CC BY
35
Селиванов Василий Николаевич
директор Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», кандидат технических наук
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: selivanov@ien.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.5.39-47 УДК 620.9 (470.21)
Н. М. Кузнецов
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ В МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
Приведены результаты анализа использования энергоресурсов в жилищно-коммунальном секторе городов Мурманской области. Произведена оценка возможной экономии энергетических ресурсов. Рассмотрены направления энергосбережения в жилищно-коммунальной и бюджетной сферах. Показана необходимость создания интегрированной измерительно-информационной системы учета и анализа потребляемых энергоресурсов для управления энергопотреблением. Ключевые слова:
энергоэффективность зданий, энергосберегающие мероприятия, энергетическое обследование, теплопотребление, энергетический паспорт.
N. M. Kuznetsov
THE ENERGY EFFICIENCY OF BUILDINGS IN THE MURMANSK REGION Abstract
Results of the analysis of energy use in the residential sector of the Murmansk region towns and evaluation of possible energy savings, are given. The directions of energy saving in housing and communal and public sectors, are considered. It was shown that energy management requires the creation of integrated measurement and information system of accounting and analysis of energy use. Keywords:
building energy efficiency, energy saving measures, energy audit, heat consumption, energy performance certificate.
Основными направлениями экономии энергии в районах Севера являются: проведение организационных мероприятий и разъяснительной работы среди населения; усиление теплоизоляции зданий; использование вторичных ресурсов; исследование и устранение потерь энергии во всей технологической цепи добычи, транспорта топлива, производства, передачи и распределения энергии [1].
Анализ работы теплового хозяйства городов Апатиты, Кировск, Полярные Зори [2] показал, что состояние теплоснабжения коммунальных потребителей в районах Севера требует более надежной и экономичной работы теплоснабжающих систем. Основными причинами перерасхода теплоэнергии
являются: неотрегулированность систем отопления; перерасход горячей воды, поступающей в системы горячего водоснабжения; низкие теплозащитные качества ограждающих поверхностей зданий; потери тепла при транспорте теплоносителя из-за плохого качества изоляции трубопроводов. Перерасход тепловой энергии в системе отопления зданий составляет 15-20 %. В результате проведения исследований теплозащитных свойств и энергопотребления жилого дома установлено, что наибольшее количество тепла от общих потерь через ограждающие конструкции теряется из-за неутепленных окон и дверей (40 %). Потери через оконные стекла составляют 15 %, через полы и потолки — 7 %, через стены — 38 %.
Удельное потребление тепловой энергии жилищно-коммунального сектора в городах Мурманской области [3] значительно различается (рис. 1).
Рис. 1. Удельное теплопотребление в жилищно-коммунальном секторе Fig. 1. Housing and communal sector specific heat consumption
Это объясняется различной протяженностью тепловых сетей; тепловыми потерями, обусловленными изношенностью теплопроводов, гидравлическими режимами, условиями эксплуатации. Поэтому актуальными задачами для каждого из городов являются разработка программы рационализации структуры и перспективного развития теплового хозяйства, разработка и внедрение энергосберегающих мероприятий.
Большинство зданий и сооружений имеют наружные ограждающие конструкции, не соответствующие современным нормативным требованиям по сопротивлению теплопередаче. Поэтому очень важным является проведение массового и оперативного обследования фактического теплотехнического состояния зданий или, другими словами, фактического распределения температурных полей на поверхности наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений. Температура поверхностей строительных конструкций зависит от теплофизических свойств их материалов, наличия теплопроводных включений, как конструктивно обусловленных, так и случайных, являющихся технологическими или
конструктивными дефектами и др. Если пользоваться традиционными методами, то для определения теплофизического состояния ограждающих конструкций здания необходимо установить несколько сотен или тысяч термодатчиков. Естественно, большая трудоемкость и высокая стоимость такой работы затрудняют осуществление необходимого контроля теплофизических свойств во время приемки зданий в эксплуатацию, особенно перед капитальным ремонтом или реконструкцией. Однако в настоящее время на вооружении специалистов имеется эффективный метод контроля и определения пространственного распределения тепловых потоков (температур) по поверхности ограждающих конструкций зданий с применением тепловизора. Тепловизор позволяет получить обзорный тепловой «портрет» ограждающей конструкции здания, проанализировать изображение на компьютере и принять экспертное заключение по способу теплоизоляции здания, а после выполнения работ по утеплению — вновь снять тепловой «портрет» ограждающей конструкции и проверить качество выполненных работ. Температурные характеристики объекта отображаются последовательностью цветов синий — лиловый — красный — оранжевый — желтый — белый по мере повышения его температуры. На рис. 2 представлены результаты тепловизионной съемки ограждающих конструкций здания бюджетной сферы.
Рис. 2. Термограмма наружной торцевой стены детского сада Fig. 2. Thermogram of the kindergarten outer end wall
Анализ термограммы позволяет сделать выводы о значительных потерях через оконные блоки, стеновые панели и дверные проемы. Выполненные мероприятия по совершенствованию теплозащиты зданий позволят значительно сократить расходы тепловой энергии (на рис. 2 справа).
При внедрении мероприятий по энергосбережению необходимо совершенствование системы управления энергопотреблением (учет электроэнергии, диагностика состояния, показатели качества энергии и т. д.), а также установка устройств, позволяющих контролировать энерготехнологические параметры для последующего анализа потребления энергоресурсов и принятия мер по снижению затрат и поддержанию оптимального уровня энергопотребления. Система управления должна обеспечивать сбор данных о потреблении энергоресурсов в режиме реального времени; оценку состояния энергооборудования; возможность дистанционного управления коммутационными аппаратами; визуализацию информации об объектах с использованием систем энергомониторинга. Установленная на объекте автоматическая система электроснабжения создает необходимые условия для эффективного энергосбережения [4].
Для внедрения индивидуальных тепловых пунктов с погодным регулированием необходимо определить условия установки тепловых пунктов в многоквартирных домах и бюджетных учреждениях, а также разработать механизмы экономического стимулирования. Расчет экономической эффективности внедряемых наилучших доступных технологий [5] производится по методике, представленной в [6].
При внедрении индивидуального теплового пункта в здании потребители имеют возможность регулировать расход тепла в зависимости от своих собственных потребностей. Для поддержания требуемого температурного графика в системе отопления устанавливаются регуляторы на отопление с датчиками наружного и внутреннего воздуха. По соответствующей программе регулятор может осуществлять понижение температуры воздуха в помещениях в ночные часы и выходные дни, что наиболее актуально для зданий бюджетной сферы. Автоматизированное управление отопительной нагрузкой позволяет получить экономию в осенне-весенний период, когда распространенной проблемой является наличие перетопов, связанное с особенностями центрального качественного регулирования тепловой нагрузки на источниках теплоснабжения.
Меры по повышению энергетической эффективности объектов жилищного фонда, зданий, строений и сооружений определены Федеральным законом от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Проблемные вопросы для повышения энергетической эффективности зданий на различных этапах жизненного цикла указаны в дорожной карте по повышению энергетической эффективности зданий, строений и сооружений, утвержденной распоряжением правительства РФ № 1853-р от 1 сентября 2016 г. Основными целями дорожной карты являются: 1) обеспечение рационального использования энергоресурсов при эксплуатации объектов капитального строительства за счет установления требований энергоэффективности зданий; 2) снижение платежной нагрузки на население за коммунальные услуги за счет повышения энергоэффективности в жилищном фонде, в том числе путем проведения капитальных ремонтов МКД и развития энергосервиса; 3) увеличение объема проектирования и строительства зданий высокой энергетической эффективности; 4) развитие методологии, информационного обеспечения, пропаганды и обучения в области повышения энергетической эффективности зданий.
Удельные величины потребления энергетических ресурсов для учреждений бюджетной сферы и жилищно-коммунального хозяйства Мурманской области приведены в табл. 1. Этот показатель призван обеспечить связь энергетических паспортов бюджетных организаций с региональными и муниципальными программами в области энергосбережения и повышения энергоэффективности.
Таблица 1
Удельные расходы топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) [7]
Table 1
Specific consumption of fuel and energy resources [7]
Удельные расходы ТЭР 2015 г. 2016 г. 2017 г. По России
Жилищно-коммунальное хозяйство
Удельный расход
воды населением, м3/чел. 65,6 66,4 66,9 46,8
ЭЭ на ОДН в МКД, кВтч/м2 31,3 30,7 42,0 22,0
ТЭ в МКД, Гкал/м2 0,22 0,23 0,23 0,18
Бюджетный сектор
Удельный расход
ТЭ учреждений здравоохранения, Гкал/м2 0,26 0,26 0,26 0,2
ЭЭ учреждений здравоохранения, кВт-ч/м2 79,6 95,1 84,5 57,6
ТЭ учреждений образования, Гкал/м2 0,27 0,30 0,36 0,19
ЭЭ учреждений образования, кВт-ч/м2 46,7 56,0 57,0 32,1
Контрольным показателем реализации дорожной карты является уменьшение удельного годового расхода тепловой и электрической энергии на общедомовые нужды в многоквартирных домах, административных и общественных зданиях. К 2025 г. предполагается уменьшить этот показатель на 25 % по сравнению с 2015 г.
Благодаря действию программы Фонда ЖКХ с 2010 г. в регионах РФ выполняется строительство энергоэффективных домов, применяются современные энергоэффективные технологии, позволяющие в значительной степени сократить потребление энергоресурсов и уменьшить размер коммунальных платежей. Направлениями повышения энергоэффективности в энергосберегающих домах являются: 1) снижение потерь тепла: утепление ограждающих конструкций жилого дома, оборудование подъездов тамбурами, применение в подъездах доводчиков на дверях, установка системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла; 2) рациональное потребление энергоресурсов: установка датчиков движения, оснащение светодиодным оборудованием, применение энергосберегающих ламп, меридиональная ориентация жилого дома, горизонтальная разводка системы теплоснабжения здания; 3) внедрение возобновляемых источников энергии для снижения затрат
на эксплуатацию жилых помещений: установка тепловых насосов, солнечных фотоэлектрических батарей, вакуумных солнечных коллекторов для нагрева воды, ветроустановок; 4) внедрение автоматизированных систем управления жилым домом: организация системы учета за потребляемыми энергоресурсами, установка счетчиков для учета выработки энергоресурсов оборудованием возобновляемых источников энергии, установка программного обеспечения для формирования отчетной информации по энергопотреблению дома.
Для оценки потребности энергии на отопление и вентиляцию в здании установлены классы энергосбережения (табл. 2) в процентах отклонения расчетной удельной характеристики расхода тепловой энергии от нормируемой величины.
Таблица 2
Классы энергосбережения жилых и общественных зданий [8]
Table 2
Energy saving classes of residential and public buildings [8]
Класс Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания от нормируемого, % Рекомендуемые мероприятия, разрабатываемые субъектами РФ
обозначение наименование
При п ооектировании и эксплуатации новых и реконструируемых зданий
А++ А+ А Очень высокий Ниже -60 От -50 до -60 включительно От -40 до -50 включительно Экономическое стимулирование
В+ В Высокий От -30 до -40 включительно От -15 до -30 включительно То же
С+ С С- Нормальный От -5 до -15 включительно От +5 до -5 включительно От +15 до +5 включительно Мероприятия не разрабатываются
При эксплуатации существующих зданий
D Пониженный От +15,1 до +50 включительно Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании
E Низкий Более +50 Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании или снос
Проектирование зданий с классом энергосбережения <Ю», «Е» не допускается. Классы «А», «В», «С» устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых зданий на стадии разработки проектной документации. Впоследствии при эксплуатации класс энергосбережения должен быть уточнен в ходе энергетического обследования. С целью увеличения доли зданий с классами «А» и «В» субъекты Российской Федерации должны применять меры по экономическому стимулированию.
Присвоение зданию класса «А» и «В» производится только при условии включения в проект следующих обязательных энергосберегающих мероприятий: 1) устройство индивидуальных тепловых пунктов, снижающих затраты энергии на циркуляцию в системах горячего водоснабжения и оснащенных автоматизированными системами управления и учета потребления энергоресурсов, горячей и холодной воды; 2) применение энергосберегающих систем освещения общедомовых помещений, оснащенных датчиками движения и освещения; 3) применение устройств компенсации реактивной мощности двигателей лифтового хозяйства, насосного и вентиляционного оборудования.
На 2019 г., по данным Фонда содействия реформированию ЖКХ, в Российской Федерации построено 154 энергоэффективных дома, в СевероЗападном федеральном округе — 65 домов, из них 37 в Мурманской области. В рамках российских проектов строительства энергоэффективного жилья используются следующие технические средства: тепловой насос, система рекуперации воздуха, солнечный коллектор, солнечные батареи, датчики движения, индивидуальный тепловой пункт, теплоизоляция ограждающих конструкций, энергосберегающие лампы, миниТЭЦ.
Строительство энергоэффективных домов позволило определить барьеры, которые препятствуют внедрению энергосберегающих мероприятий и ключевых энергоэффективных технологий: 1) отсутствие механизма финансирования строительных компаний, участвующих в строительстве дома и выполнении капитального ремонта; 2) отсутствие в ряде регионов требуемых по проекту сертифицированных строительных материалов, транспортировка их из других регионов повышает срок и стоимость строительных работ; 3) проблемы с обслуживанием энергосберегающего оборудования и систем автоматизации здания.
Рис. 3. Энергоэффективный дом в г. Мурманске Fig. 3.Energy-efficient house in Murmansk
В 2013 г. в г. Мурманске построен энергоэффективный 24-квартирный дом, в котором выполнено утепление ограждающих конструкций, смонтирована система автоматического учета расхода тепловой энергии, установлены датчики движения и энергосберегающие лампы освещения (рис. 3). Для обеспечения горячей водой установлены пластинчатые теплообменники.
Класс энергетической эффективности дома — «В». Экономия энергии от мероприятий по энергосбережению, примененных при строительстве дома, и затрат на оплату жилого помещения и коммунальных услуг относительно аналогичного дома класса «С» составляет 20 %.
Выводы
Реализация комплекса энергосберегающих мер в жилищной сфере должна осуществляться: при капитальном ремонте жилых зданий; при эксплуатации жилых домов существующего жилищного фонда; при новом строительстве жилых зданий.
Для более результативной работы в этом направлении необходимо обеспечить: 1) обязательные энергетические обследования зданий с установлением классов энергоэффективности и составлением энергетических паспортов зданий; 2) обязательное размещение на здании указателей класса по энергоэффективности; 3) разработку региональных требований по энергоэффективности зданий при проведении капитального ремонта и при новом строительстве жилых зданий; ремонтах; 4) привлечение частных инвестиций в энергосбережение через энергосервисные контракты.
Литература
1. Кузнецов Н. М. Об экономии энергии в районах Севера // Проблемы энергетики Мурманской области и соседних районов. Апатиты, 1980. С. 60-66.
2. Разработка концепции и комплексной программы коренной перестройки систем централизованного теплоснабжения районов Севера в новых социально-экономических условиях: отчет о НИР № 2-92-0012 / ИФТПЭС КНЦ РАН; науч. рук. Кузнецов Н. М.; исполн.: Степанов И. Р. [и др.]. Апатиты, 1993. 151 с. № ГР 0190009663.
3. Клюкин А. М., Кузнецов Н. М., Трибуналов С. Н. Международное сотрудничество по повышению эффективного управления энергопотреблением в Баренц-регионе // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 7 (26). С. 93-97.
4. Кузнецов Н. М., Клюкин А. М., Трибуналов С. Н. Управление энергоэффективностью и энергосбережением // Вестник Кольского научного центра РАН. 2016. № 2 (25). С. 97-102.
5. Кузнецов Н. М., Коновалова О. Е., Победоносцева В. В. Управление энергоэффективностью в регионах Арктической зоны Российской Федерации // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. № 8-17 (9). С. 20-34. Б01: 10.25702/К8С.2307-5252.2018.9.8.20-34
6. Кузнецов Н. М., Победоносцева В. В. Эффективность внедрения наилучших доступных энергосберегающих технологий в Мурманской области // Фундаментальные исследования. 2017. № 6. С. 143-148. Б01: 10.17513/£г.41564
7. Разработка систем управления энергоэффективностью и направлений развития возобновляемой энергетики в условиях Арктической зоны РФ: отчет о НИР (заключит.) № 0226-2016-0001 / ФИЦ КНЦ РАН; ЦФТПЭС КНЦ РАН; науч. рук. Минин В. А.; отв. исп. Кузнецов Н. М.; исполн.: Победоносцева В. В. [и др.]. Апатиты, 2018. 221 с. № НИОКТР АААА-А17-117020110072-0. Рег. № ИКРБС.
8. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий (Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003) / Минрегион России. М., 2012. 98 с.
Сведения об авторе
Кузнецов Николай Матвеевич
ведущий научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», кандидат технических наук
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, Академгородок, д. 21 А эл. почта: kuzn55@mail.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.5.47-57 УДК 621.311
Г. П. Фастий
АНАЛИЗ КОМБИНИРОВАННЫХ НАРУШЕНИЙ НА УЧАСТКЕ СЕТИ 110 кВ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ
Аннотация
Приведены результаты исследований продольно-поперечных нарушений в сети 110 кВ одного из участков Кольской энергосистемы. Рассматриваемый участок состоит из нескольких последовательно включенных протяженных линий электропередачи с промежуточными подстанциями и односторонним питанием. Исследования проводились на модели, выполненной с помощью программы ATP-EMTP. Ключевые слова:
перенапряжение, обрыв провода, короткое замыкание, трансформатор, нейтраль.
G. P. Fastiy
ANALYSIS OF THE COMBINED DISTURBANCES
IN THE 110 kV NETWORK AREA WITH ONE-WAY POWER SUPPLY
Abstract
The results of the studies of longitudinal-transverse disturbances in the 110 kV network of a Kola energy system section are presented. The section under consideration consists of several sequentially connected extended power lines with intermediate substations and one-way power supply. ATP-EMTP software model was used for the studies.
Keywords:
overvoltage, wire break, short circuit, transformer, neutral.
