Учет и регулирование потребления электрической энергии

Учет и регулирование потребления электрической энергии

1Бытовое энергосбережение

В жилищном хозяйстве потребляется около 30% тепловой энергии, которая получается от сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Поэтому, экономия топлива является важнейшей народно-хозяйственной задачей.

В последние годы стоимость добычи и перевозки топлива значительно увеличилась. Перевозка его к потребителям вызвала резкое увеличение капитальных вложений в газопроводы и железнодорожный транспорт. Перерасход тепловой энергии в жилых зданиях по сравнению с расчетным составляет более 25%. Причин такого перерасхода много:

1) пониженные теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций (стен), окон и балконных дверей;

2) расход теплоты на нагрев наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности оконных переплетов и балконных дверей;

3) плохо отрегулирована система отопления, что приводит к перегреву помещений.

Для снижения потерь тепла в первую очередь необходимо реализовать энергосберегающие мероприятия, на осуществление которых не потребуются капитальные вложения.

Обязательным мероприятием является приведение в исправное состояние всех контрольно-измерительных приборов и арматуры систем отопления и горячего водоснабжения. Задвижки в котельных и на вводах в зданиях должны быть отрегулированы и зафиксированы. Расход воды в нагревательных приборах необходимо привести в соответствие с расчетным расходом с помощью кранов регулировки. Необходимо устранить избыточные поверхности нагрева, установленные жильцами. Проверка выполнения перечисленных мероприятий должна производиться не реже двух раз в год (в начале и в конце отопительного периода). Одновременно необходимо выявить и устранить все неисправности наружных ограждающих конструкций зданий с предъявлением санкций к жильцам, которые не выполняют требования экономии тепла (заклейка щелей в оконных переплетах на зимний период, отсутствие в них стекол, и др.).

2 Структура расхода тепловой и электрической энергии зданиями

По оценкам отечественных и зарубежных экспертов, потенциал экономии электроэнергии в зданиях и сооружениях равен 30-40%, а тепловой энергии около 50%.

Потери тепловой энергии зданием составляют через:

- наружные стены – 30%,

- окна - 35%,

- вентиляцию – 15%,

- крышу, пол – 8%.

Как видно, основные потери тепловой энергии происходят через окна, стены, крышу, пол, а также за счет вентиляции.

При применении современной строительной и теплозащитной технологии появляется возможность удержать годовое потребление энергии в пределах 30-70кВт·ч/м² жилой площади в год.

Прохождение теплового потока через ограждающие конструкции зданий оценивается коэффициентом теплопередачи. Коэффициент теплопередачи – единица, которая обозначает прохождение теплового потока мощностью 1Вт сквозь элемент строительной конструкции площадью 1 м² при разнице внутренней и внешней температуры в 1 Кельвин. Так, для жилого дома коэффициент теплопередачи равен:

- потолок (12 см изоляции) – 0,35 Вт/(м²К);

- пенобетон (30-36 см или легкий кирпич) – 0,66 Вт(м²/К);

- пол (5 см теплоизоляции) – 0,68 Вт(м²/К).

Низкое энергопотребление зданием обеспечивают:

1) хорошие теплоизолирующие свойства строительных элементов (стен, окон, крыши, пола, подвала);

2) добросовестное выполнение изоляции (недопущение теплопотерь, защита от ветра);

3) управляемый воздухообмен (по возможности возвращение тепла);

4) хорошо регулируемые отопительные устройства;

5) энергоэкономное обеспечение горячей водой (возможно посредством солнечной энергии в летнее время).

3 Тепловая изоляция трубопроводов, зданий и сооружений

В белорусских городах осуществляются работы по реконструкции, модернизации, капитальному ремонту и термической реабилитации, т.е. санации ранее выстроенных зданий жилого и нежилого фонда. Сана­ция в части термореабилитации означает повышение теплозащиты зда­ний путем теплоизоляции стен минеральной ватой и пенопластом, утепление крыш, полов, замену оконных блоков, остекление балконов, модернизацию систем вентиляции, реконструкцию и автоматизацию теплоузлов, установку индивидуальных регуляторов тепла в квартирах и комнатах, экономичных осветительных приборов, счетчиков тепла и воды. Обследование состояния зданий и сооружений позволяет выявить потенциал энергосбережения. В жилом фонде он составляет 30-76%, т.е. нынешнее годовое потребление энергии может быть сокраще­но наполовину. В нежилом фонде (административные, общественные, культурного назначения здания, школы, больницы и т.д.) может быть сэкономлено около половины годового объема потребления энергии. Разработаны и применяются технологии термореабилитации зданий путем наружного утепления их фасадов.

К наиболее эффективным системам «утепления» зданий из числа отечественных относятся системы «ПСЛ» и «термошуба». Они представляют собой многослойные конструкции из плиты-утеплителя, при­крепленной к подготовленной поверхности стен специальным клеящим составом и анкерами, защитного покрытия из клеящего состава, арми­рованного одним-двумя слоями сетки в сочетании с металлическими профилями и отделочного покрытия из тонкослойной штукатурки. Утеплитель может крепиться к стене механическим способом, а жесткая об­лицовка устраивается на специальных каркасах с образованием воздуш­ной прослойки между плитой утеплителя и облицовкой. В качестве теплоизоляционных материалов в этих конструкциях применяются жесткая минераловатная плита и пенополистирол. Среди зарубежных следует упомянуть две технологии утепления стен с наружной стороны: фасадное утепление под штукатурку, аналогичное отечественной «тер­мошубе», и вентилируемые фасады. Второй вариант утепления пред­ставляет собой устанавливаемый на стену несущий каркас с вентили­руемым теплоизоляционным слоем и последующей защитой из специальных фасадных плит.

Сегодня существует также широкий вы­бор теплоизоляционных материалов (пеноплэкс, на основе базальтовой ваты, стиропор и др.) и конструкций для утепления крыш, чердаков, подвалов, трубопроводов инженерных наружных и внутренних сетей. На смену традиционным канальным теплопроводам, срок службы ко­торых составляет 12-15 лет, а иногда не превышает пяти при расчет­ном - 25, а тепловые потери достигают 20%, должны прийти беска­нальныетеплогидропредизолированные (ПИ) теплопроводы. Подземные ПИ-теплопроводы являются механической конструкцией, состоящей из стальной трубы, полиуретановой теплоизоляции и наруж­ной полиэтиленовой трубы-оболочки, которые жестко связаны друг с другом и вместе с окружающим теплопровод грунтом образуют еди­ную систему. Такая конструкция обеспечивает тепловые потери на уров­не 2-3% на протяжении всего расчетного срока службы равного 20-30 годам. В Беларуси в настоящее время определена потребность и орга­низуется собственное производство ПИ-теплопроводов для строитель­ства и реконструкции магистральных и распределительных тепловых сетей. Энергосберегающий эффект применения ПИ-теплопроводов, их надежность и долговечность определяют новый качественный уровень системы транспорта теплоты в городах. Например, при замене в Минс­ке к 2010 г. изношенных теплосетей ПИ-теплопроводами тепловые по­тери, а следовательно, и необходимая мощность теплоисточников в зим­ний период снизятся на 600-800 Гкал/час.

Так, в Беларуси внедряются тех­нологии строительства коттеджей путем сборки из пустотных энерго­сберегающих опалубочных блоков из специального строительного пенополистирола (стипора), удерживаемых арматурой и заливаемых бетоном. Стипор обладает исключительно высокими теплоизоляционны­ми свойствами, хорошими эксплуатационными характеристиками.

Существует также понятие «экодом». Имеется в виду жилище, в котором практически не используются невозобновляемые источники энергии и эксплуатация которого не наносит вреда природе и здоровью человека. В США, Швеции, Японии, Германии построены достаточно давно комфортабельные экодома с низким, практически нулевым энер­гопотреблением, без канализационных сетей. Иногда они стоят очень дорого. Однако есть варианты с использованием солнечного отопления и аккумулирования тепла не дороже традиционных домов. В Беларуси ведутся изыскательские работы по строительству относительно деше­вых малоэтажных экодомов из местных экологически чистых природ­ных материалов (прессованной соломы, глиносоломенной смеси, соло­менных блоков) с применением энергосберегающих технологий строительства, солнечной энергии для отопления и сезонного нагрева воды. Для канализации в экодомах предусматривается использование локальных биологических систем утилизации хозбытовых стоков зам­кнутого цикла, или компостные туалеты. Отопление экодома обычно содержит основную систему из солнечного теплового коллектора и теплоаккумулятора и вспомогательную (аварийную) - камин или печь мед­ленного горения. В Беларуси намечено построить показательные экс­периментальные экодеревни на 20-40 экодомов с альтернативными системами энергоснабжения.

Совершенствование теплоснабжения.На цели отопления, вен­тиляции и горячего водоснабжения в Республике Беларусь расходуется 40% от общего потребления топлива. Потенциал энергосбережения, по оценкам отечественных и зарубежных экспертов, в системах теплоснаб­жения республики составляет около 50%. Следовательно, за счет энер­госберегающих мероприятий можно снизить потребление топлива на нужды теплоснабжения на 20% от его общего потребления республи­кой. Именно поэтому одной из приоритетных задач действующей Государственной программы «Энергосбережение» является совершенство­вание теплоснабжения. Проблема потерь тепла в тепловых сетях может быть решена только с помощью эффективной теплоизоляции теплопроводов. Прогрессивным решением является при­менение предизолированных пенополиуретановой (ППУ) теплоизоля­цией труб, а также гибких ППУ-труб. Последние позволяют облегчить прокладку теплотрасс, обладают лучшими эксплуатационными характеристиками.

4Изоляционные характеристики остекления и стеклопакеты

Заполнения оконных проемов должны обладать такими же характеристиками, как и стеновые ограждающие конструкции. Они должны обеспечивать необходимую освещенность, комфортное проветривание, простоту и удобство в эксплуатации.

Сопротивление теплопередаче – величина, обратная коэффициенту теплопередачи и обозначается (м²К)/Вт. Сопротивление теплопередаче окон должно быть не ниже установленного в РБ показателя R₀>0,6 (м²К)/Вт. (R₀ – величина, обратная коэффициенту теплопередачи). Это достигается установкой рамы с двухслойным теплозащитным стеклом.

Теплозащитные окна имеют специальный слой, не видимый глазом, но значительно уменьшающий потери тепла. Окна в теплозащитном исполнении стоят на 15-20% дороже обычных, но затраты компенсируются экономией на отоплении. Оконная рама должна иметь утепляющий слой как с наружной, так и с внутренней стороны.

Сейчас для закрытия оконных проемов широко применяются стеклопакеты. Стеклопакет представляет собой изделие, которое состоит из двух или более слоев стекла. Они соединены между собой по контуру таким образом, что между стеклами образуются герметически замкнутые полости, которые заполнены обезвоженным воздухом или другим газом (рисунок 1).

Сопротивление теплопередаче одного обычного стекла составляет примерно 0,17 (м²К)/Вт, а стеклопакета из двух обычных стекол – 0,36-0,39 (м²К)/Вт. Сопротивление теплопередаче трехстекольного окна с учетом материала, из которого оно изготовлено, может превышать 0,6 (м²К)/Вт. Наибольший эффект достигается при использовании в стеклопакете одного из стекол с селективным покрытием. Это покрытие способно отражать тепловые волны внутрь помещения и одновременно пропускать снаружи солнечное тепловое излучение. За счет применения в стеклопакете такого стекла, а также введения в межстекольное пространство вместо воздуха газов (аргона, криптона), можно добиться величины сопротивления теплопередаче, которое приближается к единице.

Рис.1 Принципиальная схема стеклопакета

Рассмотрим принципиальную схему конструкции стеклопакета (рисунок 1).

В качестве материала, который обеспечивает межстекольное расстояние, применяется алюминиевый профиль коробчатого сечения. Внутрь короба засыпается селикачель, который поглощает влагу в межстекольном пространстве. Профиль крепится к стеклам с помощью бутиловой массы (внутренний шов), а по торцам образованного стеклопакета укладывается прочная полисульфидная масса (наружный шов).

5 Бытовые приборы регулирования и учета

потребляемых энергоресурсов

Одно из самых перспективных и быстроокупаемых направ­лений республиканской программы энергосбережения — обо­рудование зданий и сооружений приборами индивидуального и группового учета и контроля расхода энергоресурсов. С 1997 года счетчики горячей и холодной воды, тепла и газа в обяза­тельном порядке устанавливаются во всех вновь возводимых жилых домах. Кроме того, ведется работа по оснащению таки­ми приборами остального жилого фонда.

Что дает реализация программы по внедрению индивиду­альных и групповых приборов учета и контроля расхода энер­гии государству? По оценкам специалистов комитета, массо­вая установка счетчиков позволит обеспечить экономию тепла в 1,5 раза, холодной воды — в 2 раза, горячей — в 2,5 раза. В масштабе государства это огромные деньги, которые для на­шего бюджета, разумеется, не лишние.

Постепенно в Беларуси также будут установлены прибо­ры-регуляторы потребления тепла.

Первичный приборный учет.Учет тепловой энергии осуществ­ляется с помощью теплосчетчиков горячей воды и пара. Современные конструкции теплосчетчиков позволяют осуществлять обработку, пре­образование и регистрацию информации о количестве потребленной или отпущенной тепловой энергии, температуре, давлении, расходе теп­лоносителя и о времени работы в системах теплоснабжения отопления и горячего водоснабжения.

Наиболее подходящими для условий Беларуси признаны индукционный и ультразвуковой методы измерения расхода воды. Теп­ловые счетчики на базе ультразвуковых расходомеров, как показал опыт Дании, Германии, России, имеют то преимущество, что качество тепло­носителя (горячей сетевой воды) не влияет на погрешность и стабиль­ность измерений. Более остро стоит проблема измерения тепловой энергии пара. Применяемые сегодня диафрагмы (метод разностного дав­ления) удовлетворительны только при стабильном потреблении пара на предприятии; для переменных режимов потребления могут использоваться теплосчетчики на базе вихревого расходомера.

Реальную экономию можно получить лишь при совместном при­менении учета теплопотребления с помощью счетчиков и его автомати­ческого регулирования. Для группового регулирования служат устанав­ливаемые на теплопунктах, регуляторы прямого действия и электронные регуляторы. Регуляторы прямого действия поддерживают температур­ные и гидравлические параметры систем теплоснабжения на постоян­ном уровне, имеют более низкую стоимость, чем электронные и более долгий срок службы. Электронные регуляторы позволяют задавать временной 7-дневный график теплоснабжения, поддерживать по графику температуру воды на подаче в зависимости от наружной температуры и ограничивать температуру обратной воды.

Для поквартирного учета расхода горячей и холодной воды устанавливаются водосчетчики, перед которыми рекомендуется устанавли­вать фильтры. Экономии воды, более равномерному ее распределению по этажам способствует установка на водоразборных кранах ограничи­телей расхода воды. В общественных зданиях применяют водоразбор­ные краны с фиксированным временем автоматического их закрытия.

Коммерческий учет объема газа и измерение его расхода произво­дится с помощью счетчиков газа, применение которых позволяет сни­зить расходы на оплату газа в среднем на 10-20%. Они классифицируются по роду тока, количеству фаз, классу точ­ности, измеряемым параметрам, количеству тарифов, элементной базе и т. д. С точки зрения элементной базы, более широкое применение на­ходят индукционные (электромеханические) счетчики и более совре­менные - гибридные и электронные электросчетчики. Электронные счетчики могут выполняться на интегральных схемах с фиксирован­ным набором функций - «на жесткой логике» или на микропроцессор­ных элементах с гибкими, программируемыми в условиях эксплуата­ции функциями. Электронные счетчики в 5-10 раз дороже индукционных, их применение оправдано при переходе от локальных измерений к автоматизации энергоучета, т. е., в первую очередь, в АСКУЭ энергосистем и промышленных предприятий.

Рисунок 2 - Счетчик активной энергии «Энергия-9» СТК1-10.BU(A1H5(9))

Многотарифный учет активной электрической энергии в двухпроводных сетях перемен­ного тока частотой 50 Гц дифференцированного по времени суток можно осуществлять при помощи счетчика «Энергия-9» СТК1-10.BU. ( рисунок 2). Счетчик учитывает ак­тивную электроэнергию независимо от направления прохождения тока. Энергопотребление отображается на ЖКИ. Счетчик может осуществлять контроль за энергопотреблением с заданными ограничениями по мощности или энергии и отключать потребителя при превышении им установленных лимитов.

При потреблении воды без учета считается, что каждый житель потребляет в день 120л горячей и 180л холодной воды. Для учета расхода воды применяют крыльчатые и турбинные водосчетчики, технические требования к которым изложены в ГОСТах 60019-83,14167-83, 8156-83.

Для учета расхода газа в квартирах и на дачах применяются бытовые счетчики ротационного типа РЛ-2,5; РЛ-4; РЛ-6. которые обеспечивают надежную работу при пульсирующих давлениях газа.