Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Совершенствование промышленных зданий

Пути снижения энергетических затрат при эксплуатации промышленных зданий


Пути снижения энергетических затрат при эксплуатации промышленных зданий

В последнее время как в нашей стране, так и за рубежом огромное внимание уделяется вопросам экономии энергии. Основанием к тому послужило удорожание некоторых видов энергоресурсов, вызванное изменением условий их добычи, возможным в недалеком будущем исчерпанием соответствующих объему потребления запасов.

В нашей стране увеличение стоимости энергоресурсов может быть объяснено перемещением основной добычи нефти и газа в отдаленные районы Западной Сибири и ухудшением горно-геологических условий при добыче твердого топлива и в первую очередь в европейской части СССР

Если за 1971—1975 гг. средние приведенные затраты на 1 т добычи принять за 100%, то в 1976—1980 гг. на месторождениях Западной Сибири они по ориентировочным расчетам составляли: на Самотлорском месторождении — 161%, Правдинском — 159%, Мамонтовском — 129%, Советском — 192%, Федоровском — 159%. Это отразилось прежде всего на росте себестоимости добычи основных видов топлива, производства электрической и тепловой энергии. При этом,по данным ЦСУ, оптовые цены промышленной продукции в среднем остались неизменными.

В перспективе тенденция роста удельных затрат на добычу топливных ресурсов, особенно на природный газ и нефть, сохранится. Важным фактором удорожания явился освоение более мелких и сравнительно малодебитных месторождений, а также переход в более удаленные и менее удобные районы.

В настоящее время и в обозримом будущем стоимость жидкого топлива значительно выше, чем стоимость добычи угля.

Повышение цен на электроэнергию происходит значительно медленнее, чем на углеводородистое топливо. В дальнейшем, когда ядерные источники энергии будут играть более заметную роль, чем в настоящее время, следует ожидать стабилизации или даже снижения стоимости электроэнергии при росте цен на нефть и газ. В связи с этим особое внимание заслуживает проблема 'расширения использования электроэнергии.

Как известно, промышленные здания являются потребителями электроэнергии (освещение, вентиляция и кондиционирование) и большими потребителями тепла низкого давления (отопление, горячее водоснабжение и т. д.) (табл. 82).

Если источником электроэнергии являются электростанции, работающие на любом виде топлива, то источником тепла низкого давления в основном являются котельные, которйе работают на газомазутном топливе.

Таким образом, экономия энергоресурсов не может исчисляться в обезличенной форме. Замена жидкого топлива ядерной энергией и дешевым углем означает реальную экономию, даже если суммарный физический расход энергии несколько возрастает.

Таким образом, экономное расходование топливных и сырьевых ресурсов является первоочередной и важнейшей проблемой. Из таблицы видно, что основными источниками экономии энергетических затрат являются улучшение изоляции в строительстве и вторичное применение использованного тепла.

В соответствии с этими тенденциями в зарубежных странах в последние годы произошло изменение нормативных документов, регламентирующих теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий. Так, в ФРГ, в соответствии с принятым в 1976 г. законом, средний коэффициент теплопередачи всех наружных стен (с учетом оконных и дверных проемов) не должен превышать 1,86 Вт/(м2 • К). В США экономия энергетических ресурсов реализуется за счет усовершенствования систем цен на различные виды топлива. Например, увеличение стоимости 1 кВт • ч электроэнергии в Нью-Йорке до 7 центов вынудило администрацию фирмы «Эксон Корпорейшен» принять меры по дополнительной теплоизоляции строительных конструкций зданий, которая снизила затраты электроэнергии на 30%. В 1977 г. в США был разработан стандарт, в соответствии с которым проектирование ограждающих конструкций

Еще в 1972 г. сотрудниками отдела строительства исследовательских организаций в Мельбурне (Австралия) предложен метод расчета экономически целесообразной теплоизоляции зданий с применением ЭВМ, позволяющий оценить влияние ограждающих конструкций, систем освещения, отопления и охлаждения воздуха на экономическую характеристику здания. В результате оптимизации теплового баланса конторского многоэтажного здания удалось снизить приведенные затраты на 30%, при этом толщина теплоизоляции покрытия увеличилась на 29%, стоимость всех ограждений возросла на 10%, а стоимость инженерного оборудования здания снизилась на 20% и эксплуатационные затраты уменьшились на 37%.

В практике отечественного строительства нормирование теплозащитных качеств ограждающих конструкций осуществляется исходя из двух принципов.

В соответствии с первым принципом теплозащита, создаваемая ограждающими конструкциями, должна обеспечивать нормальные санитарно-гигиенические условия для трудовой деятельности человека в производственных помещениях при соблюдении требований, предъявляемых технологическими процессами. В соответствии с этим не допускается выпадение конденсата на внутренних поверхностях ограждений и ограничивается интенсивный лучистый теплообмен обитателей помещений с этими поверхностями. Недопустимость выпадения конденсата обосновывается тем, что он способствует повышению влажности ограждений, появлению плесени и других нежелательных явлений. Увлажнение конденсатом увеличивает теплопроводность материалов, снижает их прочность и долговечность. Во многих производственных помещениях выпадение конденсата на ограждениях, и особенно на потолке, ведет к повышению брака выпускаемой продукции. Что касается лучистого теплообмена, то его нормирование в производственных помещениях осложняется наличием в ряде производств излучающего теплооборудования. Можно отметить, что для нормирования теплозащитных качеств наружных ограждений производственных помещений с учетом интенсивности лучистого теплообмена пока еще нет достаточно убедительных и научно обоснованных данных.

В соответствии со вторым принципом нормами ограничивается количество тепла, теряемого ограждениями в отопительной период. В последние годы нормирование потерь тепла осуществляется исходя из минимума приведенных затрат, объединяющих единовременные затраты на возведение здания и текущие — на его эксплуатацию.

Сумма (Сх + С2Ен) зависит, как известно, от расходов на отопление, которые в свою очередь определяются климатическими условиями в районе строительства, стоимостью энергии в районе строительства, а также затратами на устройство системы отопления. Величина суммы затрат (Sj + S2Eн) зависит от стоимости устройства ограждающих конструкций и текущих расходов на их эксплуатацию. Зависимость стоимости стен и покрытий (в ценах 1984 г.) от величины сопротивления теплопередаче приведена на рис. 44. Нетрудно видеть, что стоимость конструкций из традиционных материалов по мере увеличения R растет быстрее, чем легких. В покрытиях это объясняется значительным увеличением толщины таких утеплителей, как керамзитовый гравий или пенобетон, и связанные с этим увеличением расходы на несущие конструкции. В стенах увеличение расхода сравнительно дешевого утеплителя приводит к уменьшению в общей стоимости конструкций доли, приходящейся на относительно дорогие металлические облицовки.

Важное значение в повышении теплотехнических свойств ограждений имеет повышение теплотехнических свойств материалов. Так, снижение коэффициента теплопроводности легких бетонов за счет уменьшения их объемной массы в ряде случаев (когда это позволяет прочность материала) обеспечивает повышение теплотехнических свойств ограждений без изменения конструктивного решения.

Расчеты, выполняемые в соответствии с формулой (16), показывают, что с увеличением стоимости энергии значение Rэк для различных конструкций растет по-разному.

Важно также подчеркнуть, что для различных географических районов страны соотношение стоимости строительных конструкций и энергии, расходуемой на обеспечение требуемых параметров микроклимата в производственных помещениях, различно.

В экономии тепла в производственных зданиях важное значение имеет качество конструктивного решения ограждений. Так, в зависимости от климатического района строительства и конструктивного оформления стыка стен на нагрев холодного воздуха, фильтрующегося через 1 м стыка, может потребоваться от 10 до 400% тепла, расходуемого на компенсацию теплопотерь через 1 м2 глухого участка стены.

Не менее важное влияние на величину теплопотерь и эффективное использование энергии в здании имеет вопрос организации освещения. Практика строительства показывает, что высокое качество естественного освещения не может быть достигнуто только путем увеличения площадки световых проемов.



Рис. 1. Зависимость стоимости ограждающих конструкций от сопротивления теплопередаче.




Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности легкого бетона Л, от его плотности у




Рис. 3. Зависимость отношения экономического сопротивления




Рис. 4. Изменение требуемого (/) и экономического (//) сопротивления теплопередаче в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха t для традиционных покрытий в городах
1 — Сочи; 2 — Баку; 3 — Симферополь; 4 — Калининград; 5 — Ставрополь; 6 — Ашхабад; 7 — Владивосток; 8 — Астрахань; 9 — Ростов-на-Дону; 10 — Харьков; 11 — Волгоград; 12 — Ташкент; 13 — Ереван; 14 — Горький; 15 — Хабаровск; 16 — Оренб>рг; /7 —Уфа; 18 — Магадан; 19 — Свердловск; 20 — Павлодар; 21 — Тюмень; 22 — Новосибирск; 23 — Красноярск; 24 — Норильск; 25 — Якутск

Расчетами установлено, что при боковом освещении для обеспечения в производственных помещениях коэффициента естественного освещения Ке.0, равного 1%, высота ленточного остекления для зданий, расположенных в центральных районах, должна составлять 3,2 м. В южных районах эта величина может быть снижена до 2,6 м. Для обеспечения при боковом освещении максимального значения Ке.0 — 3,5%, высота ленточного остекления должна приниматься равной 5,8 м. Соотношение площади остекления к площади пола при нормируемом значении Ке.0 в 1 и 3,5% должно соответственно составлять не более 9 и 16%, а отношение площади остекления к глухой части стены — 17 и 38%. Действующие строительные нормы предусматривают возможность снижения площади остекления против расчетных значений до 25% за счет применения совмещенного освещения. Натурные обследования производственных зданий показывают, что в последнее время наблюдаются частые случаи неоправданного завышения (в 1,5—3 раза) площади световых проемов стен против требуемого по расчету. Это приводит к увеличению стоимости строительства и расходов на эксплуатацию зданий. Расчеты показывают, что капитальные затраты на устройство глухой части стены, одинарного и двойного остекления и с учетом приведенных затрат на санитарно-техническое оборудование соответственно составляют 20, 30 и 35 руб/м2. Устройство окон обходится в 1,5—1,75 раза дороже устройства глухой части стены. Удорожание зданий при увеличении площади остекления объясняется большими единовременными затратами на устройство систем отопления и вентиляции, которые рассчитываются и проектируются с учетом дополнительных теплопотерь через окна зимой и перегрева помещений летом. Излишняя площадь остекления приводит и к увеличению (в 2—4 раза) эксплуатационных расходов на капитальный и текущий ремонты, очистку остекления, отопления и вентиляцию.

Непосредственное влияние не свето- и теплотехнические характеристики микроклимата помещений оказывают не только размеры световых проемов окон, но и количество слоев остекления. Уровень освещенности помещений может быть повышен за счет увеличения размеров окон, однако это ведет к повышению теплопотерь. Последние могут быть значительно снижены, если использовать конструкции с большим числом слоев остекления, однако при этом возрастает стоимость окон и снижается их световая активность.

Комплексные исследования области применения окон с двойным и тройным остеклением, выполненные с учетом условий освещенности, температурно-влажностного режима, климатических особенностей района строительства и стоимости тепло- и электроэнергии позволили установить, что приведенные затраты на устройство окон с тройным и комбинированным (двойным и тройным) остеклением выше, чем на окна с двойным остеклением. В зависимости от расчетных температур наружного воздуха, высоты производственного помещения и вида остекления разница в приведенных затратах на окна с двойным, тройным и комбинированным остеклением составляет от 7 до 26%. Таким образом, при действующем в настоящее время уровне цен на энергию и строительные материалы дополнительные расходы на топливо для компенсации потерь тепла через окна при двойном остеклении оказались более низкими по сравнению с дополнительными затратами на устройство третьего слоя остекления.

Экономное расходование энергии зависит от рационально запроектированного верхнего естественного освещения. Так, целесообразно устанавливать светоаэрационные прямоугольные фонари с двухъярусным остеклением в зданиях с пролетом менее 36 м при тепловыделениях менее 84 кДж/(м3 • ч). При расчетной температуре наружного воздуха ниже —25 °С применение светоаэрационных прямоугольных фонарей неэффективно.

Для естественного освещения производственных зданий, в которых технологические выделения явного тепла составляют менее 85 кДж/(м3 • ч), рекомендуется применять зенитные фонари.

Пл щадь световых проемов зенитных фонарей в помещениях не должна превышать 7—10% площади пола в зависимости от разряда зрительных работ.

В производственных помещених с содержанием аэрозолей (пыли и влаги) в воздухе более 10 кг/м3 необходимо запретить применение светоаэрационных и зенитных фонарей для освещения. При проектировании естественного освещения с помощью зенитных фонарей в зданиях, расположенных в районах с расчетной температурой ниже —30 °С, следует преимущественно применять точечные конструкции, не имеющие стыков и мостиков холода в элементах светопропускающего заполнения. Как показали расчеты, вышеуказанное ограничение применения светоаэрационных фонарей может дать экономию не менее 13,4 млн. ГДж теплоты в год.

Нужно отметить, что экономия энергии в процессе эксплуатации зданий может и должна обеспечиваться не толь-но за счет повышения теплотехнических качеств ограждающих конструкций, но и за счет других проектных решений. Рациональное размещение предприятий в системе города может обеспечить пешеходную доступность работающих и экономию энергетических ресурсов, расходуемых на городской транспорт. Между тем рядом проектных организаций допускается неоправданное удаление безвредных в санитарном отношении предприятий от селитебной части города. Так, например, в Тобольске предприятия стройиндустрии и автотранспортного хозяйства с общим количеством работающих около 10 тыс. человек размещены на расстоянии 4 км от селитебной территории, что превышает нормативно-защитную зону в 40 раз. База стройиндустрии в Старом Осколе размещена на расстоянии 10 км с превышением нормативных требований в 100 раз.

В Волгодонске многие безвредные в санитарном отношении предприятия пищевой промышленности, бытового обслуживания населения, автотранспортного хозяйства вынесены из селитебной в складскую зону с превышением санитарно-необходимого разрыва в 30—40 раз.

Весьма важным направлением в экономии энергоресурсов на эксплуатации зданий является сокращение площади наружных ограждающих конструкций, приходящейся на единицу площади производственного здания. В этой связи приобретает значение оптимизация формы здания в плане.

В практике часто встречаются промышленные здания неоправданно усложненной в плане формы, с большим числом выступающих и западающих частей, а также здания узкие и протяженные, с некомпактными соотношениями сторон в плане. Превышение количества наружных ограждений на единицу площади здания по сравнению со зданиями компактной формы достигает 20%.

В настоящее время высота вспомогательных помещений принимается равной 3,3 или 3,6 м, а в отдельных случаях составляет 4,2 м. Анализ практики эксплуатации вспомогательных зданий говорит о том, что в этих зданиях наряду с высотой 3,3 м может быть допущена высота 3 м, а при применении номенклатуры бескаркасных конструкций, применяемых в крупном жилищном строительстве, — высота 2,8 м.

Важное значение в экономии энергетических ресурсов имеет правильное использование систем отопления производственных помещений и рабочих мест. В цехах, где число работающих незначительно, можно отказаться от устройства отопления в полном объеме и применять в них неутепленные наружные ограждения. На местах постоянного пребывания людей на участках, опасных с точки зрения замерзания технологических трубопроводов при отрицательных температурах воздуха в помещении, могут использоваться системы местного отопления с нагревательными приборами — инфракрасными излучателями. В качестве примера может служить отопление цеха непрерывного литья стали, где зимние тепловыделения превышают тепло-потери здания. Экономия тепла по этому цеху составляет 35 112 ГДж/год.

В ряде цехов со значительными избытками тепла от тепловыделения технологического оборудования или остывающего металла превышают теплопотери зданий в зимнее время в 3—5 раз. Нагретый воздух поднимается в верхнюю зону, где его температура достигает 60—80 °С. На рабочих площадках, удаленных от источников тепловыделений, температура воздуха приближается к наружной. Выявлена возможность обогрева холодных зон цехов за счет имеющихся тепловыделений путем принудительной подачи нагретого воздуха из верхней зоны в рабочую вертикальными струями.

Тепловые вторичные энергоресурсы (ВЭР), образующиеся при промышленном производстве, представляют важный резерв, который может быть использован для теплоснабжения зданий. Учтенное количество тепловых ВЭР составляет 1 млрд. ГДж/год, что эквивалентно затратам 50 млн. т. усл. топлива, а общий выход тепловых ВЭР, включая средние и низкотемпературные, может быть оценен порядка 5 млрд. ГД/ж год, что превышает потребность в тепловой энергии системы отопления и вентиляции всех промышленных и гражданских зданий.

Положительный опыт использования ВЭР имеется в ряде предприятий страны. Так, например, опыт использования ВЭР на Волховском алюминиевом заводе показывает, что технологические установки, дооборудованные теп-лоутилизаторами, вырабатывают около V3 общей выработки тепловой энергии. Общее количество используемого тепла ВЭР составляет на этом предприятии 1,3 млн. ГДж/год, что превышает потребность систем теплоснабжения г. Волхова и системы отопления и вентиляции завода, вместе взятых.

Тем не менее, тепловые ВЭР используются в целом по стране совершенно недостаточно. По данным Госплана СССР, используется около 40% выхода учтенных ВЭР, или 10% общего выхода. Большая часть ВЭР не только не используется, но и не учитывается. В соответствии с действующей ныне инструкцией о порядке отчетности не подлежат учету такие виды носителей ВЭР, как отходящие газы от печей, имеющих расход топлива не менее 0,5 т усл. топлива/ч отходящие газы с температурой ниже 300 °С от печей любой мощности, охлаждающая вода с температурой ниже 70 °С, другие виды тепловых ВЭР при выходе их из источника менее 0,8 ГДж/ч.

Указанные виды ВЭР возможно не находят применения в технологических процессах, однако использование их для систем теплоснабжения зданий, призванных обеспечивать температуру воздушной среды на уровне 20 °С, энергетически и экономически целесообразно.

Особенно следует отметить возможности использования воды систем оборотного водоснабжения, обладающей огромным тепловым потенциалом. По таким показателям, как теплофизические свойства и температурный уровень, охлаждающая вода имеет существенные преимущества как носитель ВЭР перед вытяжным вентиляционным воздухом. Температура охлаждающей воды может быть существенно повышена при использовании закрытых систем циркуляции.

Использованию низкопотенциальных теплоносителей в наибольшей степени отвечают: в системах отопления — панельное или лучистое отопление, малометаллоемкие отопительные приборы, воздушное отопление; в системах вентиляции — смесительные теплообменные аппараты контактного или поверхностно-контактного типа, а также малометаллоемкие поверхностные воздухонагреватели.

Температурный уровень низкопотенциальных ВЭР может быть поднят с помощью тепловых насосов. Капитальные вложения в теплонасосные установки соизмеримы с затратами на топливные котельные, а экономия органического топлива при использовании теплонасосных установок достигает 50%.

Капитальные вложения, необходимые для достижения экономии 1 т усл. топлива в год за счет использования различных видов ВЭР, характеризуются утилизацией:
-- высокотемпературных тепловых ВЭР — 100 руб.;
-- средне-и низкотемпературных тепловых ВЭР, в том числе с применением тепловых насосов — 60—80 руб.;
-- тепла вытяжного вентиляционного воздуха — 125—175 руб.

Неудовлетворительное положение с использованием ВЭР в системах теплоснабжения зданий вызвано:
-- недостатком учета и планирования использования тепловых ВЭР;
-- существующие нормы проектирования не стимулируют использование ВЭР, а сложившаяся практика узкой специализации разобщила технологов, энергетиков и сантехников как в сфере проектирования, так и в сфере эксплуатации систем, что препятствует комплексному решению задач по использованию ВЭР, образующихся в технологических агрегатах;
-- отсутствуют рекомендации по расчету и проектированию систем утилизации тепла технологических агрегатов для нужд теплоснабжения зданий. Проектирование таких систем осложнено несогласованностью режимов генерации тепла и теплопотребления, необходимостью аккумуляции тепла, резервирования теплоснабжения и т.п.;
-- недостаточное обеспечение оборудованием.

Необходимо подчеркнуть, что почти все мероприятия, связанные с экономией тепловой энергии в процессе эксплуатации производственных зданий, вызывают те или иные единовременные затраты, поэтому рациональность выбранных мероприятий должна обосновываться соответствующими экономическими расчетами исходя из минимума приведенных затрат с учетом неизбежного роста стоимости определенных видов энергоресурсов.



Похожие статьи:
Противопожарные мероприятия на предприятиях

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Совершенствование промышленных зданий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум