Технические науки/5. Энергетика

Мехтиев А.Д., Оразгалиев Г.Ш., Югай В.В., Белик Г.А., Алимов М.Ш.

Карагандинский государственный технический университет

Пути модернизации систем ЖКХ Казахстана с
использованием электрических вакуумных радиаторов

Рост потребления энергоресурсов сопряжён с экологической проблемой, напрямую связанной с загрязнением окружающей среды и истощением минеральных ресурсов. Существует острая по необходимость сокращения выбросов СО₂. Игнорируя эти обстоятельства, человечество может оказаться на пороге глобальной катастрофы. Что бы избежать возможных последствий, необходимо уделить внимание развитию энергосберегающих технологий и их использованию в сфере энергетики. Это позволит обеспечить решения важных научных задач оптимального и рационального энергопотребления, а на практике реализоваться принцип сокращения потерь энергии при ее производстве, транспортировке и в процессе потребления. Рациональнее сократить потерю одного киловатт/час выработанной энергии, чем его выработать, особенно это обстоятельства касается систем теплоснабжения городов и населенных пунктов.

Нет необходимости доказывать актуальность использования технологий энергосбережения в системах тепло и энергообеспечения жилых зданий и промышленных сооружений, так как они уже реализуется в различных устройствах повсеместно на практике. Примерно до 60 % энергопотребления городов в зимний период ложиться на системы теплоснабжения.

На сегодняшний день в Казахстане системы теплоснабжения работают за счет сжигания на тепловых станциях каменного угля и нагрева воды, которая является теплопередающей средой и циркулирует в тепловых магистралях и обеспечивает работу приборов отопления жилых помещений. Теплоносителю приходиться преодолевать расстояния в десятки километров от тепловой станции до радиаторов отопления в жилых помещениях. При значительной протяженности магистральных и внутриквартальных тепловых сетей и удаленности тепловой станции потери тепловой энергии, с учетом утечек и неудовлетворительной тепловой изоляции трубопроводов, составляют 30-40%. Не маловажным фактором являются затраты электроэнергии на работу насосов с энергоемкими приводами, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя в системе и поддержание его рабочих параметров [1].

С учетом вышесказанного слагается необходимость в создании новой концепции по построению систем теплоснабжения, которые способны значительно сократить энергопотребление. Основным звеном этой системы является энергосберегающий радиатор с эффективным теплоносителем. Работа энергосберегающего радиатора (ЭР) основана на использовании внутренней энергии эффективного теплоносителя при минимальных затратах электроэнергии для обеспечения необходимых теплотехнических параметров. Основной целью внедрения автономного ЭР с эффективным теплоносителем в системы теплоснабжения, является возможность значительно сократить потребление энергии на отопления жилых помещений. Можно привести множество положительных доводов касающихся использования электрокотлов, но использование электрического тока для обогрева жилых помещений на сегодняшний день, будет обходиться дороже использования каменного угля. Так же немаловажным фактором является перегруза электросети и создания возможности повреждения кабельной линии. Но забегая вперед, необходимо отметить, что система теплоснабжения с ЭР для жилого помещения не имеет энергоёмкого электрокотла, системы трубопроводов и циркуляционного насоса. В качестве прибора отопления используется стандартные радиаторы с созданным вакуумом во внутренней полости, изготовленные из алюминия, чугуна или стали, что в принципе неважно, которые наполненные эффективным теплоносителем. В качестве источника для нагрева теплоносителя и его активизации, используется электронагреватель работающий от сети 220 В. Тогда у оппонентов возникает вопрос, разве эта система может быть экономична, ведь промышленностью серийно выпускаются различные типы электронагревателей, к примеру масленый электрорадиатор состоящий из 8 секций способен обогреть помещение примерно площадью 16 м², при это энергозатраты составят около 2 кВт/час. Но энергосберегающий радиатор при тех же рабочих теплотехнических параметрах потребляет 200 Вт. Вся эффективность работы системы кроется в активизации теплоносителя и получение тепловой мощности за счет использования внутренней энергии рабочего вещества. Конструктивно прибор отопления выполнен как обычный масленый радиатор, но внутри него не протекает нагретая вода, там создается вакуум и эффективный теплоноситель (кристаллообразное вещество), которое нагревается электротеном мощностью 200 Вт. Для повышения эффективности работы ЭР оснащается внешними и внутренними температурными датчиками, подключенными к термореле. Это конструктивное решение позволяет выполнять контроль температуры нагрева рабочих поверхностей ЭР по внешним и внутренним тепловым параметрам и обеспечивает его экономичный режим работы устройства. Внешний температурный датчик обеспечивает контроль температуры внутри помещения и не допускает ненужную работу при нормальной внутрикомнатной температуре, а внутренний контролирует нагрев теплоносителя и не допускает его перегрева. При этом рабочая температура такого прибора не превышает допустимые 80⁰ С, но остается способность обогревать одной секцией радиатора 2 м² жилого помещения при затратах электроэнергии до 0,05 кВт/час. Хочется отметить несколько положительных факторов повышающих показатели надежности работы ЭР, это отсутствие: циркулирующего под давлением рабочей жидкости; жёсткой привязки к системе трубопроводов; практически нулевая вероятности износа проточной части и возникновения утечки; отсутствие подвижных и вращающихся частей; циркуляционного насоса. Примерный ресурс работы данной системы составляет около 15-20 лет без дозаправки. Все эти обстоятельства позволяют построить позволяют разработать полностью автоматизированную интеллектуальную систему с низким энергопотреблением и высокой эффективностью работы.

Конструктивно электрический энергосберегающий радиатор схож с водными радиаторами отопления, во внутренней полости которого создан вакуум, для активизации эффективного теплоносителя используется электронагреватель. Хочется отметить следующее важное обстоятельство, что ЭР, полностью автоматизированное и не требует ручного управления, контроль температуры в помещении и внутри прибора осуществляется при помощи встроенного полупроводникового температурного реле. Конструктивное исполнение прототипа энергосберегающего радиатора отопления, приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Энергосберегающий радиатор

Проведенные многочисленные исследования рабочих параметров данного устройства позволили достигнуть эффективности технических показатели работы ЭР, оптимизировать форму и конструктивное исполнение электронагревателя с термокамерой, конвективных каналов поверхности нагрева, внутренней полости ребра, а так же химическую формулу теплоносителя. Наилучший результат работы данной системы достигается при наличие вакуума во внутренней полости ЭР, при этом возрастает скорость набора рабочей температуры и равномерность нагрева конвективных поверхностей прибора.