Чем и как отапливать жилье
Проблема возникла не сегодня
Сегодня в России темпы жилищного строительства нарастают. В 2005 г. организациями всех форм собственности построено 515,1 тыс. новых квартир. Ввод в действие жилых домов в 2005 г. составил 43,6 млн. кв. м общей площади, или 106,3% к уровню 2004 г. В соответствии с Президентской программой предполагается резкое увеличение площади жилого фонда. Поставлена задача — к 2007 г. обеспечить рост объемов жилищного строительства не менее чем на одну треть по отношению к уровню 2004 г.
Однако эксплуатация построенного жилья сталкивается с высоким уровнем потреб-ления топливно-энергетических ресурсов, постоянным ростом цен на энергоносители, ростом тарифов на жилищно-коммунальные услуги, большим износом теплоэнергетических объектов.
Возникает вопрос: чем и как отапливать новое и старое жилье?
Проблема возникла не сегодня. Считается, что полвека назад энергоносители стоили относительно дешево. Это не совсем так. В стране, еще не оправившейся от войны и находившейся во враждебном окружении, ощущалась нехватка всех ресурсов. Но именно тогда Постановление ЦК КПСС и Совета министров от 19 августа 1954 г. «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» положило начало строительству жилых зданий с высоким удельным энергопотреблением, недорогих при массовом производстве конструкций, но дорогих в эксплуатации. Тогда же была выбрана схема одновременной централизованной выработки тепловой и электрической энергии, что привело к созданию самой большой в мире системы централизованного теплоснабжения. Эти решения сочетались с неразвитостью и второстепенностью внутренних инженерных систем зданий, практического отсутствия приборов контроля и управления.
Годовая добыча нефти в России составляет около 600 млн. т, газа — около 600 млрд. куб. м, что по теплотворной способности эквивалентно тем же 600 млн. т нефти. То есть в сумме — около 1,2 млрд. т углеводородов в год. При населении 150 млн. человек на отопление расходуется 300 млн. т — около 1/4 годовой добычи углеводородов. Рост потребности в энергоресурсах уже не может быть полностью обеспечен за счет увеличения их добычи и производства. Недостающую часть можно восполнить лишь за счет энергосберегающих технологий и мероприятий.
Работы по энергосбережению достаточно активно проводились в России начиная с середины 1990-х гг. Были разработаны новые требования к теплозащите зданий, созданы их энергетические паспорта; стали широко использоваться системы регулирования, появились стандартные наборы мероприятий по энергосбережению. И в последние годы тема энергосбережения не сходит со страниц газет и журналов. Однако полная ясность ни во взглядах специалистов, ни в общественном сознании не наступила.
Расход тепловой энергии
Одно из направлений энергосбережения — повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов потребителями. На что расходуется тепловая энергия, вырабатываемая отопительными системами? Очевидно, на компенсацию потерь тепла через ограждающие конструкции. Но не только на это. Не меньше тепла может уносить отработанный воздух при вентиляции помещений. Если, конечно, не обеспечены санитарные нормы по воздухообмену. Поэтому совершенствование ограждающих систем — не единственное направление обеспечения энергоэффективности здания.
М. Ю. Зиборов ярко показал однобокость «тепловых» СНиПов и развивающих их местных строительных норм [1]. Действительно, устанавливаемые стеклопакеты блокируют приток свежего воздуха. По современным нормам, из кухни, туалета и ванной комнаты должно удаляться около 300–500 куб. м/час воздуха, а из жилых комнат — не менее 3 куб. м/час воздуха с каждого квадратного метра. А если нет притока воздуха в квартиру, то и оттока через эти отверстия тоже не будет. Воздух из квартиры, даже самой элитной, при закрытых стеклопакетах не удаляется вообще. Не спасают ни так называемое микропроветривание, ни даже кондиционеры с генераторам кислорода [2].
Стоимость оборудования и монтажа простейших систем вентиляции мы оценили в 150 руб. за кв. м [3]. Оценку основной составляющей эксплуатационных затрат таких систем получил А. Н. Земцов, проведя подсчет затрат на поддержание параметров микроклимата в жилых помещениях. Он образно формулирует правило «три по сто» для климатических условий Москвы и Московской области [4]. В среднем за год это выглядит следующим образом:
- около 100 кВт/год тепловой мощности требуется для обогрева конструкции здания, чтобы компенсировать кондуктивные теплопотери с поверхности ограждающих конструкций (контакт стен с холодным воздухом и ветровой унос тепла);
- столько же требуется на нагрев воздуха, закачиваемого в отапливаемые помещения здания;
- столько же требуется для увлажнения наружного воздуха при его закачивании в объем помещения.
Можно поспорить с отдельными составляющими расчета, но несомненно одно: вентиляция помещений (без рекуперации выбрасываемого тепла) требует энергозатрат, сопоставимых с компенсацией теплопотерь через ограждающие конструкции здания.
Строительные нормы оказались разделенными на «тепловые», учитывающие теплопотери через ограждающие конструкции, и «вентиляционные», учитывающие потери тепла на подогрев поступающего воздуха. В результате — совокупный анализ, тем более, что технико-экономическая оптимизация жилого здания с учетом вентиляции не проводится, хотя научные основы такого анализа существуют [5]. Экономические оценки роторной рекуперации тепла сделаны лишь для простейших случаев [6].
Таким образом, задача построения энергоэффективного здания как совокупности архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обес-печение микроклимата в помещениях этого здания, поставлена, но не решена. Ценность энергии как стратегического сырья и как собственности будущих поколений не определена законодательным образом [7].
Производство тепловой энергии
Говоря о производстве и подаче тепловой энергии, следует прежде всего остановиться на соотношении централизованных и децентрализованных систем отопления.
Можно утверждать, что в обозримом будущем теплоснабжение в крупных населенных пунктах будет развиваться в основном как централизованная система, включающая в себя альтернативные источники теплоснабжения. Централизация будет включать как централизованные по месту выработки теплоты, так по методу доставки источники тепла (газ, электрическая сеть или централизованная поставка жидкого, твердого топлива) [6]. Агрегаты большой единичной мощности имеют колоссальную тепловую инерцию, полностью исключающую оперативное реагирование на изменение потребления ресурсов. Вывод ТЭЦ на рабочий режим занимает от нескольких до десятков часов. Легкой управляемостью обладают небольшие котлы и генераторы, которые должны включаться как в состав централизованных систем, так и использоваться в качестве автономных источников.
Основными видами топлива будет оставаться газ, уголь, жидкие углеводороды. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» предполагает постепенное увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны. Новые виды топлива, например древесные топливные гранулы или биогаз, будут иметь вспомогательное значение.
Как в угольной, так и в улеводородной энергетике многие новации основаны на передовых технологиях сжигания топлива. При этом пытаются решить и проблему загрязнения окружающей среды продуктами сгорания топлива. Ведь объекты теплоснабжения находятся в густонаселенных районах и дымовые газы являются опасными для окружающей среды и здоровья человека. При этом рост доли угля в энергетике возможен только на основе эффективных технологий его сжигания: за счет предварительного обогащения, в виде водоэмульсионных смесей, в вихревом сжигании, сжигании в циркулирующем кипящем слое.
Интересно, что вихревое сжигание начали разрабатывать еще в 50-е гг. под руководством проф. В. В. Померанцева [10] в Ленинградском политехническом институте (ныне Политехническом университете).
В котлах с циркулирующим кипящим слоем в потоке воздуха циркулирует инертная масса, нагретая до температуры 850–870 градусов, что гораздо ниже, чем в обычном котле. Эта масса — смесь дробленого угля с обычным песком или золой, которая остается в котле при сгорании высокозольных углей. В смесь также добавляется известняк для связывания серы. Инертная масса многократно, раз 150, циркулирует в котле. За счет этого достигается очень высокая степень выгорания угля. Преимущества технологии циркулирующего кипящего слоя позволяют использовать любые угли — тощие, с нестабильными параметрами, в любой пересортице. В европейской части страны она дает возможность применять, в частности, подмосковный бурый уголь, воркутинский уголь. Большое преимущество — высокая экологическая чистота, поскольку в циркулирующем кипящем слое идет низкотемпературный процесс горения [11].
Электроэнергия не должна использоваться на цели отопления (независимо от себестоимости и тарифов) в силу низкого КПД ее выработки по первичной энергии, за исключением систем временного, аварийного, локального отопления [7].
Передача тепловой энергии
В настоящее время эксплуатация тепловых сетей в России сопровождается тепловыми потерями от внешнего охлаждения в размере 12–20% тепловой мощности (нормируемое значение 5%) и с утечками теплоносителя от 5 до 20% расхода в сети (при нормируемом значении потерь с утечками до 0,5% от объема теплоносителя в системе теплоснабжения, с учетом объема местных систем). Значительное превышение нормативных потерь связано с высокой степенью износа оборудования централизованных систем теплоснабжения и особенно тепловых сетей — до 70% и более. Поэтому именно тепловые сети являются самым ненадежным элементом системы централизованного теплоснабжения, на который приходится более 85% отказов по системе в целом [7].
В Санкт-Петербурге выполняется реконструкция имеющихся и строительство новых тепловых сетей в целях повышения надежности теплоснабжения. В Приморском районе выбранным пилотным проектом планируется строительство соединительных трубопроводов между котельными ГУП «ТЭК Санкт-Петербурга», Северо-Западной ТЭЦ и ведомственными источниками тепла, а также строительство трубопроводов тепловой сети для закрытия некоторых групповых котельных, расположенных в данном районе. Жители Коломяг уже могут почувствовать положительный эффект от закольцовывания по отсутствию отключения летом горячего водоснабжения [12].
Что нам предстоит
В этом году будет согласована и утверждена Федеральная целевая программа«Энергоэффективная экономика» на 2007–2010 гг. и на перспективу до 2015 г.».Эта программа должна заменить или скорректировать утвержденную в 2003 г. «Энергетическую стратегию России на период до 2020 года», активно критикуемую за преобладание узковедомственного подхода.
Планируются изменения в федеральных законах «Об энергосбережении», «О газоснабжении в Российской Федерации», «О недрах», а также разработка закона «О федеральных энергетических системах». Цены на энергетические ресурсы в России будут расти, как заявляет глава Минпромэнерго В. Б. Христенко. По его мнению, дешевизна энергоресурсов в России не стимулирует внедрение энергосберегающих технологий.
Новые условия потребуют системного подхода к энергосбережению, перехода от решения частных задач к масштабным, комплексным инфраструктурным мероприятиям на всех уровнях единого коммунального хозяйства. На передний план выдвигается необходимость разработки методик оценки экономической эффективности коммунального хозяйства как обоснование технических инноваций и организационно-экономических, политико-правовых мероприятий.
Литература
1. Зиборов М. Ю. «Воздушная бомба, заложенная под нас «тепловыми» СНиПами». / «Строительство», № 1, 2002.
2. Ватин Н. И. «Воздушная бомба замедленного действия». / «Вестник строительного комплекса», №4, 2006.
3. Ватин Н. И., Самопляс Т. В. «Системы вентиляции жилых помещений многоквартирных домов». — СПб: Б.И., 2005.
4. Земцов А. Н. «Сколько стоит отопление». / «Строительство и Бизнес», №1 (53), 2005.
5. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М. «Научные основы проектирования энергоэффективных зданий». / AВОК, №1, 1998.
6. Хаванов П. А. «Автономная система теплоснабжения — альтернатива или шаг назад?» / AВОК, №1, 2004.
7. Табунщиков Ю. А. «Энергосбережение — дефицит знаний и мотиваций». / AВОК, №5, 2004.
8. Табунщиков Ю. А., Ковалев И. Н., Гегуева Е. О. «Оценка экономической эффективности инвестиционных средств в энергосберегающие здания». / AВОК, №7, 2004.
9. Ватин Н. И., Смотракова М. В. «Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла». — СПб : Б.И., 2005.
10. Померанцев, В. В. «Исследование особенностей тепловой работы фонтанно-вихревой топочной камеры при тангенциальном вводе аэросмеси и низкоскоростном вводе нижнего дутья»; В. В. Померанцев, Ф. З. Финкер, С. А. Степаненко, Н. В. Ветрова «Повышение эффективности энергетического оборудования». — Сб. науч. тр.Редкол.: Ю. С. Васильев (отв. ред.) и др.— Ленинград, 1984. (Тр. ЛПИ, № 402) — С. 36–41.
11. Г. А. Рябов, И. И. Надыров, О. М. Фоломеев, С. Н. Трухачев «Научное обоснование использования технологии сжигания отечественных твердых топлив в циркулирующем кипящем слое». // «Теплоэнергетика», №6, 2001, с. 38–43.
12. Сысоев А. Л. «Греть воду под раковиной — не метод». / «Деловой Петербург», № 124, 2006.
| Автор: Н. И. Ватин Дата: 14.08.2006 Журнал Стройпрофиль 5-06 Рубрика: энергосбережение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |