Економне опалення
Враховуючи складну ситуацію з енергоресурсами та цінами на нафту і природний газ, енергозбереження й енергоефективне використання енергії є метою державної політики України, що визначає життєвий добробут населення. У зв'язку з цим все більше споживачів поступово відмовляється від газу і переходить на електроопалення.
Згідно з інформаційними даними НКРЕ, електроенергію в Україні виробляють:
Споживання електроенергії в Україні на період до 2030 року досягне 400 млн кВт-год. Донедавна споживання електричної енергії для опалення часто зустрічало різкі заперечення енергетиків: більшість електростанцій, включно з атомними, - це теплові станції; коефіцієнт корисної дії (ККД) перетворення теплової енергії в електричну становить близько 40%. Отже, головний аргумент проти електроопалення - низький ККД перетворення різних видів енергії (переважно енергії органічного палива) в електричну. Але на користь електричного опалення свідчать такі факти:
за тризонними тарифами, диференційованими за періодами часу:
Все це добре відомо енергетикам, і тому організаціям, які генерують і транспортують електроенергію, вигідне рівномірне навантаження енергосистеми. Оскільки вночі має місце спад енергоспоживання, енергетики застосовують тарифні пільги, які стимулюють споживання в ці години. Від 1996 року в Україні діє зонний тариф на електроенергію за періодами часу, який покликаний зацікавити і споживача (у використанні дешевої позапікової електроенергії), і виробника електроенергії, оскільки це сприяє вирівнюванню добових графіків споживання електроенергії. Тому теплопостачання за низьким (нічним) тарифом на електроенергію є одним з найбільш вигідних факторів. Це стало можливим з використанням електричних апаратів, що накопичують теплову енергію. Такими апаратами є електричні теплоакумуляційні обігрівачі, які дають змогу поєднувати інтереси виробників, постачальників та споживачів електроенергії.
Розмір тарифів на електроенергію для населення, що діють з 1 лютого 2011 року, становить 32 коп./кВт-год. Розрахунки зі споживачами за наявності окремого обліку споживаної електроенергії виконуються:
Зазначимо, що основна частина енергії, яка споживається населенням, витрачається на обігрів приміщень. Отже, вночі вигідно застосовувати електричну енергію для обігріву. При цьому джерело тепла повинен мати здатність за час дії пільгового тарифу віддавати тепло і одночасно запасати певну кількість теплової енергії з тим, щоб в наступний час обігрівати приміщення, не споживаючи електроенергії з мережі, тобто опалювальний прилад повинен бути теплоакумулювальним. Такі опалювальні прилади, вирівнюючи добове споживання електроенергії, підвищують ефективність роботи енергосистеми. Під тепловою акумуляцією розуміють фізичні й хімічні процеси, за допомогою яких відбувається накопичення теплової енергії в акумуляторі. Відомі такі способи акумуляції [1]:
Акумуляція явної теплової енергії найбільш поширена і здійснюється за рахунок використання теплоємності твердого або рідкого теплоакумулювального матеріалу при його нагріванні. Це пов'язано головним чином з використанням недорогих матеріалів і простих, перевірених технічних рішень. Обсяг акумульованої енергії пропорційний еквівалентній питомій теплоємності середовища, в якому запасається енергія, масі цього середовища та граничній температурі, до якої вона нагрівається. Питома теплоємність визначається хімічними параметрами речовини. Обмеження на рівень максимальної температури накладають вимоги до термостійкості використовуваних матеріалів, надійності роботи комплектуючих та дотримання санітарно-гігієнічних норм. Збільшення маси акумулювального апарату створює ряд незручностей при транспортуванні й монтажі та неминуче веде до збільшення габаритів. Іншими словами, необхідно домогтися високих питомих тепломасогабаритних характеристик апарату. Кількість теплової енергії, яка акумулюється, визначається за формулою [2]: 0 = т<-(їг - і) (1) де:0 - акумульована теплова енергія, Дж; т - маса акумулювального ядра, кг; с - питома теплоємність акумулювального ядра, Дж/(кг К); і, - кінцева температура нагріву, °С; і1 - залишкова температура нагріву, °С. Отже, питома акумулювальна здатність дорівнює: q = 0/т = с-(їг - д, (2) де: q - питома акумулювальна здатність, Дж/кг. Однією з кращих теплоакумулювальних речовин, завдяки своїй доступності, дешевизні, нешкідливості для навколишнього середовища і великий питомої теплоємності (4,2 кДж/кг-К), є вода. Однак в умовах нормального атмосферного тиску воду можна нагріти без небезпеки закипання тільки до температури 95°С і, якщо температура наприкінці охолодження становить, наприклад, 45°С, то отримуємо: q = 4,2-(95 - 45) = 210 кДж/кг = 60 Вт-год/кг. Для акумулювання тепла можуть використовуватися і метали, природні та штучні кам'янисті породи, хімічні сполуки тощо. Їх питома теплоємність менша, ніж у води, і коливається зазвичай в межах від 0,5 кДж/(кг-К) до 2 кДж/(кг-К), але їх можна нагрівати до більш високої температури (в деяких випадках до 600°С). Питома акумулювальна здатність таких матеріалів, залежно від питомої теплоємності і допустимої температури нагріву, коливається зазвичай в межах від 50 Вт-год/кг до 600 Вт-год/кг. На рисунку 1 наведено порівняльні залежності питомої акумулювальної здатності деяких матеріалів від температури. Опції 1, 3 побудовані з використанням табличних даних [1], функція 2 побудована за дослідними даними для нового екологічно чистого матеріалу, розробленого на підприємстві спеціально для тепло- акумулятора [3]. |
|
|
Рис. 1. Щільність енергії, накопичуваної теплоакумулювальним ядром
Теплоакумулятор складається з теплоакумулювального ядра 1, виготовленого із високоякісного композитного матеріалу з високою акумулювальною здатністю. В центральній частині ядра розташовані трубчасті електричні нагрівачі 2. Теплоакумулювальне ядро закріплене в металевому корпусі. Простір між ядром і корпусом заповнено високоефективної теплоізоляцією 3. У просторі між внутрішніми і зовнішніми стінками блоків акумулювального ядра виконано канали для знімання акумульованої теплової енергії шляхом примусової конвекції повітря за допомогою електровентилятора 4. У нижній частині знаходиться змішувач холодного і гарячого повітря 5. | |
Рис. 2. Принципова схема електротеплоакумулятора
Коли вентилятор включається, кімнатне повітря спрямовується в теплоакумулятор, нагрівається і, змішуючись з холодним на виході, рівномірно надходить до приміщення теплим горизонтальним потоком. Вентилятор автоматично керується кімнатним термостатом, встановленим в одному приміщенні з акумулятором. Дуже низький рівень випромінювання тепла здійснюється через корпус. Корпус теплоакумулятора виконаний зі сталі і покритий порошковою фарбою RAL 9609. Приємний колір і висока якість покриття уможливлюють застосування теплоакумуляторов як у службових, так і в житлових приміщеннях. Обсяг заряджання задають вручну залежно від зовнішньої температури. На рисунку 3 наведена принципова схема електротеплоакумулятора, що використовується в помешканях з водяною системою опалення. В ньому за рахунок гарячого повітря нагрівається теплоносій. |
|
Рис. 3. Принципова схема електротеплоакумулятора для водяної системи
Характеристики акумулювального ядра:
Температура нагріву ядра, враховуючи теплостійкість і допустиму температуру нагрівання матеріалів теплоакумулятора, не перевищує 600°С, що, у разі кінцевої температури охолодження і t1 = 100°С, дає питому акумулювальну здатність 210 Вт-год/кг. Обсяг енергії, яка запасається, визначається завчасно відповідно до очікуваної зовнішньої температури повітря і встановлюється регулятором зарядки.
Висновки.
|
|
ЛІТЕРАТУРА
1. Бекман Г. Тепловое аккумулирование энергии. - М.: Мир, 1987. - 272 с.
2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1975. - 495 с.
3. Беліменко С.С. Електротеплоакумуляційні нагрівачі - шлях до енергонезалежності України // Праці Інституту електродинаміки НАНУ. - К., 2006. - Спеціальний випуск. - С. 80-83.