МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЇ ГІДРОАЕРОМЕХАНІКИ
Тарасенко Едуард Олександрович
ТЕМА: «АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ СПОЖИВАННЯ ЕНЕРГОНОСІЇВ СИСТЕМОЮ ОПАЛЕННЯ КОМУНАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ»
Магістерська робота
зі спеціальності 144 «Теплоенергетика»
(Енергетичний менеджмент)
В роботі не виявлено текстових, ілюстративних та інших запозичень без коректного на них посилання Керівник роботи:
(підпис)
Мандрика А.С.
(прізвище, ім’я, по батькові)
к.т.н доцент
(наукове звання та наукова ступінь
Суми – 2020
Форма № У-9.01 Затв. наказом Мінвузу УРСР
від 3 серпня 1984 р. № 253
Сумський державний університет
Факультет технічних систем та енергоефективних технологій Кафедра прикладної гідроаеромеханіки
Спеціальність 144 «Теплоенергетика» (Енергетичний менеджмент) ЗАТВЕРДЖУЮ Зав. кафедри
« » 20___ р.
ЗАВДАННЯ
НА МАГІСТЕРСЬКУ РОБОТУ
Студента Тарасенко Е.О.
(прізвище, ім'я, по батькові)
1 Тема роботи: «Аналіз ефективності споживання енергоносіїв системою опалення комунального закладу»
затверджена наказом по університету № від « » 2020 р 2 Термін здачі студентом закінченої роботи – до 15.12.2020 р
3 Вихідні дані до магістерської роботи: Результати аналітичного вивчення інформації щодо актуальності проведення розрахункових робіт за темою магістерської роботи
4 Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити):
Вступ (короткий опис загальних проблем з енергоспоживання та енергоефективності, до яких відноситься тематика випускної роботи);
Розділ 1 – Загальна характеристика, основні показники та режими функціонування досліджуваного об’єкту.
Розділ 2 – .Методи та методика проведення досліджень.
Розділ 3 – .Розрахунковий аналіз обстежуваної системи енергопостачання.
Розділ 4 – Розробка можливих енергозберігаючих заходів, спрямованих на підвищення ефективності споживання енергетичних ресурсів у будівлі.
Розділ 5 – Розділ з охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях.
Висновки.
5 Консультанти з проекту (роботи), із зазначенням розділів проекту
Розділ Консультант
Підпис, дата
завдання видав завдання прийняв Розділ з охорони праці та
безпеки в надзвичайних ситуаціях
Васькін Р.A.
6 Дата видачі завдання 09.11.2020 р Керівник
(підпис)
Завдання прийняв до виконання
(підпис)
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН Пор.
№
Назва етапів дипломного проекту (роботи) Термін виконання етапів роботи
Примітка 1 Проходження переддипломної практики з 09.11 до 06.12.2020
2 Захист переддипломної практики до 10.12.2020
3 Виконання 1-го розділу до 20.11.2020
4 Виконання 2-го розділу до 01.12.2020
5 Виконання 3-го розділу до 06.12.2020
6 Виконання 4-го розділу до 10.12.2020
7 Виконання 5-го розділу до 13.10.2020
8 Представлення виконаної роботи до 15.12.2020
9 Проходження перевірки на плагіат до 20.12.20
10 Проведення захисту роботи з 21.12 до 24.12.2019
Студент-магістр
(підпис)
Керівник випускної роботи
(підпис)
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, ІНДЕКСІВ ТА СКОРОЧЕНЬ Умовні позначення
V – об’єм, м3;
Т – температура, 0С;
L – довжина, м.
Р – потужність, кВт.
Індекси та скорочення
товщина огороджуючої конструкції, м;
n – кількість шарів в конструкції;
Ø діаметр.
Абревіатура
ККД – коефіцієнт корисної дії.
ПЕР – паливно-енергетичні ресурси.
ППУ – пінополіуретан.
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка: 64 сторінки, 12 рисунків, 10 таблиць, 1 додаток, 32 літературних джерела.
Об'єкт дослідження: системи енергозабезпечення будівлі комунального закладу.
Мета роботи: підвищення ефективності функціонування систем енергоспоживання будівлі шляхом діагностування стану її огороджуючих конструкцій, аналізу фактичного споживання енергоресурсів та енергії, режимів їх споживання, діагностування стану та режимів функціонування енергоспоживаючих систем, вивчення технічних можливостей їх модернізації для запровадження нових технологій з використання у тому числі альтернативних видів енергоресурсів та енергії, розрахунок економічної доцільності їх впровадження.
Поставленими задачами дослідження є:
- проведення дослідження та аналізу енергетичного стану будівлі, зважаючи на її конструктивні особливості;
- визначення основних напрямків можливої модернізації огороджуючи конструкцій та систем енергоспоживання будівлі;
- проведення необхідних інженерно-економічних розрахунків за обраними напрямками модернізації;
- визначення основних техніко-економічних показників розроблених енергозберігаючих заходів.
Ключові слова: ЕНЕРГЕТИЧНА СИСТЕМА, ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ,
ПІРОМЕТР, УНІВЕРСАЛЬНИЙ ВИМІРЮВАЧ; ТЕПЛОВТРАТА,
ТЕПЛОНАДХОДЖЕННЯ, ТЕПЛОВА ПОТУЖНІСТЬ, ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИЙ ЗАХІД, ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ; ВИМІРЮВАННЯ; ЕВАКУАЦІЙНИЙ ЗАХІД.
Тема роботи – «Аналіз ефективності споживання енергоносіїв системою опалення комунального закладу».
ЗМІСТ
ВСТУП 7
1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА, ОСНОВНІ ПОКАЗНИКИ ТА
РЕЖИМИ ФУНКЦІОНУВАННЯ ДОСЛІДЖУВАНОГО ОБ’ЄКТУ………….. 10
1.1 Загальні відомості про об'єкт енергетичного обстеження……….... 10
1.2 Опис дійсного стану будівлі……… 11
1.3 Обстеження енергетичних систем будівлі..………... 11
1.3.1 Система опалення……….……… 11
1.3.2 Система електропостачання………. 12
1.3.3 Система водопостачання та водовідведення ……… 12
1.3.4 Система вентиляції……… 12
1.3 5 Система обліку енергоносіїв ………... 13
1.4 Аналіз обсягів споживання енергоносіїв ………...……… 14
1.4.1 Аналіз обсягів споживання теплової енергії……….………. 14
1.4.2 Аналіз обсягів споживання електричної енергії………. 16
1.4.3 Аналіз обсягів споживання холодної води………. 18
1.5 Техніко-економічний аналіз споживання енергоносіїв……… 19
1.5.1 Техніко-економічний аналіз споживання теплової енергії………... 19
1.5.2 Техніко-економічний аналіз споживання електроенергії……...…... 21
1.5.3 Техніко-економічний аналіз споживання води……….. 21
2 МЕТОДИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ……… 22
2.1 Проведення вимірювань за допомогою приладів……….…. 22
2.2 Результати проведеного вимірювання………..………. 25
2.3.Заходи щодо диверсифікації джерела теплопостачання…….………….. 25
2.4 Основні методи збору інформації……….. 30
3 РОЗРАХУНКОВИЙ АНАЛІЗ ОБСТЕЖУВАНОЇ СИСТЕМИ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ……….... 35
3.1 Розрахунок теплової потужності будівлі………... 35
4 РОЗРОБКА МОЖЛИВИХ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ЗАХОДІВ,
СПРЯМОВАНИХ НА ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СПОЖИВАННЯ
ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ У БУДІВЛІ………... 40
4.1 Опис можливих енергозберігаючих заходів………. 40
4.2 Опис заходів з енергозбереження………. 40
4.2.1 Утеплення огороджуючих конструкцій (стіни)……… 40
4.2.2 Розрахунок елеваторного вузла для системи опалення……… 43
4.2.3 Регулювання подачі теплоносія в залежності від температури навколишнього середовища……….……… 44
4.2.4 Утеплення горищного покриття………... 45
4.2.5 Теплова ізоляція трубопроводів опалення……….. 47
4.3 Оцінка економічної ефективності впровадження енергозберігаючих заходів……… 48
4.3.1 Утеплення огороджуючих конструкцій (стіни)………. 48
4.3.2 Регулювання подачі теплоносія в залежності від температури навколишнього середовища……….……… 50 4.3.3 Утеплення горищного покриття……….. 51
5 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ………..…………... 53
5.1 Аналіз небезпечних і шкідливих факторів, що можуть виникати під час роботи енергоменеджера під час роботи на об’єкті………... 53
5.2 Техніка безпеки при проведенні вимірювань на об’єкті……… 55
5.3 Дії співробітників навчального закладу під час оголошення сигналу «Увага всім!»………. 56
ВИСНОВКИ……….. 59
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ….………... 61
ДОДАТОК А 64
ВСТУП
"Україна відноситься до енергодефіцитних країн, яка задовольняє свої потреби в паливно-енергетичних ресурсах (ПЕР) за рахунок власного їх видобутку менш, ніж на 50 %" [1].
"Видобуток власних ПЕР проводиться в таких гірничо-геологічних умовах, які роблять їх не конкурентоздатними з імпортованими ПЕР. Це перш за все відноситься до видобутку нафти і газу. Не краща сучасна ситуація і у вугільній промисловості, де більшість шахт мають низькі економічні показники. Хоча Україна має великі поклади вугілля, якого вистачило б на сотні років, однак для їх розробки необхідні великі капітальні вкладення, яких в умовах економічної кризи держава не може забезпечити" [1].
"Поряд з цим ефективність використання ПЕР в економіці України та соціальній сфері дуже низька. Енергоємність валового внутрішнього продукту в Україні на сьогодні більш, ніж вдвічі вища за енергоємність промислово розвинутих країн Західної Європи і продовжує зростати. Потенціал енергозбереження в Україні становив в докризовий період 40 - 45 % від енергоспоживання, а за часи кризи він ще виріс" [1].
"Для енергозбереження характерна висока економічна ефективність. Витрати на тонну умовного палива, отриманого за рахунок енергозбереження, в декілька разів менші за витрати на його видобуток чи купівлю. Тому в умовах України підвищення енергоефективності та енергозбереження стає стратегічною лінією розвитку економіки та соціальної сфери на найближчу та подальшу перспективу"
[1].
В умовах постійно зростаючого попиту на різні види енергоресурсів найпершим завданням енергоменеджменту є розроблення і впровадження якнайменше витратних енергозбережних заходів [2].
Енергозбереження – діяльність (організаційна, наукова, практична, інформаційна), яка спрямована на раціональне використання та економне витрачання первинної та перетвореної енергії і природних енергетичних ресурсів в
національному господарстві і яка реалізується з використанням технічних, економічних та правових методів [3].
Енергозбереження є одним із пріоритетів державної політики, важливим напрямком у діяльності усіх без винятку суб’єктів господарювання. При цьому здебільшого заходи щодо впровадження енергозбережних технологій не вимагають великих фінансових витрат.
Основні напрями енергозбережних заходів у системах теплопостачання будівель передбачають проектування елементів «пасивної архітектури», заходи з утеплення існуючих будівель, енергозбережні системи опалення, вентиляції, кондиціонування, холодопостачання, каналізаційні та «розумні» системи [2].
Для кращого підвищення енергоефективності, впровадження інноваційних енергосистем та модернізацію об’єкту, в усіх суб’єктах господарювання, використовують послугу енергетичного аудиту.
Енергетичний аудит, енергоаудит (енергетичне обстеження) - вид діяльності, спрямований на зниження споживання паливно-енергетичних ресурсів суб'єктами господарювання, який полягає у проведенні енерготехнологічної і техніко- економічної експертизи, веденні обліку паливно-енергетичних ресурсів, а також у розробленні та обґрунтуванні енергоощадних заходів [4].
Метою енергетичного аудиту є сприяння суб’єктам господарської діяльності у визначенні своєї політики з енергозбереження, рівня ефективності використання ПЕР, потенціалу енергозбереження, надання допомоги в розробці науково обґрунтованих норм та нормативів питомих витрат, енергобалансів, розробці заходів з енергозбереження, їх фінансовий оцінці та оцінці впливу на охорону праці та довкілля [5].
Мета та призначення представленого енергетичного обстеження:
дослідження реального стану споживання енергоносіїв і води, та розробка енергозберігаючих заходів з метою скорочення витрат паливно-енергетичних ресурсів.
Завдання, які вирішувалися при проведенні енергетичного обстеження:
розробка енергозберігаючих заходів із економії паливно- енергетичних ресурсів в
установі, за результатами проведення енергетичного обстеження на зазначеному об’єкті.
Вихідні дані для проведення робіт з енергетичного обстеження: технічна та будівельна документація установи; показання лічильників споживання ПЕР (електроенергія, тепло, холодна вода); вимірювання температури та освітленості приміщення; вимірювання температури та знімання показань тиску з манометрів системи теплопостачання; попередні енергетичні обстеження.
Предметом дослідження в роботі є енергетичні процеси, які відбуваються в досліджуваній мною будівлі а також у системах енергоспоживання.
Автором зібрано статистичні дані за минулі три роки щодо функціонування систем енергоспоживання будівлі. Проаналізовано режими та обсяги споживання теплової енергії, електричної енергії, води.
Проведено порівняльний аналіз режимів енергоспоживання та витрат енергоресурсів з чинними в Україні нормативними показниками.
Виконано необхідні економічні розрахунки. Проведено аналіз потенційно- небезпечних факторів, які можуть виникнути в процесі експлуатації будівлі та систем енергоспоживання.
1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА, ОСНОВНІ ПОКАЗНИКИ ТА РЕЖИМИ ФУНКЦІОНУВАННЯ ДОСЛІДЖУВАНОГО ОБ’ЄКТУ
1.1 Загальні відомості про об'єкт енергетичного обстеження
Об’єктом енергетичного обстеження є будівля гуртожитку КЗ «Сумський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти» за адресою: м.Суми, вул.
Римського-Корсакова,5 (рис 1.1).
Рисунок 1.1 – Зовнішній вигляд фасаду будівлі Технічні характеристики будівлі згідно наданої інформації:
• призначення будівлі – гуртожиток для проживання людей;
• кількість поверхів – 5 поверхів ;
• опалювальна площа приміщень – 2873 м2;
• опалювальний об’єм приміщень – 7757,1 м3.
У гуртожитку на даний час проживає близько 300 людей.
Забезпечення будівлі тепловою енергією на потреби опалення здійснюється від централізованої системи опалення.
Водопостачання та водовідведення здійснюється централізовано.
Забезпечення будівлі гарячою водою здійснюється централізовано.
Встановлений швидкісний водопідігрівач.
1.2 Опис дійсного стану будівлі
Конструктивне рішення теплоізоляційної оболонки будівлі:
Найменування
конструктивного елементу Матеріал шару Стіни
Кладка з цегли звичайної на цементно-піщаному розчині
Цементно-піщана штукатурка Керамічна плитка
Суміщене покриття
Залізобетонна плита Керамзит
Руберойд
Вікна Металопластикові з двокамерним
склопакетом
Двері Металопластикові, металеві
Підлога
Залізобетонна плита
Розчин цементно-піщаний Лінолеум
1.3 Обстеження енергетичних систем будівлі 1.3.1 Система опалення
Теплопостачання будівлі гуртожитку КЗ «Сумський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти», м.Суми здійснюється централізовано згідно договору про надання послуг з централізованого опалення, який укладено з ТОВ «Сумитеплоенерго» (Додаток А).
Ввід теплової мережі передбачений до теплового пункту, розміщеного у підвальному приміщені де є вільний доступ обслуговуючого персоналу до приладів, наявне освітлення, та відповідає вимогам Правил технічної експлуатації тепловикористовуючих устаткувань і теплових мереж. Трубопроводи тепломережі і деталі вузла обліку теплової енергії стальні.
Система теплової мережі будівлі гуртожитку КЗ «Сумський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти», м.Суми двотрубна з нижньою розводкою; за напрямом з’єднання опалювальних приладів – горизонтальна.
Магістральні трубопроводи до будівлі, прокладені під землею та під’єднуються в тепловому пункті до головних подавальних трубопроводів (Додаток Б).
В якості опалювальних приладів використовуються конвекційні радіатори типу Аккорд. Опалювальні прилади розташовані під вікнами в кожному приміщенні. Доступ до опалювальних приладів необмежений.
1.3.2 Система електропостачання
Постачальником електроенергії на об’єкт енергообстеження є АТ
«Сумиобленерго». Електропостачання відбувається від трансформаторної підстанції, що знаходиться неподалік будівлі. Живлення струмоприймачів здійснюється по кабельній лінії 3×120 мм з напругою 220 В.
1.3.3 Система водопостачання та водовідведення
Водопостачання та водовідведення будівлі здійснюється централізовано комунальним підприємством «Міськводоканал» СМР на підставі Договору про надання послуг. Вода до будинку подається по металевій трубі Ø 80 мм. Тиск води на вході в будівлю Рхв=0,3 МПа.
Циркуляція води відбувається від тиску в мережах. Основними споживачами води є мешканці та відвідувачі гуртожитку.
1.3.4 Система вентиляції
Вентиляція призначена для створення та підтримання допустимих параметрів повітря у кімнатах будівлі.
Система вентиляції природня.
1.3.5 Система обліку енергоресурсів
У вузлу обліку теплової енергії за технічними умовами передбачено встановлення лічильника тепла QALCOSONIC.
Повірка лічильника тепла – 8 липня 2018 року.
Рисунок 1.2 – Лічильник теплової енергії [3]
Облік споживання електричної енергії здійснюється лічильником активної енергії типу Меридиан СО Э-1.02/2 електронний (рис. 1.3), термін повірки - 22 грудня 2017 року. Лічильник знаходяться в електрощитовій на вводі до будівлі.
Рисунок 1.3 – Лічильник електричної енергії [4]
Облік холодної води здійснюється лічильником ЛЛТ 50Х (рис.1.4).
Рисунок 1.4 – Лічильник обліку холодної води [5]
Термін повірки – 22 грудня 2017 рік.
Встановлений в підвальному приміщенні на вводі до будівлі.
1.3.6 Існуючі тарифи на енергоносії
Станом на 25.11.2020 рік тарифи на енергоносії та воду з ПДВ складають:
теплова енергія – 1211,3 грн/Гкал;
водопостачання – 9,792 грн/м3; водовідведення – 9,624 грн/м3;
електрична енергія – 3,12 грн / кВт∙год.
1.4 Аналіз обсягів споживання енергоносіїв 1.4.1 Аналіз обсягів споживання теплової енергії
Слід зазначити, що у будівлі КЗ «Сумський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти», м.Суми встановлений один лічильник теплової енергії для обліку теплової енергії, яка іде на опалення та приготування
гарячої води. Відсутність лічильника гарячої води унеможливлює проведення точного аналізу споживання теплової енергії на опалення і на підігрів води окремо.
Величина обсягів споживання теплової енергії будівлею за 2017 – 2019 роки наведено в таблиці 1.1
Таблиця 1.1 Кількість теплової енергії на опалення, спожитої будівлею закладу за 2017 – 2019 роки
Місяць
Рік
2017 2018 2019
Гкал Гкал Гкал
Січень 63,4 69,37 65,68
Лютий 64,74 62,37 64,64
Березень 39,08 57,46 50,59
Квітень 21,44 27,18 36,98
Травень – –
Червень – –
Липень – –
Серпень – –
Вересень – –
Жовтень 1,12 6,43 6,14
Листопад 42,58 50,16 49,14
Грудень 59,96 56,98 58,21
Всього 292,32 329,95 331,38
На рисунку 1.5 приведена динаміка споживання теплової енергії будівлею за 2017 – 2019.
Рисунок 1.5 – Діаграма споживання теплової енергії за 2017-2019 роки З діаграми видно, що максимум споживання теплової енергії на опалення приходиться на грудень, січень і лютий, а мінімум – квітень та жовтень.
Нерівномірність теплоспоживання у відповідні періоди кожного року пов’язана з різною температурою довкілля та неналежним керуванням режимами роботи системи теплопостачання будівлі.
1.4.2 Аналіз обсягів споживання електричної енергії
Обсяги споживання електричної енергії будівлею КЗ «Сумський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти» по місяцях за 2017, 2018 і 2019 роки наведено в таблиці 1.2, та на рисунку 1.6.
Таблиця 1.2 – Обсяги споживання електричної енергії, кВт∙год
Місяць 2017 рік 2018 рік 2019 рік
кВт∙год кВт∙год кВт∙год
Січень 10354 10147 9785
Лютий 10011 10008 10121
Березень 9991 9972 9974
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Споживання теплової енергії,Гкал
Місяці року
2017 2018 2019
Продовження таблиці 1.2
Рисунок 1.6 – Діаграма споживання електричної енергії за 2017-2019 роки Споживання електричної енергії протягом року не рівномірне. Тенденції до збільшення споживання електроенергії спостерігаються в літній період, що пов’язано з використанням електричної енергії для підігріву холодної води для побутових потреб мешканців гуртожитку.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Споживання електричної енергії,КВт·год
Місяці року
2017 2018 2019
Квітень 9341 9147 9124
Травень 18478 18342 18254
Червень 17324 17269 17142
Липень 15463 15312 14784
Серпень 15247 15198 15147
Вересень 15417 15392 15179
Жовтень 16478 16399 16254
Листопад 7997 7824 7954
Грудень 9126 9045 9014
Всього 155227 154055 143718
1.4.3 Аналіз обсягів споживання холодної води
Обсяги споживання води будівлею КЗ «Сумський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти» по місяцях за 2017, 2018 і 2019 роки наведено в таблиці 1.3, та на рисунку 1.7.
Таблиця 1.3 Обсяги споживання холодної води, м3
Місяць 2017 рік 2018 рік 2019 рік
м3 м3 м3
Січень 2129 3348 2589
Лютий 2446 2791 3171
Березень 2258 3113 2731
Квітень 2799 3953 2997
Травень 4772 4886 4705
Червень 4858 4659 4918
Липень 5047 4772 5018
Серпень 5024 5293 5254
Вересень 5274 5210 5169
Жовтень 3044 3298 2940
Листопад 3320 3265 3318
Грудень 3029 3126 3326
Всього 25400 32714 27536
Споживання протягом року нерівномірне. Тенденції до споживання води збільшуються в міжопалювальний період місяці. В цей період в гуртожитку відсутнє гаряче водопостачання, відбувається підігрів холодної води для побутових потреб.
Рисунок 1.7 – Діаграма споживання води за 2017-2019 роки 1.5 Техніко-економічний аналіз споживання енергоносіїв
1.5.1 Техніко-економічний аналіз споживання теплової енергії
З метою надання об’єктивного висновку про ефективність споживання теплової енергії на опалення будівлі закладу, який обстежується, необхідно провести порівняння дійсних обсягів споживання теплової енергії зі встановленими державними нормами.
Питома потреба (ЕР) – це показник енергоефективності будинку, що визначає кількість теплоти, яку необхідно подати до об’єму будівлі для забезпечення нормованих теплових умов мікроклімату в приміщеннях і відноситься до одиниці опалювальної площі або об’єму будинку [6, п.3.24]:
(1.1)
де Qоп – величина споживаної теплової потужності будинку за весь опалювальний період (за обліковими даними), кВт·год;
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Споживання води, м3
Місяці року
2017 2018 2019
Vопбуд – опалювальний об’єм будинку, м3.
Питома потреба на опалення будинків повинна відповідати умові [6, п.5.1]:
EP ≤ EPmax, (1.2)
де ЕР – питома річна енергопотреба будівлі, кВт·год/м3;
EРmax – максимально допустиме значення питомої річної енергопотреби будівлі за опалювальний період, кВт год/м3 [6, п.5.3].
Нормативна питома енергопотреба для житлових будівель поверховістю від 4 до 9, першої температурної зони становлять [6, табл.1]:
Згідно наданих закладом облікових даних, фактичні питомі тепловитрати на опалення приміщень закладу за опалювальні періоди становлять:
– за опалювальний період 2016 – 2017 рік – Qоп = 328,46 Гкал;
– за опалювальний період 2017 – 2018 рік – Qоп = 320,04 Гкал;
– за опалювальний період 2018 – 2019 рік – Qоп = 331,46 Гкал.
Значення фактичних питомих енерговитрат за періодами опалення становлять:
– за опалювальний період 2016 – 2017 рік – EP= 0,11 Гкал/м2; – за опалювальний період 2017 – 2018 рік – EP= 0,11 Гкал/м3; – за опалювальний період 2018 – 2019 рік – EP= 0,12 Гкал/м3.
Осереднене значення показника енергоефективності будинку за визначеними опалювальними періодами становить – ЕР= 0,11 Гкал/м3.
Отриманий результат не відповідає нормативній умові (1.2). Крім того, за відсутності пристроїв автоматичного погодозалежного регулювання теплового потоку, що надходить до системи опалення будівлі, застосовується «ручне»
регулювання засувками без чіткого визначення його необхідної миттєвої величини.
Це інколи призводить до порушень циркуляції теплоносія в системі опалення
використання додаткових приладів обігріву, додаткова витрата коштів на електроспоживання.
1.5.2 Техніко-економічний аналіз споживання електричної енергії
Техніко-економічний аналіз споживання електричної енергії можна зробити за рахунок порівняння фактичних норм споживання електричної енергії з нормованим значенням.
Згідно з [7] норма споживання електричної енергії для гуртожитків складає 900 кВт∙год/місце. В гуртожитку налічується близько 300 місць.
Для будівлі фактичне споживання електричної енергії складає:
- 2017 рік:
- 2018 рік:
- 2019 рік:
Для будівлі фактичне значення не перевищує нормоване, що є добрим показником.
1.5.3 Техніко-економічний аналіз споживання води
За відомими величинами місячних витрат води і відомій кількості мешканців у будівлі визначено питомі показники витрат холодної на одну особу за добу, які можна порівняти з нормативними величинами [8]. Норма витрат води для будівлі на одну людину становить – 3 м3/добу.
- 2017 рік (
- 2018 рік (
; - 2019 рік (
.
Порівняння норми витрат води і дійсних величин витрат показує, що реальні значення перевищують нормовані. Це є не дуже гарним показником.
2 МЕТОДИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1 Проведення вимірювань за допомогою приладів
Для виконання теплотехнічних розрахунків було проведено вимірювання параметрів повітря всередині приміщень досліджуваного об’єкта. Приладом для вимірювання необхідних параметрів є пірометр.
Температуру предметів усередині приміщень було виміряно лазерним пірометром MiniTemp MT2 фірми Raytek (рис 2.1). Переносний низькотемпературний пірометр моделі МТ2 – швидкодіючий, компактний і легкий у використанні пірометр пістолетного типу.
Рисунок 2.1 Лазерний пірометр MiniTemp MT2 фірми Raytek
Завдяки властивостям даного пірометра можна вирішити широке коло задач контролю температури безконтактним методом. Його застосовують для діагностики систем кондиціонування, опалення і вентиляції, обслуговування електромереж і електроапаратури, автомобілів протипожежних систем.
Пірометр дуже простий в експлуатації завдяки лазерному прицілу і дисплею, розташованому на рукоятці пірометра, що показує значення температури даного об'єкта (опалювального приладу).
Таблиця 2.1 – Технічні характеристики лазерного пірометра МТ2 [9]
Назва параметру Значення параметру
Коефіцієнт випромінювання 0,95
Наявність лазера (клас II) Крапковий Збереження інформації на дисплеї 7 сек
Підсвічування екрана АВТОМАТИЧНА
Оптичний дозвіл D:S 1:6
Відстань, що рекомендується До 100 див
Діапазон вимірів Від -18°C до +275°C
Точність, % ± 2
Час відгуку, мсек 500
Розміри, мм 152×101×38
Вага, кг 0,227
Для отримання даних про якість системи вентиляції досліджуваної будівлі було застосовано термоанемометр «Testo 405» (рис.2.2).
Testo 605-Н1 – мініатюрний, недорогий прилад для швидкого вимірювання вологості, температури і точки роси в навколишньому середовищі, у повітрі робочої зони, в системах кондиціонування та вентиляціїю
Прилад має високу точність і стабільність показань завдяки унікальному датчику вологості, який не боїться води, захищений поворотною кришкою і відкривається тільки в процесі вимірювання. Дисплей розташований на поворотній голівці і його завжди видно. Передбачена функція автоматичного відключення через 10 хвилин роботи. Технічні характеристики наведено в таблиці 2.2.
Рисунок 2.2 – Універсальний вимірювач Testo 605-H1 Таблиця 2.2 – Технічні характеристики універсального вимірювача [10]
Назва параметру Значення параметру
Діапазон вимірювань швидкості потоку
повітря 0…10
Похибка вимірювань ±0,01
Роздільна здатність 0,1
Робоча температура Від 0 до +50 °С
Довжина зонда 125 мм
Діаметр зонда:
- в основі
- біля чутливого елемента
16 мм 12 мм
Джерело живлення та його ресурс 3 батарейки типу CR 2032, 200 годин (750 вимірів по 2 хв.)
Для отримання даних про стан освітленості на даному об’єкті було використано люксметр типу DE-3350 [11].
Люксметри – це прилади для вимірювання освітленості в приміщеннях різного призначення, на робочих місцях, а також на відкритому просторі. це складна система, до складу якої входить фотодіод, підсилювач сигналу з фотодіода, аналогово-цифровий перетворювач, а також косинусна насадка та світлові фільтри. Працює люксметр на явищі внутрішнього фотоелектричного
електромагнітного випромінювання (на відміну від зовнішнього фотоефекту,коли відбувається емісія електронів під дією світла).
Недостатнє освітлення суттєво знижує продуктивність праці, викликає сонливість, призводить до передчасної втоми навіть у працівника після відпочинку, знижується ефективність прийнятих рішень і дій, зростає ймовірність помилок, що призводять до захворювань, травм і навіть летальних випадків. Існує навіть така сумна статистика, яка свідчить, що у 20 % випадків травми виникали через недостатню освітленість на виробництві, а в 5% - саме слабка освітленість робочого місця була причиною нещасних випадків.
Вимірювальна рулетка служила для визначення геометричних розмірів приміщень. Границя виміру приладу складає 10 м, похибка ±0,5 мм [12].
2.2 Результати проведеного вимірювання
Вимірювання проводилось 30.11.2020 р. Система опалення була включена.
Температура зовнішнього повітря становила: + 20С.
Вимірювані параметри склали:
1) середня температура повітря по приміщенням закладу склала Тв – 20 0С, що відповідає санітарним вимогам.
2) температура теплоносія в системі опалення Т1 = 560С; Т2 = 440С.
3) відносна вологість повітря – 58%, що відповідає вимогам норм і правил.
4) середня освітленість складає 300 люкс, що відповідає вимогам норм.
2.3 Заходи щодо диверсифікації джерела теплопостачання
Теплопостачання – це соціально чутлива сфера. Рахунки за теплову енергію серйозно затьмарюють життя багатьох родин. Понад третина бюджету сім'ї на комуналку (а це в основному теплова енергія) – занадто багато. Рівень цивілізованих країн — не більш як 7–10% [13].
Електроенергію, воду, природний газ можна заощаджувати, а от теплову енергію на опалення – все ще ні, бо контролювати й регулювати її витрачання в окремих квартирах більшості багатоквартирних будинків нічим [13].
Згортання систем централізованого теплопостачання (СЦТ) замість їх модернізації із застосуванням сучасних високоефективних технологій позбавляє нас перспективи одержувати теплову енергію за прийнятною ціною, а державу Україна –забезпечення енергетичної незалежності й безпеки.
Українське теплопостачання – це клубок проблем технічного, техніко- економічного, нормативно-правового, соціального й фінансового характеру. Одні проблеми поглиблюють інші, ті, своєю чергою, породжують треті і в результаті утворюють замкнене порочне коло. Прикладом може бути типовий ланцюжок причинно-наслідкових зв'язків: споживачів не влаштовує показник ціна/якість – вони відключаються від СЦТ – обсяги реалізації теплової енергії падають – економічні показники підприємств теплопостачання погіршуються – треба підвищувати тариф – посилюється процес відключення споживачів від СЦТ. Усе, порочне коло замкнулося.
У галузі централізованого виробництва теплової енергії Україна традиційно належить до країн-лідерів. У 1991 р. за обсягами виробництва ми поступалися лише Росії. Однак в останні роки нас обігнали європейські сусіди: Латвія, Естонія, Польща, не кажучи вже про Данію – лідера з розвитку централізованого теплопостачання. Нині у нашій країні до СЦТ приєднано близько половини опалювальної площі всіх будинків. Ще п'ять років тому цей показник становив 60%, а 30 років тому — 63%, рівно стільки, скільки нині в Данії [13].
Обсяги вироблення теплової енергії в СЦТ знижуються стрімкими темпами.
За роки незалежності в сфері централізованого теплопостачання України нового створено занадто мало. Те, що робиться, — це спроба підтримувати стару систему в технічно справному стані. Але це погано виходить. Про це красномовно свідчать потоки гарячої води на тротуарах й автомобілі, що провалюються під землю на початку опалювального сезону. Енергоефективна модернізація галузі централізованого теплопостачання у нас у країні ще по суті не починалася. А
У 2010 р. у країнах ЄС частка централізованого теплопостачання становила лише 10%, але планується, що до 2030-го цей показник зросте до 30%, а до 2050 р.
— до 50%. Чому в країнах Євросоюзу так активно розбудовують СЦТ? Причин кілька: диверсифікація джерел теплової енергії, підвищення енергетичної незалежності країни, можливість одержати дешеву теплову енергію, скорочення шкідливих викидів. Уже нині частка традиційних газових котлів у СЦТ європейських країн не перевищує 20% (в Україні — близько 60%). До 2050 р.
частка таких котлів не перевищуватиме 10% [13].
Основні джерела теплової енергії – це комбіноване виробництво електричної та теплової енергії (когенерація), тверді побутові відходи, біопаливо, сонячна енергія, геотермальна енергія, теплова енергія морів, водойм, міські каналізаційні стоки, вентиляційні викиди, скидна теплова енергія промислових підприємств.
Диверсифікація дає можливість зіскочити з газової голки, використовувати власні природні, сільськогосподарські, промислові ресурси, реалізувати принцип «відходи в енергію», підвищити енергонезалежність і безпеку країни.
Систему централізованого теплопостачання слід розглядати не тільки як джерело теплової енергії, а й як міську систему утилізації, з допомогою якої можна перетворити продукти життєдіяльності людини на енергію [13]. При цьому одночасно вирішуються енергетична й екологічна проблеми. Основними продуктами життєдіяльності людини, що неминуче утворюються в кожному місті, є тверді побутові відходи, мулові осади, а також тепла вода каналізаційних стоків.
У сукупності вони на 40% можуть забезпечити місто тепловою енергією на опалення, а якщо утеплити наші холодні будинки, то й на 90% [13]. На жаль, в Україні нині працює тільки один сміттєспалювальний завод (у Києві), що подає теплову енергію в СЦТ. Цей напрям слід розвивати, застосовуючи європейський досвід. У Європі 7% відходів використовуються для потреб теплопостачання [13].
В окремих країнах цей показник суттєво вищий: у Швейцарії — 44%, Франції — 26, Швеції — 24%[13].
Комбіноване виробництво електричної й теплової енергії (когенерація) дозволяє на 10–30% [13] знизити витрати палива порівняно з роздільним виробництвом цих видів енергії. Відповідно до Директиви 2012/27ЄС ефективні
системи централізованого теплопостачання й охолодження — це системи, що використовують мінімум 50% відновлюваної енергії, 50% вторинних теплових енергетичних ресурсів, 75% теплоти когенерації або 50% сукупності теплоти від цих джерел [14]. На жаль, таких систем в Україні поки що немає. Водночас нереалізований потенціал когенераційного виробництва електростанцій України є базисом, який допоможе нам якнайшвидше створити енергоефективні СЦТ.
Установлена теплова потужність турбоагрегатів ТЕЦ, ТЕС і АЕС України в кілька разів перевищує потреби в тепловій енергії СЦТ [14].
На жаль, наявні в Україні когенераційні установки не тільки не приростають новими споживачами, а й неухильно втрачають ринок збуту теплової енергії. За 1990–2018 рр. когенераційний відпуск теплової енергії впав у чотири рази (паралельно зі зниженням загального відпуску теплової енергії від СЦТ) [4]. Чому в Європі когенерація розвивається, а в Україні вгасає [13]?
Одна з причин криється в застарілих підходах до розподілу економії від комбінованого виробництва між електричною й тепловою енергією. В Україні її традиційно відносять головним чином на електричну енергію. Розрахункова ефективність виробництва теплової енергії в сучасних когенераційних установках за застарілими методиками часто виявляється меншою, ніж у газових котельнях, що гальмує розвиток когенерації в країні. Відому науково-методичну проблему об'єктивного розподілу витрат на паливо між електричною й тепловою енергією успішно вирішили на початку цього сторіччя в Національній академії наук України. Але розроблені рекомендації досі необов'язкові до виконання, що не дає змоги активно впроваджувати сучасні когенераційні технології. Потрібно надати розробленим рекомендаціям статус обов'язкового нормативно-технічного документа [13].
Проблеми когенерації слід вирішувати з використанням європейського досвіду (передусім Данії та Німеччини) і урахуванням наших реалій. Однак базова роль когенерації в трансформації застарілих українських СЦТ у сучасні енергоефективні системи безсумнівна.
Ще один напрям, що дає можливість знизити собівартість теплової енергії в
