Разработка системы инженерного оборудования сельских зданий общественного назначения с единым энергетическим вводом

В нашей стране происходит дальнейшее повышение благосостояния народа. На реализацию этой проблемы направлены решения ХХУТ-го съезда КПСС. В принятых съездом «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1982 — 1985 годы и на период до 1990 г» значительное внимание уделено социальному развитию и повышению народного благосостояния. В этом важнейшем документе, в частности, предусматривается улучшение жилищных и бытовых условий населения, особенно сельского.

Принятая майским (1982г) Пленумом ЦК КПСС «Продовольственная программа СССР на период до 1990 года» явилась логическим развитием исторических решений ХХУ1~го съезда КПСС. В решениях майского (1982г) Пленума ЦК КПСС отмечается, что за последние десятилетия в стране осуществлены крупные меры по решению социальных проблем села и переустройству сельских населенных пунктов. Только за две последние пятилетки введены в эксплуатацию жилые дома общей площадью 294 млн.кв.м. Многие села коренным образом меняют свой облик, приобретают черты крупных населенных пунктов со всеми видами культурного и бытового обслуживания населения.

В решениях отмечается, что Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР рассматривают меры по социальному преобразованию сел как составную часть Продовольственной программы. Осуществление этих мер требует значительного улучшения организации и увеличения объемов жилищного, коммунального, культурно-бытового и дорожного строительства на селе.

В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР «0 мерах по дальнейшему улучшению жилищных, коммунально-бытовых и социально-культутрных условий жизни сельского населения», утвержденных майским (1982г) Пленумом ЦК КПСС, дано поручение в адрес ряда Министерств и ведомств, а также местных партийных и советских органов обеспечить создание необходимых условий для закрепления кадров на селе, значительно улучшить культурно-бытовое, медицинское и торговое обслуживание сельского населения. В текущей пятилетке предусмотрено построить на селе общеобразовательные школы на 2315 тысяч мест, дошкольные учреждения на 1182 тысячи мест, клубы и дома культуры на 1365 тысяч мест.

Советам Министров союзных республик и Центросоюзу поручено предусматривать расширение в сельской местности сетей современных магазинов, торговых центров, предприятий общественного питания. Только по линии Центросоюза в 1982; 1990 годах будет построено магазинов торговой площадью 4,9 млн. кв. метров.

Вместе с тем следует признать, что темпы строительства на селе зданий коммунально-бытового, торгового, медицинского назначения ещё не достаточны. Во многих случаях сроки строительства затягиваются из-за сложности решения вопросов, связанных с разработкой и поставкой инженерного оборудования зданий, в том числе систем энергоснабжения. Проектируемые здания указанного назначения имеют, как правило, электрический ввод, который обеспечивает энергией устройства освещения и некоторые виды инженерного оборудования (насосы, сигнализация) и тепловой ввод, который обеспечивает теплотой устройства отопления. В некоторой части зданий предусматривается ещё и ввод сетевого газа.

Как правило, источником тепловой энергии, в особенности для условий небольших сельских населенных пунктов, являются специально сооружаемые индивидуальные котельные небольшой мощности. Подобная традиционная схема теплоснабжения обладает существенными недостатками. Во-первых, необходимо её строительство и оборудование котлами и измерительными приборами, а также строительство склада топлива. Во-вторых, применяемые в подобных котельных котлы имеют невысокий к.п.д., что приводит к нерациональному расходу топлива. В-третьих, эти котлы хорошо работают на качественном топливе, в то время как в реальных условиях имеют место поставки топлива низкого качества, качество топлива из года в год снижается. В-четвертых, для перевозки топлива требуется транспорт. В-пятых, для обслуживания котельной нужен персонал, что, в условиях дефицита рабочей силы на селе, перерастает во многих случаях в неразрешимую проблему. И. наконец, в-шестых, в здании имеется система отопления, которая должна быть настроена на оптимальный режим. Подобная настройка при отсутствии квалифицированных кадров не всегда возможна.

При повышенной агрессивности воды, циркулирующей в системе отопления, возможны выходы её из строя. Все вышесказанное позволяет перейти к иному инженерному решению, свободному от указанных недостатков. Такой системой отопления может явиться достаточно развитое в зарубежных странах электроотопление.

Из известных видов систем электроштопления применительно к условиям нашей страны наиболее перспективно аккумуляционное электроотопление, при котором потребление электрической энергии, преобразуемой затем в тепловую, происходит в часы провала графика нагрузки — преимущественно в ночные часы. Отдача же запасенной тепловой энергии в отапливаемое помещение происходит автоматически по мере надобности. Применение электрического отопления позволяет существенно упростить энергоснабжение здания — применить единый энергетический ввод, отказавшись от строительства котельной и монтажа традиционной системы отопления.

Хотя электроотопление в силу специфических условий ряда зарубежных стран распространено относительно широко, в нашей стране оно широкого распространения не получило. В то же время, как будет показано ниже, применение электроотопления для небольших сельских зданий коммунально-бытового и торгового назначения приведет к определенному социальному и технико-экономическому эффекту, а. i реализация предложенной автором диссертации системы электроотопления обеспечит: экономию первичного топлива.

Исследования, проведенные в диссертации, с точки зрения её автора, позволяют перейти к существенному расширению эксперимента по дальнейшему применению электроотопления зданий коммунально-бытового, торгового и другого общественного назначения.

Таким образом, задача, решению которой посвящена настоящая диссертация, по созданию системы экономичного электроотопления для сельских общественных зданий с переходом на единый энергетический ввод является актуальной, вытекает из решений ХХУ1 съезда КПСС и майского (1982 г) Пленума ЦК КПСС. Внедрение результатов, полученных в результате проведенных исследований, будет способствовать успешному решению Продовольственной программы СССР до 1990 года.

5.4. Выводы.

Выполненные технико-экономические расчеты и анализ различных вариантов теплоснабжения зданий общественного назначения в сельской местности при равенстве полезного тепла у потребителя позволяют сделать следующие выводы:

1. Для систем малой теплопроизводительности (до 35 кВт) наиболее экономичным является вариант ТАЭП с доводчиками. Реализация указанной системы обеспечивает снижение приведенных затрат в 2 раза по сравнению с вариантом, получившим наибольшее распространение в настоящее время в сельской местности — с вариантом теплоснабжения здания от встроенной угольной котельной. Удельная стоимость энергоносителя при этом снижается на 24%, а годовые затраты на 70% по сравнению с вариантом угольных котельных.

2. Экономичность варианта с ТАЭП в значительной мере связана с высвобождением обслуживающего персонала, что подтверждает правильность решения поставленной задачи по высвобождению рабочей силы для нужд сельскохозяйственного производства.

3. С увеличением мощности систем теплоснабжения разница приведенных затрат в варианте с угольными котельными и ТАЭП снижается. Для системы мощностью 320 кВт снижение приведенных затрат в варианте с ТАЭП составляет всего 10%.

4. Удельный расход топлива во всех электрических вариантах остается выше, чем для угольных котельных. Однако, для котельной малой производительности (до 50 кВт) экономия угля определяется по сравнению с электрическими вариантами в 3−5%. С учетом возможности применения для питания ТАЭП ночной электроэнергии замыкающие затраты при варианте ТАЭП ниже, чем в варианте угольной котельной. При учете перспективных цен на топливо и электроэнергию электрические системы, работающие в часы провала графика нагрузки энергосистемы, обеспечивают экономию расходов на энергоноситель в 2 и более раза.

5. Электрические системы теплоснабжения, работающие в свободном режиме, обеспечивают приведенные затраты на уровне затрат для угольных котельных при производительности до 50 кВт и выше на 20−50 $ - для котельных большей производительности.

6. Экономические показатели аккумуляционных систем электротеплоснабжения в значительной степени определяются высокими каш тальными затратами в оборудование и электрические сети. Используя основное преимущество электроэнергиивозможность гибкого регулирования режимов работы приборов, можно достичь существенного снижения расхода электроэнергии при незначительном увеличении установленной мощности теплогенерирущего оборудования. Это, прежде всего, возможность осуществления прерывистого режима подачи тепла в помещение со снижением температуры в ночные часы, о чем было сказано в гл. 2.

По сравнению с изложенными преимуществами и недостатками систем электроотопления непрерывного действия системы с прерывистой подачей тепла дают существенную экономию расхода электроэнергии, что позволяет сделать некоторые дополнительные выводы в пользу систем электроотопления:

— системы электроотопления с прерывистой подачей тепла и снижением температуры в помещении в ночные часы обеспечивают., помимо экономии приведенных затрат, и снижение расхода первичного топлива практически до расходов топлива угольными котельными, а при малой теплопроизводительности систем-до 80 $ от расхода угольными котельными. Этим ликвидируется основной недостаток электроотопления — перерасход первичного топлива;

— экономия первичного топлива в системах электроотопления с ТАЭП возрастает для зданий, в которых размещены предприятия с непродолжительным режимом работы;

— использование ТАЭП в ночном режиме позволяет рассматривать их в качестве потребителей-регуляторов нагрузки энергосистемы, Внедрение систем электроотопления в пределах имеющегося резерва пропускной способности элементов сетей за счет снижения ночью нагрузки сельских жилых домов и коммунальных предприятий положительно сказывается на экономических показателях выработки и передачи электроэнергии, что, строго говоря, также может быть отнесено к прямой экономии при сравнении вариантов теплоснабжения в пользу варианта с ТАЭП;

— при проектировании и строительстве зданий общественного назначения в сельской местности при отсутствии в поселках системы централизованного теплоснабжения целесообразно, наряду с вариантом традиционной системы с угольными котельными, рассматривав вать и вариант электротеплоснабжения на базе теплоаккумуляционных приборов с обеспечением снижения температуры внутри посещения в ночные и нерабонинаннсы. При этом для зданий с часовыми расчетными теплопотерями до 30−50 тыс. ккал/ч и работой системы отопления с расчетной температурой внутри помещения не более 14−16 часов в сутки в климатических зонах с минимальной расчета ной температурой до -25°С можно рекомендовать системы теплоснабжения от ТАЭП с прерывистой подачей тепла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные в рамках диссертационной работы исследования, существо которых изложено выше, позволили сделать следующие основные выводы.

1. Реализация принятых Центральным Комитетом Коммунистической Партии СССР и Советом Министров СССР решений по повышению уровня коммунально-бытового, торгового, культурного, медицинского обслуживания сельского населения страны требуют на селе массового строительства зданий общественного назначения. При этом в некоторых случаях здания общественного назначения должны иметь относительно небольшой объем. Учитывая, что в небольших населенных пунктах, как правило, нет источников поселкового теплоснабжения, технико-экономически целесообразно предусматривать в общественных обособленно стоящих зданиях единый энергетический ввод и применение теплоаккумуляционного электрического отопления (ТАЭП) со снижением температуры воздуха в помещении в ночные часы.

Работа системы теплоаккумуляционного отопления в ночном режиме позволит повысить равномерность суточного графика электрических нагрузок энергосистем и, тем самым, повысить экономические показатели выработки и распределения электроэнергии.

2. Проведенная оценка тешюаккумулирующих характеристик общественных зданий сельских населенных мест на примере магазина по типовому проекту ТП 66−2 показала техническую возможность применения ТАЭП. Показано, что наиболее целесообразной является система с прерывистой подачей тепла и наличием устройств, обеспечивающих натоп помещения. л?

3. На основе исследования применения ТАЭП для отдельно стоящих общественных зданий на селе шказано, что границей применения ТАЭП при отапливаемой площади здания до 150−200 м и существующем уровне термического сопротивления ограждающих строительных конструкций является климатическая зона с расчетной зимней температурой не ниже -20 * - 25 °C.

С целью расширения зон целесообразности применения ТАЭП оценена эффективность увеличения термического сопротивления здания за счет уменьшения площади остекления, применения тройного остекления и специальных теплозащитных штор.

4. Проведенные исследования графиков электрических нагрузок коммунально-бытовых потребителей и элементов распределительных электрических сетей в сельской местности для различных районов страны показали неравномерность потребления электроэнергии с явно выраженным максимумом в утренние и вечерние часы и со спадом нагрузки в ночные и, как правило, в дневные часы суток. Установлена продолжительность спадов графиков нагрузки: ночью от 6,5 до 7,5 часов, днем — от 2 до 2,5 часов.

5. Для сельских населенных пунктов с численностью населения до 300 человек (~ 100 домов) и 500−600 человек С ~200 домов) ночной резерв пропускной способности распределительных линий 0,4 кВ только от снижения нагрузки в жилых домах составляет соответственно в среднем 50−100 кВт, а дневной -15−30 кВт и 25−50 кВт. С учетом ночного снижения нагрузки коммунальнообщественных зданий и предприятий ночной резерв пропускной способности линий 0,4 кВ составляет для сел с населением до 300 человек — 37−67 кВт, а для сел с населением 500 600 человек — 70−120 кВт.

6. Мощность предложенной системы электротеплоснабжения для сел с населением до 500 человек находится в пределах ночного резерва пропускной способности электрической сети 0,4 и 10 кВ. Это потребует дополнительных капитальных затрат только на усиление отдельных участков распределительной сети 0,4 кВ.

При определении резерва мощности трансформаторов следует учитывать величину из реальной загрузки в ночные и дневные часы. Внедрение предложенной системы электротеплоснабжения отдельно стоящих зданий общественного назначения с общей площадью отапливаемого помещения до 150−200 м в селах с числом жителей до 500 человек, в электрических сетях, сооруженных в последние 10−15 лет, как правило, не потребует замены силового трансформатора, если его установленная мощность составляет 150 и более кВ.А.

7. Разработана инженерная методика расчета параметров ТАЭП, предназначенных для отдельно стоящих общественных зданий сельской местности. На основе указанной методики созданы программа и алгоритм расчета параметров ТАЭП на ЭВМ.

8. На основе технического задания на ТАЭП экспериментальный завод ВНИИЭТ0 изготовил образец электрической печи, которая установлена и эксплуатируется в магазине поселка Дорохово.

На ТАЭП получено три авторских свидетельства на изобретение.

9. Предложен режим работы ТАЭП с электрокалорифером, являющимся источником теплоты для режима дежурного отопления и режима натопа. Это позволило снизить мощность и стоимость ТАЭП. Проведена экспериментальная проверка выбранных параметров ТАЭП и режима её работы, которая подтвердила правильность принятых решений.

10. Выполненные технико-экономические оценки различных вариантов отопления зданий общественного назначения в сельской местности показали, что для систем малой теплопроизводительности (до 35- 50 кВт) наиболее экономичным является вариант ТАЭП с доводчиком. Реализация указанной системы обеспечивает снижение приведенных затрат в 2 раза по сравнению с вариантом, получившим наибольшее распространение в настоящее время в сельской местности — с встроенными угольными котельными. Удельная сто-мость энергоносителя ниже на 24%, а годовые затраты ниже на 10%, чем в варианте с угольной котельной.

Экономичность варианта с ТАЭП в значительной мере связана с высвобождением обслуживающего персонала, что подтверждает правильность решения поставленной задачи по высвобождению рабочей силы для нужд сельскохозяйственного производства.

Удельный расход топлива во всех электрических вариантах остается выше, чем для угольных котельных. Однако для котельных малой производительности экономия угля определяется по сравнению с электрическим вариантом в 3−5%, С учетом возможности применения для питания ТАЭП ночной электроэнергии замыкающие затраты при варианте ТАЭП ниже, чем в варианте угольной котельной. При учете перспективных цен на топливо и электрическую энергию электрические системы, работающие в часы провала графика нагрузки, обеспечивают экономию расходов на энергоноситель по сравнению со стоимостью угля в 2 и более раза.

II. Системы электроотопления с прерывистой подачей тепла и снижением температуры в помещении в ночные часы обеспечивает помимо экономии приведенных затрат и снижение расхода первичного топлива практически до расходов топлива угольными котель ными, а при малой теплопроизводительности системы и на 20 $ ниже, чем в варианте угольной котельной. Этим ликвидируется основной недостаток электроотопления — перерасход первичного топлива.

12. Использование ТАЭП в ночном режиме позволяет рассматривать их в качестве потребителей-регуляторов нагрузки энергосистемы. Внедрение систем электротеплоснабжения в пределах имеющегося резерва пропускной способности элементов электрических сетей за счет снижения ночью нагрузки сельских жилых домов и некоторых производственных и коммунальных потребителей положительно скажется на экономических показателях выработки и передачи электроэнергии, что, строго говоря, также может быть отнесено к прямой экономии при сравнении вариантов систем теплоснабжения.