К сожалению, закончилась осень.
Впереди зима.
Для меня зима всегда ассоциируется со снегом, вперемешку с грязью, промозглым ветром, серыми тяжелыми тучами, через которые крайне редко выглядывает солнце, холодными ночами и завиваючим ветром.
Единственное, что улучшает эту картину, это теплый и уютный дом. Всегда знаешь, что здесь ты сможешь спрятаться от непогоды и провести время в кругу родных и друзей.
Так было всегда.
Но, пришло время перемен.
Военно-политическая ситуация в стране обозначила ряд проблемных областей экономики. В том числе и обеспечение населения Украины теплом в осенне-зимний период 2014/2015 г
Выдержки из новостных лент напоминают сводки с линии фронта
«Украина дополнительно необходимо около 1,5 миллиарда гривен для оплаты угля предприятиям теплогенерации».
«… Только пять ТЭС обеспечены топливом в достаточном объеме. У остальных запасы ограничены максимум до 10 дней »
«Премьер-министр Украины сообщил, что стране не хватает газа более чем на месяц отопительного сезона. По его словам, в хранилищах уже накоплено 17 млрд куб. м, но необходимо еще 5 млрд ».
«… Поставки угля из России прекращены …»
Этот информационный вал растет с каждым днем.
Из всего этого видно, что государству крайне сложно решать вопрос отопления в условиях военных действий на востоке страны и агрессивных выпадов сопредельного государства.
Похоже, что времена, когда за отопление отвечало только государство, ушли безвозвратно.
Пора перестать «перемывать косточки» работникам Жэка, районной и городской власти, обвиняя их в том, что у нас в квартирах холодно. Уверен, что в своем большинстве, работники соответствующих государственных структур делают максимально возможное для удержания ситуации с отоплением хотя бы на минимально допустимом уровне. Но в условиях огромного финансового дефицита, отсутствия в должном объеме энергоресурсов и низкой платежной дисциплины населения, у государства крайне ограниченное поле для маневра.
Мы стали заложниками ситуации, и еле теплые батареи еще не худший вариант. Но это вовсе не означает, что выхода нет. Как раз наоборот. Именно в кризисной ситуации рождаются нестандартные решения, которые могут коренным образом все изменить.
Сегодня, это именно тот переломный момент, когда часть вопросов государственных структур должны взять на себя люди. Как это модно сейчас говорить — «государство должно передать часть своих полномочий на места», а люди не должны бояться брать на себя ответственность за решение своих же проблем. Только тогда можно надеяться на существенное улучшение ситуации.
Теплоснабжения жилых домов как раз и является тем вопросом, где основными управляющими игроками должны стать как объединения жителей, так и отдельные потребители этих услуг.
При этом, учитывая галопирующий рост цен на энергоносители, в первую очередь нужно искать решения, которые предусматривают использование бесплатных энергоресурсов — ветер, солнце, тепло земли и др.
Некоторые варианты таких технических решений по организации систем отопления приведены ниже.
Рассмотрим все по порядку.
Отопление многоквартирного дома.
Рекомендации по утеплению жилья (установка пластиковых окон, утепление наружных стен пенопластом, применение теплоотражающих пленок с батареей и т.п.) хотя и достаточно эффективными приемами по сохранению тепла в доме, но не решают основной задачи — поступления в квартиру тепла. Без наличия тепла, и хранить вроде бы и ничего.
Корень наших проблем с отоплением лежит в схемах отопления, которые нам достались от Советского Союза:
Рис. 1 Традиционная схема отопления многоквартирного дома
1. Котельные
• Большинство котельных введены в действие в начале второй половины прошлого века. Износ основного оборудования котельных превышает в среднем 60%.
• В большинстве котлов и оборудования котельных значительно превышены сроки эксплуатации. Расходы на ремонт и эксплуатацию значительно превышают нормативные показатели.
• На сегодняшний день основное оборудование физически и морально устарело, имеет крайне низкий КПД.
2. Теплотрассы
• Износ тепловых сетей составляет около 70%.
— Трубы, уложенные в землю, часто находятся в обводненных грунтах, что обусловливает их усиленную коррозию. Обводненные грунты также значительно повышают потери тепла, транспортируемого по этим теплотрассам.
— Трубы, размещенные над поверхностью почвы, подвергаются постоянному негативному воздействию внешних погодных факторов (снег, дождь, ветер, солнце), что приводит нарушение теплоизоляции труб, и опять же к потерям тепла. Часто и сами люди «прикладывают руки» к разрушению теплоизоляции труб теплотрасс. А приходит зима, и мы все дружно возмущаются холодными батареями.
3. Жилые дома
Большинство жилых домов, которые сейчас эксплуатируются, родом из 20-го а то и 19-го века! Смотришь на их конструкции и убеждаешься, что при их проектировании никто даже не задумывался о комфортное проживание в них людей. Главная задача — побольше квадратных метров при минимальной цене.
По многим параметрам они далеко не соответствуют действующим нормам и правилам. Но, поскольку на новое жилье рассчитывать не приходится, мы и зимуем, как можем, в этих «холодильниках»: стены, промерзающие насквозь; потолок верхнего этажа — он же крыша дома; домовые коммуникации в залитых водой подвалах и т.д.
Все выше сказанное, в сумме, приводит к огромным потерям тепла, а тарифы, которые формируются «от затрат», ложатся неподъемным грузом на потребителя этих услуг, то есть на нас с вами:
Рис. 2 Потери тепла при отоплении многоквартирного дома
Из всей энергии, поступающей на котельную в виде энергоносителя, непосредственно для обогрева жилых домов используется не более 23%.
Здесь и далее приведены усредненные значения.
Потери тепловой энергии составляют около 77%.
Из них:
~ 20% — потери в котельной;
~ 35% — потери в теплотрассах;
~ 22% — потери в доме (стены, окна, двери, крыша).
Пути снижения тепловых потерь:
Котельная.
Снижение тепловых потерь на котельной связанные с проведением большого объема проектных, строительных и пуско-наладочных работ (новые, высокоэффективные котлы, автоматика, запорная арматура и т.п.). Все это требует больших финансовых затрат и, исходя из состояния экономики Украины, в ближайшие годы руки до этого не дойдут.
Теплотрассы.
a) Первое решение, что приходит на ум — заменить устаревшие трубы теплотрасс новыми, с улучшенной теплоизоляцией. Но, к сожалению, учитывая огромную протяженность теплотрасс по Украине, замена труб потребует огромных капитальных затрат, которые многократно превысят бюджет страны.
в) Другое решение — снизить температуру теплоносителя. Это действительно позволит значительно снизить потери тепла (потери тепловой энергии в теплотрассах прямо пропорциональны разности между температурой теплоносителя и температурой окружающей среды).
Но такое решение не имеет права на жизнь, так как:
1. Это грубое нарушение санитарных норм на теплоснабжение;
2. Проблема холодных батарей у потребителя остается.
Это действительно так до того момента, пока в схеме не появляется дополнительный элемент — тепловой насос (ТН).
Тепловой насос устанавливается «на входе» до потребителя (см. Рис. 3).
Рис. 3 Схема отопления многоквартирного дома с использованием теплового насоса.
Как это работает.
Тепловой насос использует воду теплотрассы в качестве источника низкотемпературной энергии. Если на входе в ТН имеем 20-30 °С, то на выходе (для потребителя) температура воды — 55-60 °С, что полностью соответствует санитарным нормам.
Что это дает.
1. Снижение температуры теплоносителя позволит сократить безвозвратные потери тепла. Это, в свою очередь, сократит расход энергоносителей (газа) и, соответственно, существенно снизит тариф на отопление.
2. Пониженный температурный режим работы котельной позволит снизить там потери тепла и расход энергоносителя. Это также положительно скажется на сокращении числа аварий и затрат на ремонт оборудования.
3. У потребителя появляется возможность самостоятельно регулировать свои затраты на отопление за счет управления работой теплового насоса.
4. В весенне-летнее межсезонье, потребитель может использовать ТН для обеспечения горячего водоснабжения.
5. В регионах с высоким уровнем грунтовых вод, тепловой насос вообще может самостоятельно использоваться круглый год для обеспечения потребителя отоплением и горячим водоснабжением.
6. Для обеспечения теплового насоса электрической энергией могут использоваться солнечные батареи и / или ветроустановки, расположенные на крыше дома.
Схема теплоснабжения многоквартирного дома с использованием тепловых насосов позволяет повысить надежность работы системы и существенно снизить расходы жильцов на отопление. Появляется возможность управлять как системой теплоснабжения, так финансовыми потоками по оплате услуг.
Отопление частного дома.
Сплошная газификация деревень сделала свое дело. В течение нескольких десятилетий в частных домах исчезли сельские печи. Если раньше для отопления использовали практически бесплатные отходы сельского хозяйства и животноводства, то теперь все перешли на газ — удобно и чисто. Но цена газа на сегодня такова, что далеко не каждое домохозяйство может себе позволить его использовать, учитывая наши пенсии и повальное безработицы в селе.
Соответственно, если применение традиционных энергоносителей (природный газ, каменный уголь, мазут и т.д.) невозможно из-за их дороговизны или полное отсутствие, то выход один — искать решение по использованию возобновляемых источников энергии для отопления.
Биомасса
В последние годы в Украине активно развивается для нас новый вид бизнеса — производство топливных гранул (пеллеты) из торфа, древесных отходов, отходов сельского хозяйства и др. Сторонники данного вида топлива всячески превозносят его сильные стороны: возобновляемая исходное сырье, простая технология производства, высокая калорийность топливных гранул. Чуть ли не панацея от всех энергетических проблем Украины.
Но, с точки зрения конечного потребителя, топливные гранулы являются таким же исчерпывающим энергетическим ресурсом, как уголь, нефть, газ и т.п. Их, так же необходимо ежегодно закупать. Цена на пеллеты подвержена колебаниям в зависимости от спроса, как и для любого исчерпаемого энергетического ресурса.
То есть, если потребитель решит перейти на отопление с использованием топливных гранул, то он должен сначала понести большие капитальные затраты на приобретение и монтаж специальных котлов для сжигания топливных гранул, а затем ежегодно покупать сами пеллеты. И как у нас всегда бывает, как только на рынке появится устойчивый спрос на товар, цена его начинает резко подниматься.
Так в чем «интерес» потребителя? Если сейчас он страдает от «заоблачных» цен на традиционные уголь, мазут, газ, то вложив немалые деньги в переоборудование системы отопления дома под пеллеты, снова будет страдать от высоких цен на топливные гранулы.
Любые нововведения и усовершенствования требуют определенных финансовых ресурсов. Частный домовладелец может пойти на дополнительные финансовые расходы при условии экономической целесообразности, то есть после переоборудования системы отопления дома, его расходы на отопление дома должны быть снижены.
Это можно реализовать только в том случае, если будут использоваться возобновляемые источники энергии — солнце, ветер и др.
Энергия солнца
Использование солнечных коллекторов (Рис. 4) для обогрева жилых домов — широко распространенная технология в европейских странах. Эта технология успешно эксплуатируется не только в южный странах, таких как Италия, Израиль, Испания и др., Но и в странах, расположенных значительно севернее — Норвегия, Швеция.
Система обогрева работает не только в солнечную, но и в пасмурную погоду, поэтому нагрев теплоносителя в коллекторе происходит даже тогда, когда солнце закрыто облаками.
Эта технология может использоваться в Украине повсеместно, с заранее прогнозируемым положительным результатом.
Вопрос только в первоначальных капитальных затратах на комплектующие, их монтаж и подключение к системе отопления дома.
Рис. 4 Солнечные коллекторы на крыше дома
Энергия тепла земли
Технология обогрева жилых домов за счет тепла земли, с использованием тепловых насосов (ТН), уже давно освоена во многих зарубежных странах. Особенно она актуальна в северных регионах. Сама технология имеет ряд неоспоримых технико-экономических преимуществ, и число подключенных тепловых насосов ежегодно растет.
В Украине количество установленных тепловых насосов крайне незначительна. В первую очередь, это связано с большими капитальными затратами, и не сколько на приобретение тепловых насосов, сколько на обустройство грунтовых теплоприймачів.
Но, существенный рост цен на энергоносители и неопределенность в доступе к ним, все же подтолкнут владельцев частных жилых домов активнее внедрять эту технологию. С ближайшее время можно спрогнозировать значительный рост продаж тепловых насосов в Украине.
Этому в определенной степени будет способствовать и предложена новая схема обогрева частного жилого дома с применение тепловых насосов в комплексе с ветроустановкой (см. Ниже)
энергия ветра
Схемы применения ветроустановок для обогрева жилья для нас совершенно новые.
Вообще, долгое время ветроустановки крайне редко применялись в частных домохозяйствах. Это, в первую очередь, обусловлено их низким КПД и качеством вырабатываемой электрической энергии.
Но прогресс не стоит на месте. За последние годы появилось большое количество конструкций высокоэффективных ВЭУ. При этом стоимость получаемой электрической энергии вполне сопоставима с ценой электроэнергии из сети, а для некоторых конструкций и ниже.
Это открывает путь к широкому применению ВЭУ в частных домохозяйствах Украины, как альтернатива традиционным источникам энергии.
Вариантов строительства системы отопления жилого дома с полным устранением или значительным снижением объемов потребления традиционных энергоносителей, достаточно много. Ниже представлены некоторые из них:
A. Использование ВЭУ для отопления жилого дома
Рис. 5Схема отопления с использованием ВЭУ
1 — ветроустановка (ВЭУ); 2 — термоизолированная емкость с водой;
3 — термоэлектрический нагреватель (ТЭН).
Электроэнергия, произведенной генератором ветроустановки, поступает на термоэлектрический нагреватель (ТЭН), расположенный внутри термоізольованої емкости с водой. Поскольку для Тэнов нет строгих требования к качеству используемой электрической энергии, то генератор ВЭУ может подключаться напрямую. Полученная при работе ветроустановки электрическая энергия превращается в тепловую энергию воды.
Термоизолированная емкость включается в систему водяного отопления дома: горячая вода поступает для обогрева, а охлажденная вода из системы (обратка) возвращается в термоизолированную емкость.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации, могут одновременно использоваться несколько термоизолированных емкостей, например, отдельная емкость для горячего водоснабжения. Сами емкости могут размещаться как рядом с домом, так и в подвальных или цокольных этажах дома.
Таким образом, в этой схеме кинетическая энергия воздушного потока преобразуется в тепловую энергию воды системы отопления дома.
Данная схема теплоснабжения жилого дома имеет один существенный недостаток — большая продолжительность подготовительного периода.
Для начала функционирования системы отопления, собранной по этой схеме, температура воды в термоизолированной емкости должна иметь приемлемые значения — 50-60 °С. Вода нагревается за счет преобразования электрической энергии в тепловую. В зависимости от объема воды в емкости, мощности генератора ВЭУ, наличие ветрового потенциала и т.д., процесс нагрева воды может занимать определенное время.
Поэтому, для обеспечения эффективной эксплуатации системы, наиболее приемлемым является алгоритм: система монтируется весной и за счет постоянной работы ВЭУ, до начала отопительного сезона температура воды в термоізольованій емкости достигнет значений, которые позволят полноценно эксплуатировать систему отопления.
B. Использование ветроустановки и теплового насоса для отопления жилого дома
Данная схема отопления разработана для устранения основного недостатка вышеописанной схемы — большой продолжительности подготовительного периода.
В нее введен дополнительный элемент — тепловой насос. При этом теплообменник ТН расположен в термоизолированной емкости и подключенный к его испарителя, а конденсатор ТН подключен к обратному трубопроводу системы отопления дома
Рис. 5Схема отопления с использованием ВЭУ и ТН
1 — ветроустановка, 2 — термоизолированная емкость с водой;
3 — термоэлектрический нагреватель (ТЭН); 4 — тепловой насос; 5 — теплообменник.
Наличие теплового насоса в схеме отопления с ветроустановкой, значительно повышает эффективность работы всей системы отопления и имеет ряд существенных преимуществ:
• полноценное эффективное функционирование системы отопления дома сразу после ее монтажа;
• управляемость системы отопления дома за всеми основными параметрами;
• значительное увеличение «живучести» системы отопления.
Соответственно, данная схема является наиболее эффективной, хотя и требует больших капитальных затрат.
Даже в условиях дефицита энергоресурсов или их отсутствия, человек всегда может обеспечить комфорт в своем жилище, хотя бы на минимальном уровне.
Кто не тратит время на бесполезное ожидание решения своих бытовых проблем государством, а берет все в свои руки и работает над решением неотложных вопросов, зимой не мерзнет.
В доме всегда будет тепло и уютно. Чего и Вам всем желаю!
Гусак Станислав, инженер