Автор: Дериземля Владислав Анатольевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (136) январь 2017 г.

Дата публикации: 15.01.2017

Статья просмотрена: 93 раза

Библиографическое описание:

Дериземля В. А. Современное состояние и перспективы использования низкопотенциального тепла в народном хозяйстве (обзорная статья) // Молодой ученый. — 2017. — №2. — С. 106-110. — URL https://moluch.ru/archive/136/38167/ (дата обращения: 18.02.2018).



В работе рассматривается проблема энергосбережения в теплоэнергетике. Дано определение низкопотенциального тепла, его современное состояние, а также перспективы использования в сфере народного хозяйства.

Ключевые слова: низкопотенциальная энергия, сбросное тепло, низкопотенциальное тепло, тепловые насосы, пассивный дом, энергосбережение

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) представляет собой основу народного хозяйства страны. Надежное функционирование топливно-энергетических систем, внедрение новой техники и технологий, передовых научных достижений — необходимые условия для прогрессивного развития государственной экономики.

Кризисное состояние экономики России в последнее десятилетие неразрывно связано с состоянием ТЭК. Топливно-энергетический комплекс представляет собой основу энергетики страны и объединяет отрасли промышленности, которые обеспечивают народное хозяйство топливом и энергией.

За последние годы на предприятиях страны отмечалось снижение объемов производства при одновременном повышении удельных расходов различных видов энергоресурсов. Низкая энергетическая эффективность признана одной из главных причин энергетического кризиса. [1–2]

Действовавшая система хозяйствования в СССР до его распада характеризовалась слабой восприимчивостью к научно-техническому прогрессу, носила энерго- и ресурсорасточительный характер. Однако в результате распада прежней социально-экономической системы, зарождающиеся рыночные отношения ускорили процессы энергосбережения в экономике России. В большой энергетике стали появляться новые типы генерирующих установок, современное оборудование, увеличение их автоматизации и оптимизации. В малой энергетике политика энергосбережения стала увеличиваться за счет развития нетрадиционных видов энергетики. К таковым можно отнести, например, солнечную, ветровую, приливную и геотермальную энергию. [3–4]

Проблемы энергосбережения

На сегодняшний день актуальной проблемой на множестве предприятий остается утилизация вторичных энергетических ресурсов. Большинство технологических процессов, работа многих механизмов и систем сопровождается выделением большого количества тепловой энергии, которая не используется, а рассеивается в окружающей среде и называется «сбросным теплом».

Чаще всего сбросное тепло является низкопотенциальным, поскольку имеет температуру незначительно выше температуры окружающей среды. Его выделяют как техногенные системы, созданные людьми, так и источники естественного происхождения. Низкопотенциальная энергия — это энергия более холодной окружающей среды, атмосферы и воды имеющей такое же давление как имеет и преобразователь энергии потребителя. Высокопотенциальная энергия — это та энергия, потенциал которой выше потенциала потребителя (точнее потенциала преобразователя, который экстрагирует энергию из окружающей среды для потребителя). Принципиальное различие низкопотенциальной тепловой энергии от высокопотенциальной в том, что она имеет потенциал, который ниже потенциала преобразователя, экстрагирующего энергию из окружающей среды для потребителя. Источниками низкопотенциальной энергии являются естественные источники тепла: земля, вода, воздух; или искусственные источники (вторичные энергетические ресурсы), т. е. тепловые отходы (промышленные сбросы, бытовые тепловыделения, удаляемый вентиляционный воздух). [5–6]

Одной из основных проблем использования низкопотенциальной тепловой энергии в народном хозяйстве является её транспортировка. Часть тепловой энергии в процессе транспортировки теряется — уходит через тепловую изоляцию труб (изоляция не может быть идеальной). Эти потери являются технологическими (неизбежными), они не могут быть устранены полностью, хотя могут быть уменьшены за счет качественной изоляции труб, в том числе и заменой их на трубы из более совершенных материалов, что требует больших капиталовложений. Такая же ситуация возникает и с аккумулированием низкопотенциальной тепловой энергии. Процесс накапливания такой энергии совсем нерационален, т. к. возникают такие же потери, как и, например, при транспортировке [7].

Пути решения проблем энергосбережения

В настоящее время появляется все больше путей решения проблемы в сфере энергосбережения. Например, в России действует Государственная программа энергосбережения, принятая в 2010 году. К 2020 комплекс мероприятий данной программы должен снизить энергозатраты на 40 %. Опыт Германии, Дании и других европейских стран показывает, насколько важны государственные инициативы, и не только ужесточение и регламентация требований, но и стимулирующие потребителей и девелоперов. Например, в Германии действует программа кредитования для строительства энергоэффективных домов и покупки в них квартир с пониженными процентными ставками. В Дании любые теплоснабжающие компании, по итогам года получившие прибыль, в следующем году должны компенсировать ее за счет сокращения цены на отопление. Основными задачами энергосбережения в России сегодня можно назвать следующие направления:

– модернизация производства с внедрением энергоэффективных технологий и оборудования;

– повышение энергоэффективности зданий и сооружений;

– стимулирование потребителей к рациональному использованию электроэнергии за счет организационных и нормативных мер, тарифной политики, субсидирования повышения энергоэффективности объектов. [8]

Одним из наиболее эффективных современных направлений по экономии органического первичного топлива в системах теплоснабжения является применение теплонасосных установок, позволяющих трансформировать низкотемпературную возобновляемую природную энергию и вторичную низкопотенциальную теплоту до более высоких температур, пригодных для теплоснабжения. Тепловые насосы используют (утилизируют) рассеянное тепло естественного (тепловая энергия воды, воздуха, почвы) или техногенного происхождения (тепло промышленных и сточных вод, вентиляционных труб и дымовых газов, технологических процессов и т. д.). Тепловой насос совместим с любой циркуляционной системой отопления и вентиляции. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная (рис.1). Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии [9].

C:\Users\stariy\Desktop\магистрская\princip-raboty-teplovogo-nasosa.jpg

Рис. 1. «Схема работы теплового насоса»

В жилищно-коммунальной сфере одной из самых прогрессивных идей в области энергосбережения в настоящее время является строительство так называемых «пассивных домов» («энергосберегающих домов»).

Пассивный дом — это сооружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление — в среднем около 10 % от удельной энергии на единицу объёма, потребляемой большинством современных зданий. В большинстве развитых стран существуют собственные требования к стандарту пассивного дома. В условиях роста цен на электричество и тепло, остро стоит вопрос эксплуатационных затрат на жилье. Показателем энергоэффективности объекта служат потери тепловой энергии с квадратного метра (кВт·ч/м²) в год или в отопительный период. В среднем составляет 100–120 кВт·ч/м². Энергосберегающим считается здание, где этот показатель ниже 40 кВт·ч/м². Для европейских стран этот показатель ещё ниже — порядка 10 кВт·ч/м². Достигается снижение потребления энергии в первую очередь за счет уменьшения теплопотерь здания. Архитектурная концепция пассивного дома базируется на принципах: компактности, качественного и эффективного утепления, отсутствия мостиков холода в материалах и узлах примыканий, правильной геометрии здания, зонировании, ориентации по сторонам света. Из активных методов в пассивном доме обязательным является использование системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией. [10]

Во всём мире к 2006 году построено более 6000 пассивных домов, офисных зданий, магазинов, школ, детских садов. Большая их часть находится в Европе. В ряде европейских стран (Дания, Германия, Финляндия и др.) разработаны специальные целевые государственные программы по приведению всех объектов регулярной застройки к условно-пассивному уровню (дома ультра-низкого потребления — до 30 кВт·ч/м2 в год). В России энергопотребление в домах составляет 400–600 кВт·ч/год на квадратный метр. Этот показатель предполагается снизить к 2020 году на 45 %. В Москве уже построено несколько экспериментальных зданий с использованием технологии пассивного дома (жилой дом в Никулино-2). Демонстрационный проект такого дома также построен под Петербургом. Начато строительство первого посёлка пассивных домов под Санкт-Петербургом. С 2010 года экспериментальное строительство малоэтажных энергоэффективных домов для расселения ветхого и аварийного жилья финансирует Фонд ЖКХ. На начало 2011 года несколько энергоэффективных зданий с участием Фонда уже построено в разных регионах России. Первый сертифицированный пассивный дом построен в России в 2011 году компанией «Мосстрой-31» по проекту Томаса Кнехта. Удельный расход тепловой энергии на отопление составляет 24 кВт·ч/м²год. [11–12]

Заключение

В настоящее время проблема использования низкопотенциального тепла в народном хозяйстве велика. Это обусловлено невозможностью транспортировать и аккумулировать это тепло без особых капиталовложений. Основным способом использования такого тепла в настоящее время является применение тепловых насосов. Проблема энергосбережения в целом, на сегодняшний день, заметно уменьшается. Благодаря государственным программам, новым технологиям и опыту европейских стран, в нашей стране активно развивается принцип экономии энергии и тепла.

Литература:

  1. Сотникова О. А., Мелькумов В. Н. Учебное пособие по теплоснабжению. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009. — 296 с.
  2. Энергетика России: взгляд в будущее (Обосновывающие материалы к Энергетической стратегии России на период до 2030 года). — М.: ИД «Энергия», 2010. — 616 с.
  3. Данилов Н. И., Щелоков Я. М. Основы энергосбережения. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. — 564 с.
  4. Городов Р. В. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. — 1-е изд. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. — 294 с.
  5. Закиров Д. Г., Рыбин А. А. Использование низкопотенциальной теплоты. — Книга 1. — М.: РУСАЙНС, 2015. — 158 с.
  6. Дзиндзела А. В., Сизякин А. В. Эффективное использование низкопотенциального тепла // Энергосбережение. — 2012. — № 1. — С. 24–31.
  7. Слепченок В. С., Рондель А. Н., Шаповалов Н. Н. Влияние различных эксплуатационных факторов на тепловые потери в бесканальных подземных трубопроводах тепловой сети // Новости теплоснабженияе. — 2002. — № 6. — С. 73–79.
  8. Саенко В. В. Энергетическая стратегия России до 2020 г. Пути повышения энергоэффективности // ТЭК. — 2004. — № 4. — С. 124–125.
  9. Рэй Д., МакМайкл Д. Тепловые насосы. — М.: Энергоиздат, 1982. — 224 с.
  10. Габриель И., Ладенер Х. Реконструкция зданий по стандартам энергоэффективного дома. — СПб.: БХВ-Петербург, 2011. — 478 с.
  11. Файст В., Елохов А. Е. Основные положения по проектированию пассивных домов. — М.: АСВ, 2008. — 144 с.
  12. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. — 200 с.
Основные термины (генерируются автоматически): тепловой энергии, низкопотенциальной тепловой энергии, европейских стран, народном хозяйстве, окружающей среды, низкопотенциального тепла, использования низкопотенциального тепла, пассивных домов, пассивного дома, вторичные энергетические ресурсы, количества тепловой энергии, потери тепловой энергии, Часть тепловой энергии, расход тепловой энергии, преобразователь энергии потребителя, энергоэффективных домов, Источниками низкопотенциальной энергии, энергетике политика энергосбережения, проблема энергосбережения, низкопотенциальную теплоту.

Ключевые слова

энергосбережение, низкопотенциальная энергия, сбросное тепло, низкопотенциальное тепло, тепловые насосы, пассивный дом

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос