Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики
Приводятся доводы неизбежно необходимой модернизации коммунальной теплоэнергетики и предлагается направление ее осуществления, основанное на локально по объектном использовании солнечного излучения, грунтовых аккумуляторов теплоты и тепловых насосов. Наведені аргументи неминуче необхідної модернізац...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60335 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики / А.И. Накорчевский // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 3 — С. 71-74. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859651760481632256 |
|---|---|
| author | Накорчевский, А.И. |
| author_facet | Накорчевский, А.И. |
| citation_txt | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики / А.И. Накорчевский // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 3 — С. 71-74. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Приводятся доводы неизбежно необходимой модернизации коммунальной теплоэнергетики и предлагается направление ее осуществления, основанное на локально по объектном использовании солнечного излучения, грунтовых аккумуляторов теплоты и тепловых насосов.
Наведені аргументи неминуче необхідної модернізації комунальної теплоенергетики і пропонується напрямок її втілення, що базується на локально по об’єктному використанні сонячного випромінювання, ґрунтових акумуляторів теплоти і теплових насосів.
The arguments to inevitably necessary the modernization of the communal heat energy and is offering direction of its decision, founded on local on object use the solar radiation, the heat soil battery and the heat pumps is presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:34:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №3 71
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
УДК 536.21+662.995
Накорчевский А.И.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ПРИНЦИПЫ МОДЕРНИЗАЦИИ КОММУНАЛЬНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
Наведені аргументи неми-
нуче необхідної модернізації
комунальної теплоенергетики і
пропонується напрямок її втілення,
що базується на локально по
об’єктному використанні соняч-
ного випромінювання, ґрунтових
акумуляторів теплоти і теплових
насосів.
Приводятся доводы неизбежно
необходимой модернизации комму-
нальной теплоэнергетики и пред-
лагается направление ее осущест-
вления, основанное на локально по
объектном использовании солнеч-
ного излучения, грунтовых аккуму-
ляторов теплоты и тепловых насо-
сов.
The arguments to inevitably
necessary the modernization of the
communal heat energy and is offering
direction of its decision, founded on
local on object use the solar radiation,
the heat soil battery and the heat pumps
is presented.
На развитие производительных сил всегда
оказывают влияние внешние факторы и вну-
тренние, преимущественно эволюционные,
тенденции. До ХХ века влияние последних
было, как правило, определяющим. В настоя-
щее время в связи с глобализацией и взаимо-
влиянием всех сфер человеческой деятельно-
сти приоритеты существенно изменились и
внешние факторы стали главными. Поэтому
современная энергетика вынуждена учитывать
общемировые вызовы, ставшие перед челове-
ческим сообществом, а именно:
1. Жесткий мировой экологический кри-
зис, который требует перехода к безотходным
и низкотемпературным энерготехнологиям.
К безотходным в буквальном смысле, то есть
не производящим любые побочные вещества, и
прежде всего продукты сгорания любого, даже,
на первый взгляд, идеального водородного то-
плива, не говоря уже о многокомпонентном
газовом и твердом композите – биогазе, угле,
древесине, их производных и т. п. К низкотем-
пературным системам – из-за неизбежного кон-
такта с окружающей средой и вследствие этого
повышения ее энергетического потенциала, что
негативно отражается на экосистеме даже при
изменении температуры на доли кельвина.
2. Энергетический кризис, связанный с ис-
черпанием и удорожанием газа, нефти и приво-
дящий энергозависимые страны, помимо всего,
еще и к дополнительным внешнеполитическим
проблемам. Причем, в силу экологического
кризиса, дальнейшая ориентация на эти тра-
диционные энергоисточники бесперспективна,
что не все еще, к сожалению, осознают.
3. Эгоистический человеческий фактор, вы-
званный неуемным стремлением к комфорту,
что неизбежно приводит к повышению энерго-
затрат. Так по данным Оксфордского универ-
ситета (газета «День» № 197 от 31.10.2009) за
прошлое столетие население на планете увели-
чилось в четыре раза, а потребление воды – в
девять раз, потребление энергии – в 13. Объем
промышленного производства вырос в 40 раз
по сравнению с началом ХХ века.
В связи с действием этих обстоятельств фи-
зики, обществоведы и философы предрекают
негативные последствия для среды обитания
человека, которые уже отчетливо проявляются
в серьезном глобальном нарушении теплового
режима планеты, в ухудшении экологической
обстановки.
В рамках изложенного выше применитель-
но к коммунальной теплоэнергетике Украины
и с учетом фактически неизбежной модерниза-
ции жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ)
из-за материальной изношенности всего обору-
дования (аварии в Алчевске, Днепропетровске
и т.д.) и его моральной устарелости, рассмо-
трим возможные варианты решений. Это тем
более необходимо, поскольку коммунальная
теплоэнергетика потребляет более 30 % обще-
го количества топлива, расходуемого страной.
И здесь возникает опасность выбора решения,
ведущего по сути к нерациональному и бес-
перспективному результату – к традиционным
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №372
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
схемам на основе АЭС, ТЭС, котельных, го-
родских теплотрасс, в то время как мировое со-
общество вынужденно идет по принципиально
другому пути – с возрастающим использова-
нием нетрадиционных технологий и энергоре-
сурсов. Даже если игнорировать глобальные
проблемы, отмеченные выше (с чем вряд ли
согласится мировое сообщество), то центра-
лизованное теплоснабжение становится у нас
убыточным уже при цене газа 350 долларов за
тысячу кубометров. Переход к электроотопле-
нию проблематичен хотя бы из-за изношенно-
сти систем электропередачи как магистраль-
ных, так и распределительных сетей. КПД
производства электроэнергии на угольных
ТЭС и АЭС порядка 30…35 %, не говоря уже
о проблемах выбросов в атмосферу продуктов
сгорания и утилизации отработанного ядерного
топлива. Все это обсуждается не только в спе-
циальных изданиях, но и становится известным
из средств массовой информации.
Выход из создавшейся ситуации невоз-
можен без широкого использования энерго-
экономных технологий и нетрадиционных
источников энергии (НИЭ). Все виды нетра-
диционной энергетики порождены Солнцем.
К таковым относятся солнечная радиация, гео-
термика, энергия рек, морей, океанов и ветра.
Использование энергии ветра рационально
только в гористой и малонаселенной местности
из-за аэродинамического шума ветроагрегатов.
Недостаток геотермики – в трудностях обрат-
ной закачки теплоносителя, который к тому же
оказывается сильно минерализованным, что
усложняет работу теплообменного оборудова-
ния. Биогаз, как уже отмечалось, нельзя отне-
сти к безотходным видам энергии.
Повсеместно доступным энергоисточни-
ком, отвечающим самым жестким экологи-
ческим требованиям, является солнечное из-
лучение. Причем только часть падающей на
Землю солнечной энергии поглощается грун-
том. Остальная отражается и уходит во внезем-
ное пространство. Для увеличения восприятия
солнечной инсоляции используются специаль-
ные приемники, трансформирующие энергию
Солнца в ее тепловой, электрический или хи-
мический вид. Стоимость этих устройств пока
велика. Однако по мере исчерпывания традици-
онных источников энергии и ухудшения эколо-
гической обстановки конкурентоспособность
таких приемников будет возрастать.
Если говорить о тепловой форме солнечной
энергии, то возможны два варианта ее использо-
вания: 1) посредством специальных устройств
(солнечных коллекторов); 2) путем извлечения
непосредственно из верхних слоев грунта. В
первом случае происходит прямое действие
излучения на приемник, а во втором – опосре-
дованное действие радиации в виде аккумули-
рованной в грунте энергии. Ясно, что тепловой
потенциал в первом случае будет существен-
но выше. Если приводить конкретные цифры,
то в средних широтах Земного шара (где рас-
полагается Украина) применение ординарных
солнечных коллекторов позволяет получить
температуру до 60 °С, а при непосредственном
извлечении из грунта в холодное время года – в
среднем не больше 0 °С. Повысить потенциал
энергии можно тепловыми насосами. Однако и
здесь нельзя рассчитывать на конечные темпе-
ратуры, превышающие 60…65 °С. Теплоноси-
тель с такими низкопотенциальными (!) пара-
метрами наиболее рационально использовать в
коммунальной сфере – для отопления помеще-
ний (например, по наиболее гигиеничной схеме
«теплый пол») и для горячего водоснабжения.
Учитывая значительную долю коммунально-
го теплопотребления в общем энергетическом
балансе, переориентировка ЖКХ на использо-
вание солнечной энергии фактически снимет
основные проблемы энергетического кризиса
в Украине. Таким образом, создаются предпо-
сылки для перехода к низкотемпературной
теплоэнергетике с существенным ограниче-
нием сжигаемых энергоресурсов.
Особенность стран, расположенных на
средних широтах Земли, состоит в отопитель-
ном сезоне, достигающем 180 дней, когда мест-
ная солнечная активность минимальна. Если
ориентироваться на летнюю солнечную радиа-
цию как на основной энергетический источник,
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №3 73
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
то возникает необходимость в длительном на-
коплении теплоты. Поэтому проблема созда-
ния эффективного аккумулятора большой те-
пловой емкости является актуальной. Понятие
«большая тепловая емкость» можно конкре-
тизировать. Например, потребность в теплоте
жилого дома на 1000 жителей при полугодо-
вом отопительном сезоне составляет порядка
1,56·1013 Дж. Естественным доступным мине-
ралом, имеющим наибольшую объемную теп-
лоемкость 4,17·106 Дж/(м3·К), является вода.
Если ее использовать как аккумулирующую
среду, то при повышении температуры воды в
аккумуляторе от 10 до 65 °С емкость аккуму-
лятора составит 6,8·104 м3. Наименьшую огра-
ничивающую поверхность имеет куб, длина
ребра которого при такой емкости аккумулято-
ра должна быть 40,8 м, что соответствует высо-
те 14-этажного дома. Искусственное сооруже-
ние такой большой емкости с легкоподвижной
средой в пределах зоны проживания пробле-
матично и опасно. Поэтому наиболее подходя-
щим объектом для решения проблем сезонно-
го аккумулирования теплоты представляется
естественный грунтовой массив.
В ИТТФ НАН Украины в течение послед-
них 10 лет проведено комплексное исследова-
ние сезонного грунтового аккумулирования
теплоты с последующим ее извлечением, рас-
четная часть которого изложена в монографии
[1]. Типичный грунтовой аккумулятор создает-
ся системой вертикальных теплообменников,
опущенных в пробуренные в земле скважины
глубиной 50…100 м с шагом 2…4 м. Посред-
ством промежуточного теплоносителя (обыч-
но вода) теплота от солнечных коллекторов в
течение полугода аккумулируется в грунте, а в
отопительный сезон – извлекается из него. Тре-
буемые температуры для отопления и горячего
водоснабжения поддерживаются соответству-
ющими тепловыми насосами. Аккумулятор
рационально располагать под «пятном» мно-
гоэтажного здания в городах и под стадионом
для поселков. Солнечные коллектора заменя-
ют кровлю зданий в городах и кровлю трибун
стадиона в поселках. Следовательно, экономно
решается проблема расположения коллекто-
ров и отведения земли под аккумулятор. Сте-
пень извлечения из грунта ранее аккумулиро-
ванной теплоты в первый год эксплуатации
аккумулятора порядка 80 % с последующим
повышением до 95 % на пятый год эксплуата-
ции. В [1] изложен метод увеличения степени
извлечения теплоты, начиная со второго года,
до показателя любого наперед заданного n года
(n = 5, 6, …). Таким образом, эффективность
работы грунтового аккумулятора может отве-
чать уровню современного индустриального
машинного производства.
Расчет для пятиэтажного жилого дома, обо-
рудованного ординарными солнечными кол-
лекторами, грунтовым аккумулятором теплоты
под ним и тепловыми насосами, показал, что
расход внешней энергии на отопление оказал-
ся почти в 10 раз меньше необходимого, расход
внешней энергии на горячее водоснабжение
сократился в четыре раза, а совокупные внеш-
ние энергозатраты уменьшились в семь раз [1].
Дом превратился в теплоавтономный энерго-
генерирующий самодостаточный объект. Ему
не нужны теплотрассы, котельные и прочая
архаика XX века. Ему нужно только электро-
снабжение тепловых насосов, покрывающее
10 % расхода на отопление и 25 % на горячее
водоснабжение. Жители дома освобождены
от городских тепловых служб со всеми выте-
кающими из этого следствиями. Окупаемость
решения при введении «зеленого тарифа» по-
рядка 70 коп. за кВт·час составляет 5,4 года.
Такая модернизация может быть использована
не только для новостроек, но и при реконструк-
ции жилого массива. Буровые работы под до-
мом можно организовать, временно демонти-
ровав перекрытие первого этажа над подвалом.
Если при размещении солнечных коллек-
торов ориентироваться на собственно жилой
дом, то этажность здания не должна превы-
шать 12 [1]. Несмотря на принятую комфорт-
ной для проживания 4 – 5-этажную застройку,
в крупных городах этот принцип игнорирует-
ся, и, например, для 24-этажного здания энер-
гия от солнечных коллекторов будет в два раза
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №374
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
меньше необходимой. Высотное строительство
требует индивидуального подхода и возникший
дефицит теплоты следует компенсировать ча-
стичным или совокупным использованием:
1) материалов с повышенным теплосопротив-
лением для наружных ограждений;
2) теплоты канализационных стоков;
3) теплоты отработанного воздуха принуди-
тельной вентиляции;
4) теплоты наружного воздуха.
Три последних способа требуют дополни-
тельной установки соответствующих тепловых
насосов.
Здесь уместно отметить следующее.
Нормирование расхода теплоты для жилых
сооружений по официальному документу
[2] приводит к годовому значению порядка
190 кВт·час/м2 [1]. Увеличение толщины теп-
лоизоляции на 0,03 м по сравнению с норма-
тивной (0,09 м) в сочетании с некоторым ис-
пользованием теплоты солнечной радиации и
наружного воздуха позволило снизить этот по-
казатель в 3,5 раза (53,9 кВт·час/м2) [3]. Если
государство действительно заинтересовано в
сокращении расхода энергии, то нормативные
документы типа [2] для нового строительства
должны быть другими и иметь стимулирую-
щий энергоэкономный характер.
Выводы
В связи с неизбежно ухудшающейся эко-
логической обстановкой переориентация ком-
мунальной теплоэнергетики на низкотемпера-
турную с локально объектным использованием
солнечной инсоляции представляется безаль-
тернативной. Такое решение приведет, по сути,
к ликвидации централизованного теплоснабже-
ния и положительно отразится на инфраструк-
туре городов, поскольку исчезнут городские
внедомовые теплотрассы, котельные и прочая
атрибутика. В выигрыше окажется та страна,
которая раньше всех станет на путь такой мо-
дернизации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Накорчевский А.И. Грунтовые аккумуля-
торы теплоты и модернизация коммунальной
теплоэнергетики. – К.: Наукова думка, 2010. –
256 с.
2. Норми та вказівки по нормуванню ви-
трат палива та теплової енергії на опалення
житлових та громадських споруд, а також на
господарсько-побутові потреби в Україні. КТМ
204 Україна 244-94. – Київ, 2001. – 376 с.
3. Зільбербергер К. Енергоефективний
пілотний проект. Офісно-житловий будинок на
вул. Щербакова, 52. – Stuttgart, 2010. – 26 c.
Получено 03.02.2011 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60335 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:34:48Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Накорчевский, А.И. 2014-04-14T14:00:54Z 2014-04-14T14:00:54Z 2011 Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики / А.И. Накорчевский // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 3 — С. 71-74. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60335 536.21+662.995 Приводятся доводы неизбежно необходимой модернизации коммунальной теплоэнергетики и предлагается направление ее осуществления, основанное на локально по объектном использовании солнечного излучения, грунтовых аккумуляторов теплоты и тепловых насосов. Наведені аргументи неминуче необхідної модернізації комунальної теплоенергетики і пропонується напрямок її втілення, що базується на локально по об’єктному використанні сонячного випромінювання, ґрунтових акумуляторів теплоти і теплових насосів. The arguments to inevitably necessary the modernization of the communal heat energy and is offering direction of its decision, founded on local on object use the solar radiation, the heat soil battery and the heat pumps is presented. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Коммунальная и промышленная теплоэнергетика Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики The principles to modernizations of the communal heat energy Article published earlier |
| spellingShingle | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики Накорчевский, А.И. Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| title | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики |
| title_alt | The principles to modernizations of the communal heat energy |
| title_full | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики |
| title_fullStr | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики |
| title_full_unstemmed | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики |
| title_short | Принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики |
| title_sort | принципы модернизации коммунальной теплоэнергетики |
| topic | Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| topic_facet | Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60335 |
| work_keys_str_mv | AT nakorčevskiiai principymodernizaciikommunalʹnoiteploénergetiki AT nakorčevskiiai theprinciplestomodernizationsofthecommunalheatenergy |