Про затвердження Регіональної програми модернізації комунальної теплоенергетики та системи теплопостачання м. Києва на 2011 - 2015 роки

Для регулювання теплового потоку, крім регулятора, вбудованого в тепловий насос 5, використані регулятори 11, 12 і 13. Регулятор, вбудований у тепловий насос 5, настроєний для роботи в системі гарячого водопостачання таким чином, що він автоматично включає компресор теплового насоса при температурі вступники на конденсатор води нижче 260° C, а при вступі з бака води з більш високою температурою компресор автоматично відключається. Таким чином, якщо баки-накопичувачі настільки заповнені гарячою водою, що в самій холодній точці бака температура перевищує 260° C, то тепловий насос працювати не буде.

Інший автомат, вбудований розробником у тепловий насос, не дозволить компресору за умовами його захисту ввімкнути раніше, чим через 7 хвилин після того, як він виключився. Тому в схему включений електромагнітний клапан 12, який зблокований з компресором теплового насоса так, що при роботі компресора він відкритий, а при зупинці клапан закривається. Якби цього клапана не було, то холодна вода могла б протягом семи хвилин, вільно протікаючи через конденсатор непрацюючого теплового насоса, надходити прямо в найгарячішу частину бака-накопичувача, у результаті чого жителі, що приймають теплий душ, могли раптово опинитися під струменем холодної води. Конструктивно клапан 12 виконаний з можливістю пропуску невеликої витрати води при закритому клапані. Це зроблене для того, щоб датчик температури вбудованого в тепловий насос регулятора міг уловити момент, коли на конденсатор почне надходити вода з температурою нижче 26 градусів, щоб тепловий насос міг вчасно ввімкнутися.

Температура холодної води, що надходить на підігрів у конденсатор теплового насоса, змінюється в інтервалі від 1 до 26 градусів, у той час як температура підігрітої води повинна перебувати в більш вузькому діапазоні припустимих температур 50 - 55° C. Забезпечити такий діапазон удалося за допомогою регулятора температури прямої дії 11 і ручного балансувального вентиля на бойпасній лінії. Голівка балансувального вентиля встановлена таким чином, що при відкритті електромагнітного клапана 12 у той час, коли клапан 11 закритий, через балансувальний вентиль проходить мінімальна витрата води. Якби байпаса не було, то при пуску компресора й відсутності протоку води через конденсатор спрацював би автомат захисту, який при підвищенні тиску конденсації холодильного агента відключає компресор без можливості наступного автоматичного запуску.

При наявності бойпасної лінії холодна вода відразу після пуску компресора починає надходити на підігрів у невеликому обсязі, обмеженому положенням балансувального вентиля. Через кілька секунд після того, як температура підігрітої води досягне 50° C, автоматично й поступово відкривається регулятор температури прямої дії 11 і витрата води, що підігрівається, збільшується, у той час як її температура залишається увесь час на рівні 50 - 55-° C. Регулятор 11 підтримує цю температуру протягом усього часу роботи компресора, збільшуючи витрату води, що нагрівається, при підвищенні температури й зменшуючи її при зниженні температури.

Компресор теплового насоса виключиться автоматично при вступі на підігрів з бака-накопичувача 9 теплої (26° C) води. Як тільки це відбудеться, через електромагнітний клапан, що автоматично закрився, 12 почне просочуватися невелика кількість не підігрітої води. Це обумовить закриття клапана 11, і тільки балансувальний клапан на бойпасі буде перебувати завжди в частково відкритому зафіксованому положенні.

Циркуляційні насоси 6 і 7 працюють неспинно. При випадковій зупинці насоса 6 вбудоване в тепловий насос реле протоки не дозволить йому ввімкнутися. Насос 7 подає воду не тільки в конденсатор теплового насоса, але й у теплообмінник 3, теплова потужність якого регулюється клапаном 13 по звичайній для теплових пунктів схемі.

Основними теплофізичними параметрами теплонасосної установки є витрати й температури рідин, що циркулюють у різних контурах. Витрати стічної води в каналізаційних трубах виміряти практично неможливо, але вони визначалися непрямим шляхом на основі теплового балансу сточно-гликолевого теплообмінника. Витрати водяного розчину етиленгликоля вимірялися по різниці тиску до й після балансувальних вентилів 10.

Для виміру температур рідин були встановлені датчики температури ДТ1 - ДТ5 у місцях, зазначених на мал. 1. Електронні датчики системи Smart Reader записували температури через кожні 10 хвилин протягом 200 днів із серпня 2006 по лютий 2007 року. Після зняття датчиків зі стенда значення температур були переписані за допомогою комп'ютерної програми Trend, трансформовані в Excel і представлені графічно.

2. Температурні криві термотрансформації

Малюнок 2 наочно демонструє, як змінювалися 17 серпня 2006 року температури рідин, що брали участь у процесі перетворення теплової енергії в тепловому насосі. Температури стічної рідини двічі показані на одному малюнку для того, щоб можна було більш чітко розглянути в більшому масштабі (на верхній частині малюнка) характер зміни температур.

Рис. 2. Характер зміни температур етиленгликоля і каналізаційних стоків улітку :

По кривих малюнка 2, що графічно відобразили показання температурних датчиків ДТ1 - ДТ5, неважко відтворити динаміку процесів перетворення тепла, що відбувалися в той день.

Тепловий насос відключився за кілька хвилин до півночі, і протягом шести нічних годин він не працював, тому що баки-накопичувачі були заповнені гарячою водою. Тільки приблизно за двадцять третя хтось із жителів, що приймав серед ночі душ, викликав короткочасне зниження температури води на вході в тепловий насос, який при цьому автоматично ввімкнувся, але ненадовго.

В 5.45 ранку прокинулися найактивніші жителі і почався водорозбір. Холодна вода пішла в конденсатор теплового насоса, у результаті чого він автоматично ввімкнувся, і температура охолодженого етиленгликоля почала знижуватися. За чверть до восьмої тепловий насос двічі відключався на короткий час (швидше за все на сім хвилин, передбачених заводськими установками програми керування) і це видно по характеру зміни температур етиленгликоля. Після цього тепловий насос працював безперервно аж до 11.30, коли після ранкового пікового водорозбору баки заповнилися гарячою водою, що стало сигналом для його відключення.

Вечірній раунд активної роботи теплового насоса почався приблизно о 16.30, а до цього часу він включався всього лише кілька разів і ненадовго. Цей раунд тривав аж до півночі, коли баки заповнилися гарячою водою після вечірнього пікового водорозбора. Протягом цього періоду тепловий насос кілька разів відключався, але після 20.30 уже ніяких відключень не було і тепловий насос працював з повною віддачею.

За кілька хвилин до півночі тепловий насос, що справно виконував протягом дня свою незвичайну роботу, вимикався до ранку.

3. Літній режим

Температура в каналізаційній трубі протягом ночі залишалася на рівні 23° C, тому що було літо, і вода з водопроводу, що попадає в невеликій кількості в каналізацію через нещільності змивних бачків, мала приблизно таку ж температуру. Надалі температура стоків, що надходять у контур, що гріє, стічно-гликолевого теплообмінника, змінювалася в діапазоні від 23 до 31° C, а температура стоків, що залишають будинок, була на 1 - 4 градуса нижче.

Коливання температур стічної рідини носять випадковий характер, і укласти ці коливання в рамки строгих математичних залежностей навряд чи можливо. Найтепліші стоки відзначені під час пікових водорозборів, і це цілком природно, а досить різкі коливання температур у цей час можна пояснити тим, що споживачів гарячої води в будинку, де проживає 150 людей, відносно небагато, і вплив кожного відкритого крана тут більш помітний, ніж це було б у великому будинку.

Температура охолодженого етиленгликоля в день 17 серпня коливалася від 8 до 19° C. Ці значення можна розглядати як рівноважні в режимах працюючого й зупиненого теплового насоса. Тривалість виходу на нижчу (8° C) рівноважну температуру близько 2,5 годин (від 5.45 до 8.15), а на вищу (19° C) приблизно дві години (від 11.30 до 13.30).

Протягом доби 17 серпня тепловий насос працював 12 годин і 45 хвилин. На відміну від режиму активного охолодження теплообмінників, коли температура на вході етиленгликоля в теплообмінники була найнижчою в системі, у режимі підвищення температур, що виник при зупинці теплового насоса, найнижчою температурою стає температура етиленгликоля після ґрунтового теплообмінника. Це відбувається через те, що при працюючому тепловому насосі на температуру етиленгликоля впливають три теплообмінні апарати, випарник, а також ґрунтовий - стічно-гликолевий теплообмінники, у той час як при непрацюючому компресорі випарник виключений із цього процесу і теплообмін відбувається між ґрунтом і стоками. Реалізується цей процес за посередництвом етиленгликоля, який при непрацюючому компресорі продовжує циркулювати у своєму контурі, відіграючи роль проміжного теплоносія.

Як виявилося, важливість цієї ролі важко переоцінити, тому що завдяки саме цій незвичайній ролі, що постійно підігрівається теплими стоками, ґрунт легко відновлює свій температурний потенціал, сприяючи роботі теплового насоса з незмінно високим коефіцієнтом перетворення. Відомо, що ґрунтові теплообмінники, що прохолоджують ґрунт постійно протягом зими, до кінця опалювального сезону обростають крижаними наростами, що помітно погіршує коефіцієнт перетворення теплового насоса, і навіть за літній період споконвічний тепловий потенціал ґрунту не завжди відновлюється повністю. У нашій схемі досить двох з половиною годин, протягом яких тепловий насос "відпочиває", для того, щоб ґрунт відновив свою природну температуру, яка, як це видно із кривих на мал. 2, приблизно +17° C. Нагадаємо, що в цьому випадку мова йде не про ґрунт взагалі, а про триметровий шар ґрунту, розташований безпосередньо під плямою будинку.

На малюнку 2 не нанесені температури води на виході з конденсатора теплового насоса, які автоматично підтримувалися на рівні 47 - 52° C.

4. Пізньої осені

Спочатку тепловий насос гуртожитку аспірантів призначався для роботи в літній період з використанням тепла атмосферного повітря. Із цим завданням він успішно справлявся протягом восьми років, і після підключення нових джерел низькопотенційного тепла його ефективність при роботі в літній період ще більш підвищилася.

До кінця осені експериментальний тепловий насос, номінальна теплова потужність якого становить усього 25 кВт, перестав справлятися із завданням забезпечення безперебійного гарячого водопостачання шестиповерхового гуртожитку, для якого по діючих нормах проектування необхідний (з урахуванням наявних ємностей) водопідігрівач потужністю 35 кВт. Коли вода стала надходити з міського водопроводу з температурою 10° C і нижче, у конденсаторі не вдавалося підігрівати її до температури 50° C. Тому взимку паралельно тепловому насосу був включений водопідігрівач, що працює на мережній воді ТЭЦ, і день 17 листопада був останнім днем пізньої осені, коли тепловий насос грів воду самостійно (мал. 3).

Рис. 3. Характер зміни температур етиленгликоля і каналізаційних стоків пізньої осені (умовні позначки ті ж, що на мал. 2) .

Тільки до двох годин ночі баки-акумулятори заповнилися гарячою водою в цей день пізньої осені, і це дало можливість відключитися тепловому насосу, але вже о 6 годині ранку він знову ввімкнувся, працюючи практично неспинно до трьох годин ночі наступного дня. На відміну від літнього дня, коли температура етиленгликоля не знижувалася нижче +7° C, тепер його найнижча температура досягала -1° C. Саме при такій температурі встановлювалася наприкінці листопада теплова рівновага в теплообмінній системі "ґрунт-етиленгликоль". Найвища температура етиленгликоля не перевищила 15,5° C і це на 3,5 градуса нижче, чим у серпні.

Температура в каналізаційній трубі опускалася до 14° C, тому що водопровідна вода, що попадає в каналізацію, в основному через нещільності змивних бачків, маючи температуру близько 8° C, підігрівалася в неізольованих трубопроводах водопостачання, у змивних бачках, а також у каналізаційних стояках, що проходять через опалювальні приміщення. Протягом доби температура стоків, що надходять у контур, що гріє, стічно-гликолевого теплообмінника, змінювалася в діапазоні від 14 до 30° C, а температура стоків, що залишають будинок, була на 0,5 - 3 градуса нижче.

Верхній температурний рівень ґрунтового масиву понизився в порівнянні з літнім періодом від 17 до 14° C. Так само, як і влітку, температура ґрунту встигає відновитися до верхнього рівня під час нічної перерви в роботі теплового насоса, щоправда, для цього треба було не дві з половиною, а чотири години, тому що період активного охолодження більш тривалий, чим влітку.

Тривалість виходу на рівноважні температури склала близько 4 годин (від 6 до 12 у режимі активного охолодження й від 2 годин ночі до 6 ранку в режимі "відпочинку").

Протягом доби 17 листопада тепловий насос працював 20 годин. Температури води на виході з конденсатора теплового насоса в цей період підтримувалися на рівні 44 - 47° C.

5. У розпал зими

Щоб підняти температуру гарячої води на нормативний (50 - 55° C) рівень, довелося викликати на допомогу тепломережу, задіявши теплообмінник поз. 3 (мал. 1). Починаючи з 18 листопада, протягом усієї зими тепловий насос автоматично включався тільки в години пікового водорозбора. На мал. 4 показано, як змінювалися температури рідин, що брали участь у процесі перетворення теплової енергії в тепловому насосі протягом доби 31 січня.

Рис. 4. Характер зміни температур етиленгликоля і каналізаційних стоків узимку (умовні позначки ті ж, що на мал. 2)

Температура стоків у каналізаційній трубі вночі знижувалася до 7° C, тому що водопровідна вода, що потрапила в каналізацію з температурою близько 2° C, підігрівалася в трубопроводах, прокладених усередині будинку. Протягом доби температура стоків, що надходять у контур, що гріє, стічно-гликолевого теплообмінника, змінювалася в діапазоні від 7 до 32° C, а температура стоків, що залишають будинок, була на 0,5 - 4 градуса нижче.

Температура охолодженого етиленгликоля в день 31 січня коливалася від 4 до 20° C. Ці значення розглядаються як рівноважні в режимах працюючого й зупиненого теплового насоса. Тривалість виходу на нижчу рівноважну температуру становить приблизно 2,5 годин, а на вищу - близько п'яти з половиною годин.

Період активного використання низкопотенційних джерел енергії в цю пору року не перевищував 7 годин на добу. Вода в конденсаторі теплового насоса підігрівалася при цьому до 50 - 58° C.

6. "Загадкові" температурні криві

Уважний читач уже звернув увагу на загадковий характер експериментальних температурних кривих малюнка 4, що зафіксували підвищення температури етиленгликоля вночі. Дійсно, від основного джерела тепла - стічно-гликолевого теплообмінника - серед ночі користі мало, він холодний, мізерно мала кількість, що й протікає через нього, стоків з температурою 7° C не може нагріти етиленгликоль протягом ночі до 20° C. Ґрунт, який перед цим інтенсивно охолоджувався, теж не може підігріти рідину до настільки високої температури.

Можливо деяка кількість тепла передається етиленгликолю в процесі конденсації водяних парів з вологого повітря, яким в основному заповнений в цей час простір внутрішньої труби стічно-гликолевого теплообмінника. І це цілком імовірно, тому що параметри вологого повітря в цьому випадку визначаються стічною рідиною вентильованих через теплообмінник зовнішніх каналізаційних мереж, де температури стоків можуть бути більш високими, чим у досліджуваному будинку. На користь цієї версії свідчать температурні криві, що характеризують процес у 13 - 15 годин. У цей час стічна рідина холодніше етиленгликоля, але, незважаючи на це, його температура в процесі проходження через теплообмінник помітно підвищується.

Але все-таки вночі температура етиленгликоля підвищується головним чином внаслідок теплообміну на поверхні неізольованих трубопроводів. Етиленгликоля в системі небагато, усього близько 100 літрів. Щоб його нагріти на п'ятнадцять градусів, потрібно всього 1400 ккал, або приблизно 280 ккал/г. Приблизно стільки холоду втрачають неізольовані трубопроводи, що транспортують етиленгликоль через відносно теплі приміщення підвалу від теплового насоса до теплообмінників.

7. Тепловий потік від каналізаційних стоків

Для обчислення величин теплового потоку в стічно-гликолевому теплообміннику й коефіцієнта теплопередачі використана інформація про температури етиленгликоля (на малюнках 2 - 4) про його витрату, яка протягом усього часу дослідної експлуатації була незмінною і становила 1,2 т/г.

У таблиці 1 представлені результати цих обчислень. При цьому враховувалося, що величина питомої теплоємності водяного розчину етиленгликоля з концентрацією 20 % становить 3,87 кДж/(кг.К), а витрата стоків обчислювалася виходячи з теплового балансу рідин, що брали участь у теплообміні.

Величина теплового потоку коливається в діапазоні 4,26 - 9,29 кВт. Питома теплова потужність стічно-гликолевого теплообмінника, віднесена до одного погонного метра його довжини, перебуває в інтервалі 0,53 - 1,16 кВт/м. Найбільші значення величин теплового потоку відзначені, як і можна було припустити, при найнижчих температурах етиленгликоля й найвищих температурах стічної рідини.

Величина коефіцієнта теплопередачі в стічно-гликолевому теплообміннику коливається в діапазоні 125 - 211 Вт/(м-2К).

8. Тепловий потік від ґрунту

Тепловий потік від ґрунтового теплообмінника обчислювався при постійному значенні витрати етиленгликоля, рівному 3,5 т/г, і обмірюваних його температурах на вході в теплообмінник і на виході з нього.

У таблиці 2 представлені результати цих обчислень.

Величина теплового потоку від ґрунтового теплообмінника коливається в діапазоні 4,59 - 9,43 кВт. Питома теплова потужність ґрунтового теплообмінника, віднесена до одного погонного метра свердловини, перебуває в інтервалі 24 - 52 Вт/м.

Для практичних цілей може становити інтерес питомий тепловий потік від ґрунтового теплообмінника, складеного зі свердловин глибиною 3 метри, віднесений до площі підвалу будинку, у якому ці свердловини пробурені. Ці величини перебувають у діапазоні значень 39 - 86 Вт/м-2.

Найбільші значення величин теплового потоку відзначені при найнижчих температурах етиленгликоля.

9. Коефіцієнт перетворення

Коефіцієнт перетворення теплового насоса представляє собою відношення його теплової потужності QT до потужності електричної N.

Теплова потужність теплового насоса складається з його холодильної потужності QX та потужності електричної.

Холодильна потужність теплового насоса, встановленого на випробувальному стенді гуртожитку, обчислюється по формулі

де QТО и QГР - виміряні теплові потоки в стічно-гликолевому та ґрунтовому теплообміннику,

QПОТ - обчислені втрати холоду в трубопроводах, які транспортують етиленгликоль від теплового насоса до стічно-гликолевого та ґрунтового теплообмінника.

Зведена інформація про теплові потоки й про коефіцієнти перетворення теплового насоса в характерних режимах роботи експериментальної установки наведена в таблиці 3.

Дані, наведені в таблиці, дають лише відносне уявлення про ефективність теплових процесів, оскільки фактичні величини споживаної потужності при проведенні дослідження не вимірювалися, і величини N, кВт, наведені в таблиці, обчислювалися по паспортних характеристиках теплового насоса залежно від температур кипіння й конденсації холодильного агента.

Значення коефіцієнта перетворення перебувають у діапазоні величин 2,75 ' h ' 3,61, що відповідає відомим знанням про ефективність теплових насосів, реалізованих на інших об'єктах. Найбільш високі значення коефіцієнта перетворення отримано 17 листопада, у день, коли тепловий насос працював практично безупинно протягом 20 годин і режими теплообміну були близькі до стаціонарних. У цих режимах помилки вимірів, пов'язані з нестаціонарністю теплообміну в умовах вимірів з 10-хвилинним інтервалом, мінімальні. Тому середньозважена величина коефіцієнта перетворення теплового насоса близька до 3,5.

1. Технічні рішення забезпечення теплом системи гарячого водопостачання житлового будинку від теплового насоса, що використовує низкопотенційну енергію каналізаційних стоків цього будинку й ґрунту, розташованого під ним, у тому виді, як вони реалізовані в гуртожитку аспірантів КИЇВЗНІЕП, продемонстрували працездатність експериментальної установки та її ефективність.

2. Температура стічної рідини, яку звичайно зливають у каналізацію, досягає серед зими 31° C і її тепловий потенціал можна використовувати. Стічно-гликолеві теплообмінники, загальна довжина яких в експериментальній системі була обмежена 8 метрами, використовуючи цей потенціал далеко не повною мірою, забезпечили близько половини теплової потужності теплового насоса.

3. Величина питомого теплового потоку від поверхні стічно-гликолевого теплообмінника, виконаного зі сталевої нержавіючої труби діаметром 100 мм, віднесена до одного метра його довжини, перебуває в інтервалі значень 0,53 - 1,16 кВт/м, а коефіцієнт теплопередачі в процесі досліджень коливався в діапазоні 125 - 211 Вт/(м-2К).

4. Питома теплова потужність розташованого в підвалі будинку ґрунтового теплообмінника, віднесена до одного погонного метра триметрових свердловин з U-образними поліетиленовими трубками діаметром 16 х 2 мм, перебуває в інтервалі 24 - 52 Вт/м. Величина питомого теплового потоку із ґрунту, віднесена до площі тієї частини підвалу будинку, в якій пробурені свердловини, перебуває в діапазоні значень 39 - 86 Вт/м-2.

5. Тепловий насос працював із середньою величиною коефіцієнта перетворення 3,5.

6. Спільна робота стічно-гликолевого та ґрунтового теплообмінників у єдиному гликолевому контурі циркуляції, що працює неспинно, запобігає переохолодженню ґрунту, який при непрацюючому компресорі теплового насоса прогрівається теплотою стоків, сприяючи більш ефективному виробленню теплової енергії.

7. При роботі теплового насоса протягом 20 годин на добу температура етиленгликоля знижується до мінімального значення мінус 1° C. Середнє значення температури охолодженого етиленгликоля +5 - 8° C.

8. Час виходу установки на стаціонарний температурний режим - від 2,5 до 4 годин від початку роботи теплового насоса.

9. Максимальна температура води, підігрітої в конденсаторі теплового насоса, 57° C. Середнє значення - 51° C.

10. Зміни температури зовнішнього повітря в період проведення досліджень в інтервалі значень від +28 до -15° C не виявили помітного впливу на величину теплового потоку від ґрунту, розташованого під плямою будинку.

11. Для забезпечення повністю автономного й незалежного від теплової мережі гарячого водопостачання гуртожитку аспірантів КИЇВЗНІЕП необхідно додатково встановити тепловий насос тепловою потужністю 20 кВт і збільшити довжину стічно-гликолевих теплообмінників до 26 метрів.

12. Наукова інформація, отримана в результаті дослідження експериментальної установки, достатня для того, щоб на її основі проектувати й будувати будинки з тепловими насосами, що ефективно використовують енергію каналізаційних стоків і ґрунту.

Електрообігрів в Україні, у тому числі електроопалення, є одним із добре відомих видів побутового енергозабезпечення. У той же час практика використання електроопалення в більшості випадків зводиться до використання нагрівачів в якості традиційного доводчика температури в перехідних умовах, коли звичайні системи опалення ще (або вже) не працюють, наприклад, перед початком опалювального періоду. Важливою обставиною інституційного стану електроопалення є те, що всупереч поширеній думці, на сьогоднішній час на його подальше розповсюдження не існує жодних заборон або суттєвих обмежень з боку законодавства України, указів Президента України, постанов та розпоряджень Кабінету Міністрів України, постанов НКРЕ, наказів НАЕР та інших відомств. Навпаки, для інтенсифікації використання енергоефективних засобів застосування електричної енергії для обігріву розроблені численні нормативно-правові акти багатьох відомств. В Україні нараховується близько 19 млн. домогосподарств. Усі вони при певних умовах здатні стати абонентами електроопалення, яке суміщає переваги централізованого виробництва енергії з децентралізованим її споживанням. Але можливості новітніх технологій електроообігріву ще маловідомі не тільки широким верствам потенційних споживачів, а й навіть проектантам інженерних систем будинків, робітникам ЖКГ. Ці матеріали призначені для більш докладного знайомства з сучасним електроопаленням в умовах України. Докладно розглядаються технології трансформації електричної енергії в теплову за принципом Джоуля-Ленца та відповідне обладнання.

9.1. Особливості електротеплопостачання

При електротеплопостачанні у якості енергоносія застосовується електроенергія, яка здатна перетворюватися на теплову енергію без проміжних теплоносіїв. Головними перевагами електроенергії як енергоносія є наступні:

• простота використання, високі споживчі властивості;

• відносно легкі транспортування і підведення до кожного розосередженого споживача;

• зручність регулювання;

• екологічна чистота.

Установка індивідуальних нагрівачів у кожному місці обігріву дає можливість за рахунок децентралізованого регулювання температури заощаджувати електроенергію, а значить значні ПЕР, а також більш точно регулювати показники мікроклімату. Нагрівальні елементи в сучасному устаткуванні мають низькі температурні характеристики (50 - 130° C), не спалюють кисень. В результаті їх застосування не змінюються вологість у приміщенні, газовий склад повітря. Внаслідок відсутності продуктів горіння виключаються витрати на газоочищення. Крім того, такі системи, порівняно з централізованими системами водяного опалення, мають меншу металоємність, більшу екологічність у місці споживання. На відміну від обігріву за допомогою паливних теплогенераторів, електрообігрів характеризується компактністю; меншими капітальними і експлуатаційними витратами (особливо, якщо порівняти вклади в електромережу і витрати на прокладання теплотрас, їх обслуговування та ремонт); більшою надійністю і пожежобезпекою; більшою енергетичною ефективністю (енергія виділяється безпосередньо у робочому просторі). Для просторово розсіяних споживачів зникає необхідність будівництва і експлуатації невеликих котелень, а в окремих домогосподарствах - влаштування вогневих печей, зменшуються трудові й амортизаційні витрати, зникають питання доставки, складування палива.

Існує широка номенклатура електроопалювальних приладів. Вони мають відповідати вимогам Правил користування електричною енергією, зокрема: для цілей електрообігріву в будівлях різного призначення повинні застосовуватися електронагрівальні пристрої заводського виготовлення, передбачені проектним рішенням, стаціонарно встановлені або вбудовані в конструкційні елементи будівлі (підключення до електромережі без використання штепсельних з'єднань).

Список електроприладів складають електричні котли; електродні котли проточного типу; електродні бойлери; електричні теплогенератори; акумуляційні електропечі; променисті електронагрівачі; електричні гріючи панелі; електричні нагрівальні кабелі; електричні низькотемпературні сухі і масляні радіатори, конвектори; електричні тепловентилятори; електричні конвектори або комбіновані електроводяні конвектори; низькотемпературні нагрівальні елементи, вбудовані в конструкційні елементи будівель; теплові насоси з електроприводом компресорів; електричні насосні установки з вихровою трубою та інші.

Електричне опалення має найбільш широкі можливості щодо раціонального й економічного керування режимами опалення. Може бути використана багатотарифна оплата за електроенергію (вночі дешевше до 4 разів). Саме в нічний час зовнішня температура найнижча, тобто збільшуються теплові втрати, тоді як удень працює багато побутових електроприладів, додатково виділяючи тепло. Різниця денної і нічної температури сягає 10 - 15° C, для компенсації таких коливань потрібно до 50 % добових ресурсів. При використанні електротеплонакопичувачів економія може бути ще більш істотною, тому що теплоємність такого устаткування в " 10 разів вища, ніж спожита енергія.

Гнучкість у керуванні електроопалення дозволяє легко відключати опалення приміщень, організувати програмовані добові чи тижневі цикли теплових режимів. Наприклад, при від'їзді встановлювати економний мінімальний режим. Це істотно (до 50 %) заощаджує електроенергію.

Обсяг використання опалювальних приладів зазнав стрибка після переходу України на засади ринкової економіки, коли електрична енергія набула властивості товарної продукції, тобто вільних продажу-купівлі. Але особлива увага до розвитку електроопалення в країні спостерігається у теперішній час, що обумовлюється багатьма причинами:

- унікальністю електроенергобалансу України (" 50 % АЕС);

- можливістю замкнення ядерного паливного циклу;

- практично нульовою часткою НДЕ в енергобалансі, що частково обумовлено незначними потенціалами вітру, сонця, малої гідроенергетики тощо;

- дефіцитом маневрових і профіцитом генеруючих потужностей;

- дефіцитом у країні природного газу і нафти (власним видобутком Україна забезпечена лише на 20 - 25 % від загальних своїх потреб);

- низькою якістю послуг традиційних видів опалення;

- можливістю надати послугу опалення з підвищеними споживчими властивостями, зокрема реалізувати панельно-променисте опалення.

Вказані обставини стимулюють подальшу електрифікацію побуту, особливо шляхом розповсюдження енергоефективних видів електрообігріву, зокрема теплоакумуляційного опалення. В останньому випадку в умовах аномально високої добової нерівномірності навантаження ОЕС України електротеплоакумуляційне опалення виступає у ролі потужного споживача-регулятора. Ситуація з дефіцитом маневрових потужностей внаслідок пуску в експлуатацію нових енергоблоків на РАЕС-4 і ХАЕС-2, а також зменшення в останні місяці 2008 року потреб в електроенергії у зв'язку зі спадом виробництва у металургійній і хімічній галузях загострилась ще більше. Розширення електроопалення є одним з перспективних засобів зменшення використання природного газу при збереженні темпів зростання загального питомого енергоспоживання.

9.2. Можливості застосування електроопалення та електротеплоакумуляції у м. Києві

У нежитловому фонді м. Києва (дитсадки, школи, адміністративні будівлі) є можливість використовування технології для перетворення електричної енергії в теплову в нічний час та її накопичення в теплових акумуляторах.

Загальна потужність, яку можливо використати для цього, складе близько 1000 МВт.

Загальний обсяг заміщення природного газу складе 360 млн. м-3/рік.

Загальні витрати на впровадження цих проектів складуть до 2500 млн. гривень.

Термін окупності витрат складе близько 4-х років.

10.1. Пропозиції до програми модернізації системи теплопостачання м. Києва по розосередженому електротеплопостачанню

Розділ розроблено у співпраці з д. т. н. Праховником А. В.

В основу програми покладено визначення принципово нових напрямів розвитку та вдосконалення діючих систем централізованого та децентралізованого енергопостачання з урахуванням масштабного використання джерел розосередженої генерації та акумулювання енергії, створення механізму економічного стимулювання споживачів до участі в процесі регулювання режимів мереж через впровадження ефективної системи тарифів на електричну та теплову енергію і воду, оптимізація енергоспоживання.

Потужні електричні станції та ТЕЦ, з'єднані електричними та тепловими мережами в системи з централізованим управлінням, до останнього часу становили основний варіант енергозабезпечення будь-якої країни. Для енергетики України характерні високий рівень зносу енергетичного устаткування та розподільчих мереж, надзвичайно високі втрати енергії, низькі показники надійності та якості енергозабезпечення. Зменшення запасів органічного палива, зростання його вартості, екологічні проблеми, низька ефективність енергопостачання призвели до ситуації, коли подальший прогрес потребує зміни принципів формування та функціонування системи енергозабезпечення.

Важлива роль у покращенні ситуації в енергетичні сфері надається розосередженій генерації, використанню альтернативних традиційних та поновлюваних джерел енергії. На сьогодні когенераційні установки, вітроенергетика, сонячні колектори та теплові насоси реально конкурентоспроможні у порівнянні з традиційними формами енергопостачання, характеристики витрат на їх створення та експлуатацію мають тенденцію до зменшення, тоді як ціни на традиційні енергоносії органічного походження постійно зростають.

У багатьох країнах використовуються децентралізовані та локальні системи енергопостачання і спостерігається стійка тенденція поширення використання розосередженої генерації. За таких умов виникає потреба у формуванні принципово нових структур, які б поєднували переваги централізованого та децентралізованого енергопостачання. Ефективне функціонування таких структур потребує створення єдиного інформаційного середовища, спільної економічної зацікавленості усіх суб'єктів, єдиної ідеології управління.

Напрацювання вітчизняних та зарубіжних учених за напрямком програми в значній мірі стосуються окремих питань, таких як ресурсне забезпечення, використання нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії, розробка технологій, обладнання, систем обліку тощо.

Розробка та впровадження концепції потребує докорінної зміни ідеології побудови енергетичних систем, які створені вертикально інтегрованими з жорстким централізованим управлінням. Принципи організації енергопостачання та енергоспоживання, що прийняті на сьогодні у світі, не забезпечують вирішення задач, що ставить перед людством час. Функціонування енергетичних мереж має реалізовуватись за кількома паралельними, скоординованими напрямками і вимагає постановки та вирішення технічних, економічних, організаційних задач, більшість з яких у світовій практиці розглядаються вперше.

Сучасні об'єкти енергоспоживання промислового чи комунального застосування - це сукупність взаємопов'язаних складних інженерних систем (енергозабезпечення, енерговикористання, забезпечення мікроклімату, водозабезпечення, система управління та зв'язку).

Враховуючи зростаючу увагу до екології навколишнього середовища та появу ефективних технологій розосередженої генерації, особливо відновлюваних джерел енергії, у світі надають перевагу проектуванню та будівництву енергоефективних та екологічних промислових об'єктів, офісних установ та комфортного житла з автономними системами життєзабезпечення та регенерацією відходів.

Створення таких енергоефективних об'єктів можливе лише в результаті прийняття проектувальниками ряду складних інженерних рішень вже на стадії їх проектування або реконструкції. Досвід розвинутих країн показує, як можна більш раціонально вирішувати ці питання, але єдиної комплексної моделі прийняття рішень на сьогодні немає. Разом з тим відчувається нестача наукових методів та підходів при проектуванні енергоефективних енергосистем (енергостанцій) на базі розосередженої генерації і взагалі не існує цілісної концепції їх побудови.

З появою засобів, що забезпечують постійний контроль за енерговикористанням споживачів, обробку та передачу інформації, виникла можливість здійснення задачі комплексного управління генерацією/споживанням електричної та теплової енергії, формування доцільних графіків навантажень з використанням тарифної політики.

Основним принципом побудови й організації функціонування сучасної енергетики будь-якої країни є формування збалансованого, енергоефективного та екологічно чистого забудованого середовища - енергетики сталого розвитку міста (регіону). Цей принцип є домінуючим і на найближчу перспективу. Проте слід визначити цілий ряд факторів, що потребують врахування при визначенні шляхів подальшого розвитку енергетики регіонів, зокрема щодо викликів, які мають бути враховані при розробці концепцій та програм.

1. Проблема глобального потепління, що значною мірою пов'язана з неефективністю технологій, які використовуються в традиційній енергетиці.

Кілька десятиліть тому стало очевидним, що вміст в атмосфері речовин, які призводять до виникнення парникового ефекту (парникові гази), за останнє століття стрімко зростає і значною мірою це пов'язано з недоліками технологій спалювання органічного палива: вугілля, нафти і природного газу. Так, близько 60 % усіх парникових газів викидаються в атмосферу в результаті спалювання в двигунах внутрішнього згорання та при виробництві теплової й електричної енергії. Так, у 2004 році викиди CO2 від використання органічного палива склали 56,6 %.

Не дивлячись на деякі розбіжності відносно оцінки щорічного росту рівня викидів CO2 в світі, пов'язаних з функціонуванням енергетичних установок, сформувалася загальна думка про необхідність стабілізації концентрації парникових газів в атмосфері на рівні 450 ppm еквіваленту CO2. Це дозволить обмежити зростання навколишньої температури до 2° C.

Україна послідовно робить свій внесок у боротьбу із глобальною зміною клімату та підтримує зусилля міжнародного співтовариства, спрямовані на обмеження і скорочення антропогенних викидів парникових газів в атмосферу.

Як Сторона Рамкової конвенції ООН про зміну клімату та Кіотського протоколу до неї Україна виконує взяті на себе зобов'язання щодо скорочення викидів парникових газів та діє в рамках зазначених міжнародних угод.

Як Сторона Кіотського протоколу Україна бере активну участь у скороченні викидів парникових газів через "гнучкі" механізми Кіотського протоколу - проекти спільного впровадження та торгівлю квотами за Схемою Зелених Інвестицій.

Реалізуючи на практиці тезу "спільної, але диференційованої відповідальності", Україна бере на себе зобов'язання щодо такого рівня викидів парникових газів, який на період до 2020 року не перевищуватиме 80 % від рівня базового 1990 року, за умови функціонування міжнародних проектних (наприклад, проекти спільного впровадження) та ринкових (наприклад, торгівля квотами) механізмів.

У грудні 2010 року в місті Канкун, Мексика, відбулась вже 16-а міжнародна Конференція із зміни клімату, де розглядалися важливі питання, які для України можуть бути непередбачуваними, якщо ми проігноруємо можливі рішення та вже сьогодні не почнемо змінювати підходи до формування теплової енергетики. Поки ще не прийняті деякі пропозиції, а саме:

• прийняти систему всесвітнього карбонового оподаткування.

• стати на пропозицію ЕС щодо прийняття до 2012 року Концепції "Zero Carbon Action Plan" 1 ("Нульовий карбоновий план дій" 1) в якості обов'язкової вимоги до всіх країн міжнародного договору зі змін клімату.

Потрібно звернути увагу:

• що в Канкуні вже затверджено проект створення так званого "Зеленого фонду", який передбачає механізми передачі екологічно чистих технологій.