Опыт детства

Огромное разочарование, если не сказать больше, постигло автора этих строк в далёком детстве. Кто-то подарил тогда ему клетку с птичкой. Наигравшись вдоволь, автор стал искать почётное место, куда можно было бы водрузить этот живой щебечущий подарок в клетке. Семья автора жила тогда в районе Москвы, где позже были снесены купеческие дома, чтобы освободить место для строительства стадиона «Олимпийский». В центре квартиры стояла очень красивая печь, так называемая «голландка». Она исправно обогревала всю квартиру, и никто тогда и не задумывался о законах физики и термодинамики. И вот для упомянутого живого подарка было найдено почётное место — подоконник. Утром, протерев глаза, автор ринулся к птичке. Она окоченевшая лежала в клетке без движения. Когда психологический шок от потери прошёл, автор понял, что птичка ночью замёрзла, не выдержав непривычной для неё температуры в зоне оконного проёма при отсутствии батареи отопления. Печь-голландка стояла в дальнем углу комнаты, и конвективное тепло при отсутствии ночью хождения людей не доходило до подоконника окна. Позже стало понятно, что без циркуляции воздушной среды тепло в комнате распространяется неравномерно. Со временем, при внедрении центрального отопления, проблема неравномерности распространения тепла была устранена, но только частично.

Когда изобрели систему центрального отопления в многоэтажных домах, казалось, что это предел совершенства. Но и в этом случае есть главный недостаток — съём тепла от теплоносителя, проходящего через радиаторы отопления, недостаточен. В этом случае радиатор отопления является пассивным звеном передачи тепловой энергии. Огромная проблема, с которой безуспешно борется власть, — это температура теплоносителя на обратной линии. Если уйти от парадигмы, что единственным прибором теплоснабжения является батарея отопления, можно найти решение в эффективном теплоснабжении через систему калориферов приточно-вытяжной вентиляции. В этом случае воздушные массы, с б?льшей скоростью принудительно проходя через калориферы, обеспечивают увеличение теплосъёма с теплоносителя и, как следствие, требуемую температуру теплоносителя, возвращаемого в ТЭЦ. Ведь и гигантские градирни в ТЭЦ в том числе «борются» с завышенными температурами, которые не смогли использовать по назначению потребители при возврате теплоносителя. То есть батареи отопления как пассивное оборудование теплопередачи необходимо рассматривать только в качестве завесы от проникновения отрицательных температур через оконные проёмы зданий, а основным источником теплоснабжения следует считать калориферы системы приточно-вытяжной вентиляции.

На теплоощущение и в том числе на производительность труда человека оказывают влияние в основном четыре фактора: температура, влажность воздуха, скорость его перемещения и теплопроводность. Теплоноситель в обычном понимании — это вода или пар, транспортируемые по трубам и используемые для передачи тепловой энергии. Подразумевается, что горячая вода, проходящая через радиаторы отопления, конвективным способом передаёт тепло помещению. Этот способ не может являться эффективным — в силу низкого влагосодержания эффект конвективной теплопередачи снижается (рис. 1).

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 1

Необходимо организовать отопление помещений с помощью перемещения нагретой воздушной среды. Понятие конвективного теплообмена охватывает процесс теплообмена при движении воздуха. Можно использовать принудительное перемещение воздуха, предварительно нагрев его и считать перенос теплоты одновременно конвекцией и, собственно, теплопроводностью. Под конвекцией тепла понимаем перенос теплоты при перемещении макрочастиц воздуха в пространстве из области с одной температурой в область с другой. Конвекция возможна только в перемещающейся среде. Конвекция теплоты сопровождается теплопроводностью и описывается уравнением:

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 2

где q — местное значение плотности теплового потока за счёт конвективного теплообмена; λ — коэффициент теплопроводности; Δt — разность температур в начале и конце процесса теплообмена; ρ — плотность теплового потока; ω — скорость теплового потока; i — энтальпия.

Первый член правой части уравнения описывает процесс переноса теплоты теплопроводностью, второй — конвекцией. Из рассмотрения этого уравнения можно видеть, что конвективная теплопередача в основном является функцией коэффициента теплопроводности, скорости движения воздуха, разности температур и энтальпии. Варьируя эти характеристики можно достигнуть оптимизации расхода энергоресурсов и повышения комфортности условий труда сотрудников.

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 3

Рассмотрим процесс в i–d-диаграмме (рис. 2). Предположим, что после рекуператора (рис. 3) приточный воздух имеет t = 0 °C (то есть уходящий в атмосферу воздух передаёт значительную часть своего тепла приточному потоку). Воздушный поток проходя через калорифер первой ступени нагревается до 30 °C. 

В соответствии с вектором тепло влажностного коэффициента

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 4

показывает вертикальную линию на i–d-диаграмме от точки 1 до точки 2. Затем нагретый воздух до t = 30 °C поступает в оросительную камеру, где он увлажняется до 70 % (точки 2–3). Если перед калорифером второй ступени относительную влажность воздуха довести до 95 % и нагреть его до температуры 36 °C (вектор 3´–4´), то можно обнаружить, что энтальпия увеличится на 11 %, то есть более влажный воздух способен доставить в помещение на 11 % тепла больше (ΔI = 11 %).

Таким образом, достигается более эффективный процесс использования тепловой энергии и, как следствие, улучшение характеристик на обратном трубопроводе городского теплоносителя. Наличие увлажнённого циркулируемого воздуха в помещениях создаёт условия для повышения теплоотдачи батарей отопления, возникают условия для снижения нагрузки на них и, как следствие, улучшаются тепловые характеристики.

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 5

В целом процесс теплоснабжение следует схеме, приведённой на рис. 3:

1. На приточный воздух через рекуператор переносится до 80 % тепла от утилизируемого потока воздуха.

2. Калорифер первой ступени нагревает поток воздуха примерно до 30 °C.

3. В оросительной камере воздух увлажняется до определённой влажности по программе.

4. Вторая ступень нагревательной камеры доводит температуру воздушного потока примерно до 36 °C.

5. В зависимости от скорости циркуляции воздуха, его влажностных характеристик и других условий программное устройство выбирает алгоритм режима работы всей системы с оптимизацией расхода энергоресурсов для создания комфортных условий труда.

Далее автор предлагает ввести понятие КСиЖ — комплекс систем инженерного жизнеобеспечения. Из единого центра программного обеспечения сигналы могут регулировать создание комфортных условий для жизнедеятельности человека в режиме реального времени (рис. 4). То есть, если человек работает на предприятии, то, условно говоря, «фабрика жизнеобеспечения» точно так же, как и наличие других составляющих, входящих в производственный цикл, обеспечит в конечном итоге условия для выпуска продукта (в данном случае неважно — интеллектуального или любого другого).

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 6

При этом энергозатраты на работу КСиЖ должны быть минимизированы. Оптимизация затрат может быть осуществлена через программное управление КСиЖ, регулирующее затраты энергоресурсов при одновременном обеспечении необходимых параметров воздушной среды, в том числе отопления.

В отличие от классической системы центрального отопления, вышеуказанные факторы в КСиЖ регулируются комплексно. Более того, ложные представления о необходимости доступа свежего воздуха через форточки и «накачивания» радиаторов отопления дополнительным теплом ведут в значительной мере к перерасходу энергоресурсов. Подтверждением тому является завышение температуры теплоносителя на обратной линии городской теплосети. С этим явлением на протяжении многих лет ведётся безуспешная борьба.

 

Выводы

Таким образом, внедрение КСиЖ может обеспечить:

1. При применении способа доставки тепла с помощью циркуляции воздушной среды с определённой влажностью — экономию тепла свыше 10 % (рис. 2).

2. Снижая тепловую нагрузку на радиаторы отопления, также можно добиться экономии тепловой энергии не менее чем 10 % (рис. 1). В этом случае отопительный прибор не способен передать излишки поданного тепла, что в конечном итоге приводит к потере тепловой энергии.

3. Система КСиЖ позволяет адресно и дозировано доставлять тепловую энергию с заданными характеристиками.

4. Исключив малоэффективные проветривания через оконные форточки, можно добиться снижения потерь тепла через ограждающие конструкции здания.

В целом, внедрение КСиЖ способно обеспечить экономию тепловой энергии до 40 %. При этом внедрение данной системы позволяет значительно повысить производительность труда (рис. 5).

Вентиляция вместо радиаторов или Оптимизация систем инженерного жизнеобеспечения. 5/2017. Фото 7

 

Многострадальный закон

В значительной мере смысл внедрения КСиЖ заключается в том, что необходима не экономия тепловой энергии как таковой, а обеспечение условий, при которых мы не будем её терять! То есть нужно уйти от парадигмы, согласно которой мы можем, условно говоря, экономить энергию на дисциплинарном уровне («уходя, гасите свет»), при этом погружаться в благостное настроение, что на самом деле совершенно неуместно.

Учитывая физические законы природы, мы должны сознательно не терять энергию, исключать необдуманное её расходование. Возможные потери энергоресурсов (в том числе через ограждающие конструкции) легко поддаются расчётам. И здесь, возможно, имеет смысл задуматься на тему непопулярных мер по налогообложению при сверхрасчётных потерях тепла. Сверхнормативные потери тепловой энергии надо внедрить в сознание общества как неприемлемые. Быть может, это наконец приведёт к тому, чтобы в полную силу заработал многострадальный №261-ФЗ.

Для тех, кто активно занимается проблемами энергосбережения, возможно учредить в качестве поощрения гранты. Это позволит решить проблему финансирования внедрения мероприятий по снижению энергетических потерь. И, наконец, этому закону считаю необходимо придать политический характер. О какой конкуренции в экономике можно рассуждать, если наша страна расходует энергоресурсов в разы больше на единицу выпускаемой продукции, нежели конкуренты?! Борьба некоторых чиновников за экономию энергоресурсов напоминает декларацию лозунгов времён «застоя». Наивно полагать, что эти их потуги «улучшить» и «углубить» помогут делу, маскируя при этом истинное положение вещей.