Научная статья на тему 'Эффективность применения теплонакопителей в частных домовладениях Украины'

Эффективность применения теплонакопителей в частных домовладениях Украины Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
34
6
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ / ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЬ / ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ / СРОК ОКУПАЕМОСТ / СИСТЕМА ОПАЛЕННЯ / ТЕПЛОНАКОПИЧУВАЧ / ЕКОНОМіЧНА ЕФЕКТИВНіСТЬ / ТЕРМіН ОКУПНОСТі / HEATING SYSTEM / STORAGE HEATER / ECONOMIC EFFICIENCY / PAYBACK PERIOD

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Клён А. Н.

Рассмотрена схема создания системы отопления на базе теплонакопителей. Произведен расчет экономической эффективности использования систем отопления на базе теплонакопителей. Рассчитаны капитальные и текущие затраты, связанные с созданием и эксплуатацией системы отопления на основе теплонакопителей. Определен срок окупаемости затрат при их использовании в сфере жилищно-коммунального хозяйства Украины.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Клён А. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Efficiency of storage heaters in private housing estates of Ukraine

This paper focuses on the economic efficiency issues of heating systems employment based on storage heaters. There have been calculated capitalized and current charges involved in establishing and employment of heating systems based on storage heaters. There have been determined payback period upon their employment. As a result of the research conducted by the author, he has reached a conclusion that employment of heating systems based on storage heaters appears profitable not only as compared to electric heating convectors but even as compared to the gas heating. There has been determined that employment of such systems is cost effective. Despite comparatively high initial expenses, heating systems based on storage heaters pay off in 3-8 years compared to the gas heating and in 7-13,5 years compared to electric heating convectors. It is worth mentioning that the main deterrent restraining the economic planning and calculations of technical-and-economic indexes for different heating systems is uncertainty of fee policy in the field of housing and utilities services, coming from unstable economic situation in the country and also political speculations in this area.

Текст научной работы на тему «Эффективность применения теплонакопителей в частных домовладениях Украины»

УДК 697.278:338.001.36 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.56645

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПДОНАКОПИТЕЛЕй В ЧАСТНЫХ ДОМОВЛАДЕНИЯХ УКРАИНЫ

Рассмотрена схема создания системы отопления на базе теплонакопителей. Произведен расчет экономической эффективности использования систем отопления на базе теплонакопителей. Рассчитаны капитальные и текущие затраты, связанные с созданием и эксплуатацией системы отопления на основе теплонакопителей. Определен срок окупаемости затрат при их использовании в сфере жилищно-коммунального хозяйства Украины.

Ключевые слова: система отопления, теплонакопитель, экономическая эффективность, срок окупаемости.

Клён А. Н.

1. Введение

Повышение стоимости энергоносителей для населения, связанное с приведением их к рыночным ценам, заставляет потребителей коммунальных услуг искать пути снижения затрат на последние.

Одним из способов экономии электроэнергии является использование зональных счетчиков, которые позволяют оплачивать электроэнергию, потребленную в ночное время, на 50 % ниже дневного тарифа [1, 2]. По данным Национальной комиссии, осуществляющей госрегулирование в сфере энергетики и коммунальных услуг (НКРЭКУ), потребление электроэнергии в Украине неравномерное, что требует более дорогой тепловой генерации для покрытия пиковых уровней энергопотребления утром и вечером. Переход населения на двузонные счетчики и увеличение потребления электроэнергии ночью сможет в будущем снизить тарифы за счет загрузки атомных энергоблоков, которые работают при равномерном потреблении в энергосистеме.

Таким образом, перенос энергопотребления с дневного на ночное время может привести к значительной экономии средств. При этом экономия будет тем существенней, чем выше энергопотребление. Проблема, однако, состоит в том, что такой перенос нагрузки на сеть не всегда удобен потребителям. Если бытовые приборы не оснащены автоматикой, позволяющей запрограммировать их работу в ночное время, потребителям самим придется контролировать работу этих приборов в ущерб своему ночному отдыху. Кроме того, при малых расходах электроэнергии (менее 100 кВт ■ ч в месяц) срок окупаемости двузонных счетчиков будет достаточно большим.

Из всех коммунальных услуг наибольшие расходы приходятся на отопление, независимо от типа энергии, расходуемой на этот процесс. Снизить данную статью затрат, используя преимущество льготного ночного тарифа, позволят электронагревательные приборы с аккумуляцией энергии — теплонакопители.

Таким образом, данное исследование является актуальным в свете того, что растущие потребности мировой экономики стимулируют повышенный спрос на энергоресурсы. Рост объемов мирового промышленного

производства и активное энергопотребление спровоцировало бесконтрольное использование невозобновляе-мых источников энергии. В результате, человечество приблизилось не только к глобальному кризису мировых запасов топлива, но и значительному ухудшению экологической ситуации. Возможности производства электроэнергии, в отличие от других видов энергии, неисчерпаемы, поскольку при производстве электроэнергии наряду с получением электроэнергии, вырабатываемой АЭС, возможно использование альтернативных источников (силы ветра, солнечного тепла, энергии земли). Кроме того, электроотопление наиболее экологично. Уменьшение сжигания природного газа и замещение его электроэнергией, вырабатываемой атомными электростанциями, снизит загрязнение окружающей среды, за счет сокращения выбросов углекислого газа [3].

2. Анализ литературных данных

Теплонакопитель — это электрический отопительный прибор, отличительной особенностью которого является способность накапливать тепло с последующей его отдачей на протяжении длительного времени. Накопление тепла происходит в среднем за 7-8 часов, тогда как отдача тепла может достигать по времени 20 и более часов, что делает удобным и экономически эффективным использование данного прибора в ночное время суток во время действия пониженного тарифа на потребление электроэнергии.

Конструкция и принцип действия теплонакопите-лей, их достоинства и недостатки рассмотрены в работах [3-8], вопросы экономической эффективности применения накопителей освещены в работах [8-10].

Практические аспекты этого вопроса рассматривают и иностранные авторы в своих публикациях [11-13].

3. Объект, цель и задачи исследования

Объектом исследования являются теплонакопители.

Целью данной статьи является технико-экономическое обоснование использования теплонакопителей в жилищно-коммунальном секторе Украины с учетом актуальных тарифов и местных особенностей.

I 46

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/1(26], 2015, © Клён А. Н.

ISSN 222Б-3780

ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ

J

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

— рассмотрена схема создания системы отопления на базе теплонакопителей;

— рассчитаны капитальные и текущие затраты, связанные с созданием системы отопления на базе тепло-накопителей;

— произведен расчет срока окупаемости затрат при использовании системы отопления на базе тепло-накопителей в жилищно-коммунальном хозяйстве Украины.

4. Результаты исследования

экономической эффективности использования теплоносителей для обогрева жилых помещений в Украине

Схема системы отопления на базе теплонакопителей приведена на рис. 1 [3]. Система состоит из одного или нескольких теплонакопителей, блока управления, комнатного терморегулятора, датчика погодных условий, двухтарифного электросчетчика, электропроводки.

Принцип работы системы состоит в следующем. Ночью, во время действия более низкого тарифа, по сигналу таймера происходит подача электроэнергии на трубчатые нагревательные элементы 3, которые нагревают магнезитовые блоки 1. Последние накапливают тепловую энергию ночью и отдают ее днем. Уровень зарядки теплонако-пителя регулируется манометрическим регулятором 5 как в ручном режиме (с использованием ручки 4), так и в автоматическом режиме (с использованием блока управления и датчика погодных условий). Защитой от перегрева служит биметаллический термопредохранитель 9. Эффективный слой теплоизоляции 2 обеспечивает хранение запасенной в теплонакопителе энергии.

бесшумному вентилятору (в накопителях динамического типа).

Определим экономическую эффективность использования систем отопления на основе теплонакопителей по сравнению с альтернативными решениями — системами обогрева электрическими конвекторами и газовыми приборами.

Сравнительный анализ будем производить для жилых помещений площадью 60 м2 и 120 м2, со средней теплоизоляцией и высотой потолков 2,5 м. В этом случае средняя установочная мощность системы отопления рассчитывается исходя из 1 кВт на 10 м2 помещения. Таким образом, для помещений площадью 60 м2 и 120 м2 установочная мощность системы отопления будет составлять соответственно 6 и 12 кВт.

В табл. 1 и 2 приведены капитальные и текущие затраты, необходимые для создания и эксплуатации системы отопления трех типов, для помещений различной площади.

Капитальные затраты состоят из стоимости оборудования и его монтажа. К основному оборудованию были отнесены теплонакопители, конвекторы или газовый котел, к вспомогательному — электрический кабель, приборы автоматики, трубы, радиаторы и др. Кроме того, для системы электроотопления на базе теплонакопителей учитывалась стоимость установки двузонного счетчика, а для системы газового отопления — стоимость проекта на выполнение внутренних работ по устройству газовой разводки. Во всех случаях считалось, что к отапливаемому помещению подведены необходимые внешние коммуникации: кабель электросети мощностью 6 или 12 кВт/газовая труба.

Таблица 1

Капитальные затраты на создание и эксплуатацию системы отопления для жилых помещений площадью 60 м2 и 120 м2

Рис. 1. Схема системы отопления на базе теплонакопителя: 1 — магнезитовые блоки; 2 — слой теплоизоляции; 3 — нагревательные элементы (ТЭНы); 4 — ручка терморегулятора; 5 — терморегулятор; 6 — узел подключения; 7 — вентилятор; 8 — заслонка; 9 — биметаллический датчик

Тип системы отопления Капитальные затраты*, грн.

Основное обо-рудова-ние Внутренняя разводка Эл. счетчик/проект Монтаж Всего

Для помещения площадью 60 м2 (мощность системы 6 кВт)

Теплонакопители статические 34 200 3 400 2 000 2 300 41 900

Теплонакопители динамические 60 100 3 400 2 000 2 500 68 000

Конвекторы 3 600 3 400 — 360 7 360

Газовое отопление 10 500 7 800 1 500 5 200 25 000

Для помещения площадью 120 м2 (мощность системы 12 кВт)

Теплонакопители статические 68 400 6 800 2 000 3 400 80 600

Теплонакопители динамические 120 200 6 800 2 000 3 400 132 400

Конвекторы 7 200 6 800 — 720 14 720

Газовое отопление 10 500 9 900 1 500 7 400 29 300

Тепло отдается прибором по мере необходимости либо за счет естественной конвекции (в накопителях статического типа), либо благодаря встроенному

Примечание: * — поскольку оборудование систем отопления, как правило, импортного производства, его стоимость привязана к курсу национальной валюты по отношению к доллару США, для расчетов этот курс принят по состоянию на 01.11.2015 г: 1 USD = 23 UAH

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/1(26], 2015

Таблица 2

Текущие затраты на создание и эксплуатацию системы отопления для жилых помещений площадью 60 м2 и 120 м2

Тип системы отопления Средний расход энергоресурсов, кВт - ч (м3) Текущие затраты, грн.

за сутки за месяц за сутки за месяц за сезон

Для помещения площадью 60 м2 (мощность системы 6 кВт)

Теплонакопители статические 31,68 950,4 25,31 759,34 4 556,02

Теплонакопители динамические 31,68 950,4 25,31 759,34 4 556,02

Конвекторы 31,68 950,4 50,62 1 518,67 9 112,03

Газовое отопление 11,09 332,64 55,78 1 673,42 10 040,50

Для помещения площадью 120 м2 (мощность системы 12 кВт)

Теплонакопители статические 63,36 1 900,8 51,92 1 557,67 9 346,03

Теплонакопители динамические 63,36 1 900,8 51,92 1 557,67 9 346,03

Конвекторы 63,36 1 900,8 103,84 3 115,34 18 692,06

Газовое отопление 22,18 665,28 135,48 4 064,43 24 386,6

Согласно действующим тарифам на газ, утвержденным НКРЭКУ, стоимость газа для бытовых нужд в период с октября по апрель (отопительный сезон) при расходе до 200 м3 в месяц составляет 3,60 грн./м3, свыше 200 м3 — 7,188 грн./м3 [15].

Результаты исследования экономической эффективности отопительных систем на базе теплонакопителей представлены в табл. 4.

Таблица 4

Сравнительная эффективность системы отопления на базе теплонакопителей

□т-апли-ваемая площадь, м2 Разность капитальных затрат, грн. по сравнению с Годовая экономия (разность текущих затрат), грн. по сравнению с Срок окупаемости, лет по сравнению с

электрическими конвекторами газовым котлом электрическими конвекторами газовым котлом электрическими конвекторами газовым котлом

Для статических теплонакопителей

60 34 540 16 900 4 556,02 5 484,48 7,58 3,08

120 65 880 51 300 9 346,03 15 040,6 7,05 3,41

Для динамических теплонакопителей

60 60 640 43 000 4 556,02 5 484,48 13,31 7,84

120 117 680 103 100 9 346,03 15 040,6 12,59 6,85

Текущие затраты на отопление теплонакопителями рассчитывались по формуле [10]:

R = к - N - t - D - Km C, (1)

где ¿з — коэффициент запаса мощности, принят равным для электрических систем 1,2, для газовой системы — 1,0; N — установочная мощность системы отопления, кВт^ — время зарядки теплонакопителей, ч;D — количество дней использования системы (длительность отопительного сезона принята равной D = 180 дней); K^ — коэффициент использования мощности в течение отопительного сезона, принят равным 0,55;C — стоимость 1 кВт-ч электроэнергии по ночному тарифу.

Суточный расход электроэнергии конвекторами принят таким же, как и для теплонакопителей, с учетом одинаковой мощности этих электроприборов.

При расчете текущих затрат для системы газового отопления использовалась формула (1), но принималось, что средний расход газа для котлов разной мощности, применяемых в индивидуальном жилищном строительстве, составляет 0,14 м3/(кВт - ч) [10].

Стоимость электроэнергии для населения, введенная в действие постановлением НКРЭКУ с 01.03.2017 г. с учетом поэтапного повышения, приведена в табл. 3 [14].

Таблица 3

Тарифы на электроэнергию для населения, которые будут введены с 01.03.2017 г

Тариф до 100 кВт - час электроэнергии в месяц, грн. свыше 100 кВт - час электроэнергии в месяц, грн.

Дневной (07.00-23.00) 0,90 1,68

Ночной (23.00-7.00) 0,45 0,84

Срок окупаемости систем отопления на базе тепло-накопителей по сравнению с другими системами обогрева рассчитывался как отношение разностей соответствующих капитальных затрат к текущим.

5. Обсуждение результатов исследования экономической эффективности систем отопления на базе теплонакопителей

1. Как показали расчеты, использование систем отопления на базе теплонакопителей оказывается выгодным не только по сравнению с электрическими конвекторами, но даже по сравнению с газовым обогревом. Последнее обстоятельство особо актуально для повышения энергетической безопасности Украины.

2. Наибольшим сдерживающим фактором, тормозящим внедрение систем отопления на базе теплоносителей, является относительно высокая стоимость на сами приборы. Так, покупка теплонакопителей обойдется в 2-3 раза дороже газовых систем и в 6-9 раз дороже электрических конвекторов. Кроме того, для использования преимуществ более низкого ночного тарифа необходимо понести дополнительные затраты и преодолеть бюрократические преграды, связанные с установкой двузонного электросчетчика.

3. При выборе типа системы отопления необходимо учитывать действительные технические условия, в частности, уже имеющиеся коммуникации и их мощность. Так, например, в старых домах подключение тепло-накопителей (равно как и иных электронагревательных приборов) может вызвать значительные дополнительные затраты, связанные с подводкой нового кабеля большего сечения и увеличением лимита допустимой мощности.

4. Теплонакопители, как и любые иные нагревательные приборы, имеют как свои преимущества, так

I 48

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/1(26], 2015

ISSN 222Б-3780

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ

и недостатки. Их также необходимо учитывать при планировании систем отопления в конкретных условиях. К преимуществам теплонакопителей относятся: простота монтажа, экономичность эксплуатации, способность снизить нагрузку на электросеть в пиковое время, надежность и долговечность, безопасность. Недостатками теплонакопителей являются относительная высокая стоимость и большая масса.

5. Одной из наибольших сложностей при выборе типа системы отопления для частного дома или квартиры является неопределенность на рынке жилищно-коммунальных тарифов, которые зависят не только от экономической ситуации в стране и в мире, но еще и от политически мотивированных решений правительства и Президента (в том числе через НКРЭКУ). В результате постоянного повышения тарифов на энергоносители и изменения льготных объемов и стоимости их потребления те технические решения, которые наиболее экономически выгодны сегодня, уже завтра могут оказаться не столь выгодными.

6. Выводы

1. Произведен расчет капитальных и текущих затрат, связанных с созданием и эксплуатацией систем отопления на базе теплонакопителей для обогрева жилых помещений площадью 60 м2 и 120 м2. Установлено, что использование подобных систем экономически эффективно. Несмотря на относительно большие капитальные затраты, системы обогрева на базе теплонакопителей окупаются за 3-8 лет по сравнению с газовым отоплением и за 7-13,5 лет — по сравнению с отоплением электрическими конвекторами.

2. Отмечено, что при выборе типа системы отопления необходимо учитывать их преимущества и недостатки, а также имеющиеся технические условия.

3. Установлено, что наибольшей проблемой при экономическом планировании и расчете технико-экономических показателей для различных систем отопления является неопределенность с тарифной политикой в сфере жилищно-коммунальных услуг, связанная с нестабильной экономической ситуацией в стране, а также политическими спекуляциями в этой области.

Литература

1. Украинцев призывают увеличить потребление электроэнергии в ночное время [Электронный ресурс] // Информационное агентство УН1АН. — 04.11.2015. — Режим доступа: \www/URL: http://economics.unian.net/energetics/1173670-ukramtsev-prizyivayut-uveHchit-potreblenie-elektroenergn-v-nochnoe-vremya.html

2. Опухла, П. «Ночной тариф»: экономия не для бедных [Электронный ресурс] / П. Опухла // Газета «Нафтопродукти». — 2015. — № 38. — Режим доступа: \www/URL: http://oilreview. kiev.ua/2015/11/06/nochnoj-tarif-ekonomiya-ne-dlya-bednyx/

3. Тепловые накопители [Электронный ресурс] // ООО »ПО Контактор». — Режим доступа: \www/URL: http://kontaktor.com. ua/energy-saving/teplovy-e-nakopiteli-2/

4. Описание работы систем отопления с теплонакопителя-ми [Электронный ресурс] // «АЛЕДО» — системы отопления и уничтожители насекомых. — Режим доступа: \www/URL: http://www.aledo.com.ua/tematicheskie-stati/opisanie-rabotyi-sistem-otopleniya-s-teplonakopite.html

5. Теплонакопители статические [Электронный ресурс] // Электроцентр Холдинг. — Режим доступа: \www/URL: http:// elcentr.com.ua/teplovye-nakopiteli/static?showall-1

6. Динамический теплонакопитель Elnur [Электронный ресурс] // Инновационные системы отопления. — Режим доступа: \www/URL: http://teplonew.com.ua/catalog/dinamicheskie_ teploakkymyljatori/ product/Elnur_dinamicheskii_teplonakopitel

7. Техническое описание теплонакопителя [Электронный ресурс] // Мегастрой. — Режим доступа: \www/URL: http:// www.megastroi.ru/teplonakopitel/detail.php7ID-9228

8. Экономичные системы отопления с теплонакопителя-ми [Текст] // Энергосовет. — 2009. — № 1(1). — C. 13-16.

9. Использование теплонакопителей в отоплении [Электронный ресурс] // Портал «PATRIOT-NRG». — Режим доступа: \www/URL: http://www.patriot-nrg.ua/rus/savings/view/81

10. Подбор теплонакопителей в домах и офисах [Электронный ресурс] // Мегастрой. — Режим доступа: \www/URL: http:// www.megastroi.ru/teplonakopitel/detail.php7ID-9235

11. White, A. Electricity storage using a thermal storage scheme [Text] / A. White // Conference from October 3-8, 2010. — Kos, Greece, 2015. — 421 p. doi:10.1063/1.4906710

12. Summary of Thermal Energy Storage Systems Installation [Text] // Thermal Energy Storage Technologies for Sustainability. — Elsevier BV, 2014. — P. 401-404. doi:10.1016/b978-0-12-417291-3.09991-6

13. Mueller, F. L. Minimum-cost charging of electrical storage heaters [Text] / F. L. Mueller, C. Binding, O. Sundstrom, M. Bengsch // 2014 IEEE International Conference on Smart Grid Communications (SmartGridComm). — Institute of Electrical & Electronics Engineers (IEEE), 2014. — P. 740-745. doi:10.1109/smartgrid-comm.2014.7007736

14. Про встановлення тарифiв на електроенерпю, що вщ-пускаеться населенню [Електронний ресурс]: Постанова Нацюнально1 комiсiï, що здшснюе державне регулювання у сферах енергетики та комунальних послуг вщ 26.02.2015 № 220. — Режим доступу: \www/URL: http://zakon0.rada. gov.ua/laws/show/z0231-15

15. Про встановлення роздрiбних щи на природний газ, що використовуеться для потреб населення [Електронний ресурс]: Постанова Нацюнально1 комiсiï, що здшснюе державне регулювання у сферах енергетики та комунальних послуг вщ 03.03.2015 № 583. — Режим доступу: \www/URL: http:// zakon4.rada.gov.ua/laws/show/z0242-15

ЕФЕКТИВШСТЬ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОНАКОПИЧУВАЧШ В ПРИВАТНИХ ГОСПОДАРСТВАХ УКРА1НИ

Розглянута схема створення системи опалення на баз1 теп-лонакопичувач1в. Проведено розрахунок економ1чно'1 ефектив-ност використання систем опалення на баз1 теплонакопичу-вач1в. Розраховаш каштальш та поточш витрати, пов'язаш з1 створенням та експлуатащею системи опалення на основ! теплонакопичувач1в. Визначений термш окупност витрат при 1х використанш в сфер1 житлово-комунального господарства Украшп.

Ключовi слова: система опалення, теплонакопичувач, еко-ном1чна ефектившсть, термш окупность

Клён Андрей Николаевич, кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедра подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования, автомобилей и автомобильного хозяйства, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Краматорск, Украина, e-mail: it-market@rambler.ru.

Кльон Андрш Миколайович, кандидат техтчних наук, старший викладач, кафедра тдйомно-транспортних, 6ydieeÄbHux, дорожтх машин i обладнання, автомобШв i автомобшьного господарства, Донбаська нащональна академ1я будiвництва i архтектури, Краматорськ.

Klyon Andrij, Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, Kramatorsk, Ukraine, e-mail: it-market@rambler.ru

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/1(26], 2015

49-J

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.