспособность по сравнению с другими источниками энергии.

 Зоны экономической целесообразности автономного и централизованного электроснабжения

Рис. 7. Зоны экономической целесообразности автономного и централизованного электроснабжения 

Для оценки целесообразности подключения потребителей к системе централизованного электроснабжения определены экономически обоснованные территориальные границы централизованного электроснабжения для условий северо-восточных регионов. На рис. 7 представлены зоны экономической целесообразности централизованного и автономного электроснабжения потребителей с нагрузками 1–3 МВт при фиксированной цене дизельного топлива 700 долл./т, средней для условий северо-восточных регионов России.

Таким образом, экономически обоснованные территориальные границы вокруг точек возможного подключения составляют 30–90 км (в зависимости от присоединяемой нагрузки). Граничные расстояния удаленности потребителей с нагрузками 3 МВт для целесообразного расширения централизованного электроснабжения при среднем тарифе в энергосистемах северо-восточных регионов на электроэнергию 5 центов/кВт ч составляют 90 км. Для мелких потребителей значения граничных экономически оправданных расстояний от точек возможного подключения сокращаются в 2–3 раза. В случае использования для целей отопления твердофазных теплоаккумуляторов эффективность работы ветроустановок можно увеличить на 20–40 %. Кроме того, применение твердофазных теплоаккумуляторов, использующих в качестве дополнительного источника энергии твердое топливо, повышает надежность энергоснабжения. В условиях низких температур на северных территориях РФ при длительном отсутствии энергии от ветроустановок твердо-фазный теплоаккумулятор сохранит свою целостность.

Энергообеспечение коттеджа и хозяйственной постройки от автономных источников энергии (ВЭС, микро-ГЭС) 

Рис. 8. Энергообеспечение коттеджа и хозяйственной постройки от автономных источников энергии (ВЭС, микро-ГЭС) 

Новыми для России, но широко применяемыми в Европе, являются проточные ГЭС. Затраты на них незначительны, они не требуют сооружения плотин — достаточно только отвода из реки части воды в трубопровод или погружение гидротурбины непосредственно в русло реки. Проточные ГЭС могут вырабатывать электроэнергии от 1 до 100 кВт в час. Применение СТЭ совместно с проточными ГЭС значительно повысит экономические показатели энергообеспечивающего блока ГЭС-СТЭ.

Кроме решения частных задач, автономные источники электроэнергии совместно с теплоаккумуляторами СТЭ могут решить и достаточно серьезную для современной России задачу — энергообеспечение северных территорий в рамках так называемого «северного завоза», ежегодно требующего выделения значительных денежных средств из бюджетов разных уровней.

Система отопления коттеджа и квартиры на основе твердофазных теплоаккумуляторов

Рис. 10. Система отопления коттеджа и квартиры на основе твердофазных теплоаккумуляторов

1. Датчик температуры наружного воздуха
2. Дистанционное управление отоплением
3. Теплый пол
4. Теплоаккумулятор для аккумулирования (накопления) тепла уходящих дымовых газов
5. Твердофазный теплоаккумулятор СТЭ типа «Стена»
6. Регулятор температуры воздуха в помещении
7. Датчик регулятора влажности
8. Твердофазный теплоаккумулятор СТЭ типа «Печь»
9. Теплый воздух
10. ТЭНы
11. Пульт системы управления: двухтарифный счетчик, контактор, таймер, регулятор мощности
12. Холодный воздух

1. Датчик температуры
2. Датчик регулятора влажности
3. Твердофазный теплоаккумулятор СТЭ типа «Стена»
4. Выход теплого воздуха
5. Пульт системы управления

Конструкция твердофазных теплоаккумуляторов позволяет одновременно и/или последовательно получать электроэнергию от электросети и/или от ветроэлектростанций. Кроме того, некоторые модели теплоаккумуляторов в качестве дополнительного источника энергии могут использовать биотопливо или газ. Надежность работы отопительных систем, построенных на различных источниках, очень велика. Кроме того, возможен выбор наиболее выгодного источника энергии в любое время суток. Переключения источников энергии можно делать автоматически на основе заложенной программы с корректировкой на внешние условия. 

Характерным объектом для применения отопительных систем, получающих энергию из разных источников, может послужить архипелаг Валаам (Республика Карелия). Комплексная система энергообеспечения архипелага включает электро- и теплоснабжение с использованием теплоаккумуляторов, работающих от централизованного электроснабжения и автономных источников электроснабжения.

В весенне-осенние периоды можно предусмотреть перевод лопастей ветроустановок в нерабочее положение (опускаются вниз), что устранит возможные потери птиц во время их сезонных перелетов. В качестве дополнительного источника энергии планируется использовать древесину (до 1 000 м3) от профилактических вырубок находящегося на архипелаге леса.

Расчет экономической эффективности перевода жилого дома площадью 75 м2 на отопление от ночного тарифа на электроэнергию с применением теплоаккумуляторов СТЭ (Карелия)Табл. 2. Расчет экономической эффективности перевода жилого дома площадью 75 м2 на отопление от ночного тарифа на электроэнергию с применением теплоаккумуляторов СТЭ (Карелия) 

Ожидаемая экономия текущих затрат на отопление при использовании предлагаемой комплексной системы энергообеспечения составит свыше 10 млн руб. в год. Анализ затрат на строительство линии электропередач и ветроустановки показывает, что на два порядка выгодней не увеличивать мощность кабеля, а поставить несколько ветроустановок общей мощностью до 1 МВт. В качестве дополнительного (резервного) источника энергии в особо холодные дни года можно использовать в твердофазных теплоаккумуляторах древесное топливо. На острове ежегодно в местном лесхозе за счет очистки санитарных выработок и оформления ландшафта заготавливают 1000 м3 дров. При сжигании дров печным способом (КПД — 10–15%) получается примерно 1000–1200 ГДж тепла. При использовании дров для целей отопления в стационарных теплоаккумуляторах эффективность их использования может возрасти в 1,5–2 раза и покрыть дефицит теплоэнергии в особо холодные дни года. С целью повышения эффективности сжигания имеющегося древесного топлива необходимо предусмотреть его переработку в брикеты или гранулы. В случае отсутствия ветровой нагрузки и при недостатке древесного топлива возможно включение твердофазных теплоаккумуляторов в работу в течение 24 часов от электрокабеля, что гарантированно обеспечит отопление всех потребителей тепла на архипелаге. 

Теплоаккумуляторы СТЭ, помимо вышеназванных особенностей, имеют еще одно, неоспоримое преимущество перед другими централизованными или индивидуальными системами отопления — они устанавливаются в перегородках жилого дома, удаленных от наружных стен, что дает значительную экономию тепла (его потери от стандартных батарей под окнами составляют до 40%).

 Периоды теплоотдачи/накопления тепла при использовании теплоаккумуляторов в помещении

Рис. 12. Периоды теплоотдачи/накопления тепла при использовании теплоаккумуляторов в помещении

Еще одним важным моментом при использовании теплоаккумуляторов является то, что в помещениях возникают естественный теплообмен и аккумуляция теплого воздуха (рис. 12). Открытое пламя в СТЭ создает дополнительное ощущение уюта и спокойствия. Кроме общего повышения комфортности в здании появляется теплая стенка с температурой поверхности до 65 °С, у которой можно при необходимости и погреться. Если ее облицевать тальковым камнем, из которого выполнено теплоаккумулирующее тело СТЭ, то можно получить дополнительный оздоровительный эффект.

Тальковый камень (талькохлорит, талькокарбонат), который используется в стационарных теплоаккумуляторах, — экологически чистый природный материал, обладающий высокими показателями по теплоемкости, термостойкости и теплопередаче. Благодаря прекрасным теплотехническим качествам и оздоровительному влиянию на состояние человека последние два столетия он широко применяется в Финляндии, России и Италии для изготовления печей и каминов.

Следует отметить, что сотни раз выдерживать постоянные нагревы (до 1000 °С) способен только один природный камень — тальковый. Обладающий теплоемкостью, в 2,5 раза превосходящей керамический кирпич, он длительное время удерживает тепло.

Согласно проведенным расчетам, затраты на СТЭ окупаются в течение 3–5 лет, а далее они обеспечивают стабильную экономию затрат на отопление жилого дома. Следует отметить, что это первые российские устройства подобного типа. Стоимость их в два раза ниже, чем у импортных аналогов, широко применяемых в нашей стране.

Помимо цены, основными отличиями теплоаккумуляторов СТЭ от оборудования зарубежной разработки являются:
– большая единичная мощность (2, 4, 8, 16, 24, 32, 40 … до 100 кВт);
– возможность встраивания СТЭ в существующие ненесущие конструкции зданий (стены, подвалы и т. д.);
– использование в СТЭ дополнительного (резервного) топлива (твердого или газообразного);
– применение экологически чистого минерала — талько-хлорита — в качестве нагреваемого рабочего тела.

В связи с низкой стоимостью теплоаккумуляторов СТЭ, возможностью их работы с дополнительными источниками энергии (древесное топливо, ГЭС, ВЭС) и легкого встраивания в системы управления домами типа «Умный дом», а также большой разницы между стоимостью ночной и дневной электроэнергии из-за нехватки гидроаккумулирующих станций в отечественной энергосистеме стационарные теплоаккумуляторы могут найти широкое применение не только в рамках реализации Федеральной целевой программы (ФЦП) «Доступное жилье — гражданам России», но и других ФЦП — в области здравоохранения, образования и т. п.

А. М. Анисимов, к. т. н., эксперт (Петрозаводск)
К. Батерау, доцент, Университет БАУХАУС (г. Веймар, Германия),
В. Н. Васильев, д. т. н., профессор, президент Петрозаводского государственного университета,
М. М. Кенисарин, с. н. с, НПО «Академприбор» (Ташкент, Узбекистан),
О. С. Попель, д. т. н., зав. лабораторией ОИВТ РАН, Москва,
А. В. Спиридонов, к. т. н., зав. лабораторией НИИСФ РААСН, Москва,
И. Л. Шубин, д. т. н., директор НИИСФ РААСН, Москва 

Окончание. Начало в СтройПРОФИ №5, 2012 г. "Перспективная система отопления малоэтажных зданий"


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад