Учебное пособие 1986

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

А.В. Исанова В.И. Лукьяненко

РЕСУРСОЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2018

УДК 699.8:697(073)

ББК 65.441:31.15я7

И85

Рецензенты:

кафедра основ гражданской обороны и управления в ЧС ФГБОУ ВО «Воронежский институт ГПС МЧС России» (начальник кафедры канд. техн. наук А.М. Чуйков); канд. техн. наук, проф. АНОО ВО МИКТ П.Ю. Беляков

Исанова, А.В.

Ресурсоэнергосбережение в жилищно-коммунальном И85 хозяйстве: учеб. пособие / А.В. Исанова, В.И. Лукьяненко.

– Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. – 131 с.

ISBN

Пособие содержит сведения о способах и мероприятиях, позволяющих эффективно использовать энергетические ресурсы в городском хозяйстве, а также задачи для самостоятельной работы.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по дисциплине «Энергосбережение в городском хозяйстве» и предназначено для студентов специальности 08.03.01 «Строительство» и направления 20.03.02 «Природообустройство и водопользование», очной формы обучения.

Ил. 56. Библиогр.: 21 назв.

УДК 699.8:697(07) ББК 65.441:31.15.7

ISBN …………… © Исанова А.В.,

Лукьяненко В.И., 2018

©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018

ВВЕДЕНИЕ

Важность и необходимость повышения энергетической эффективности хозяйственного комплекса России в настоящий момент является одной из первостепенных задач. При этом особое внимание уделяется комплексному подходу к проблеме энергосбережения, включающему решение законодательных, административных, экономических и технических задач.

Одной из основных задач дисциплины «Ресурсоэнергосбережение» является формирование у студентов систематизированной базы знаний об организационных, управленческих, технических, технологических и экономических мерах, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов в городском хозяйстве. Важной является подготовка специалистов к ведению работ с рациональным использованием энергетических ресурсов при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Кроме того, немаловажное значение имеет освоение бакалаврами основ составления энергетических паспортов зданий, изучение современной практики использования возобновляемых источников энергии и вторичных энергоресурсов, освоение современных методов организации, контроля и учёта потребления энергоресурсов и т.д.

Учебное пособие содержит также задачи, затрагивающие вопросы нескольких направлений энергосберегающих мероприятий, наиболее актуальных в настоящее время. Навыки, полученные студентами при решении учебных задач, могут пригодиться им в дальнейшей профессиональной деятельности.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 08.03.01 «Строительство» (профиль «Городское строительство и хозяйство») и направления 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» (профиль «Природоохранное обустройство территорий»).

1. Энергетические эпохи. Виды энергии и энергоресурсов.

Классификация топливно-энергетических ресурсов. Основные термины и определения

Эпохи развития энергетики. Возможна различная классификация исторических эпох. Можно проследить изменение общественно-экономических формаций, описать хронологическую смену различных империй, вариантов использования материалов в ходе хозяйственной деятельности и т.д. Всё это возможно обобщить, описывая историю человечества про помощи череды энергетических эпох. Можно выделить следующие эпохи развития энергетики:

1.Биоэнергетика (мускульная энергетика) - использование в качестве источника механической работы биологической энергии человека и животных. Этот период продолжался примерно до 8-10 веков н.э.

2.Механическая энергетика - использование механической энергии потоков воды и воздуха. Сначала использовались водные потоки, позднее - воздушные потоки. Этот период продолжался до 18 веков н.э.

3.Теплоэнергетика - использование в качестве источника механической работы теплоты, выделяющейся при сжигании топлива. Стала быстро развиваться с конца 18 веков н.э.

свнедрением в промышленность и транспорт универсального парового двигателя.

4.Современная комплексная энергетика - преимущественное использование в качестве первичной энергии тепловой и гидравлической, а в качестве вторичной - электрической энергии.

5.Атомная энергетика - использование энергии ядерных реакций [5].

Виды энергии. Основой всего сущего на земле является энергия. Энергия (греч. – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи. К ос-

4

новным видам энергии относятся: механическая; тепловая; электрическая; химическая; магнитная; электромагнитная; гравитационная и энергия биологических процессов.

Энергосбережение и энергетический ресурс. Энерго-

сбережение – это реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема энергоресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг) [13].

Рассмотрим понятие энергетического ресурса и его основных видов. Энергетический ресурс – это носитель энергии, энергия которого используется или может быть использована при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, а также вид энергии (атомная, тепловая, электрическая, электромагнитная энергия или другой вид энергии).

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – это совокупность природных и производственных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности [13].

Энергетические ресурсы можно классифицировать как первичные и вторичные, возобновляемые и невозобновляемые.

Первичные энергетические ресурсы – это нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф (невозобновляемые ресурсы литосферы); древесина (возобновляемый ресурс), гидроэнергия – это неисчерпаемый ресурс гидросферы и др.

Вторичные энергоресурсы – энергоресурсы, являющиеся побочным результатом энергопотребляющего процесса. Их в свою очередь можно разделить на биотопливо, горючие ВЭР и тепловые ВЭР.

Биотопливо – топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

5

Горючие ВЭР – горючие газы и отходы, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других установках и непригодные в дальнейшем в данной технологии (отходы деревообрабатывающих производств (щепа, опилки, обрезки, стружки), горючие элементы конструкций зданий и сооружений, демонтированных из-за непригодности для дальнейшего использования по назначению, щелок целлюлознобумажного производства и другие твердые и жидкие топливные отходы).

Тепловые ВЭР – это физическое тепло отходящих газов, основной и побочной продукции, тепло золы и шлаков, горячей воды и пара, отработавших в технологических установках, тепло рабочих тел систем охлаждения технологических установок.

Рис. 1.1. Возобновляемые источники энергии

[https://venturebeat.com/wpcontent/uploads/2008/10/energyrevolutionreport]

6

К возобновляемым источникам энергии относятся источники непрерывно возобновляемых в биосфере Земли видов энергии: солнечной, ветровой, океанической, гидроэнергии рек (см. рис. 1.1) [1].

Невозобновляемые источники энергии - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии.

Источники энергии можно разделить на традиционные и нетрадиционные. К традиционным источникам энергии относятся:

Тепловая электростанция (ТЭС) – тепловая энергия; Гидроэлектростанция (ГЭС) – энергия потока воды; Атомная электростанция (АЭС) – энергия атома.

Классификация нетрадиционных источников энергии приведена на рис. 1.2.

В экономике природопользования различают валовой, технический и экономический энергетические ресурсы.

Валовой (теоретический) ресурс представляет суммарную энергию, заключенную в данном виде энергоресурса.

Рис. 1.2. Классификация энергетических ресурсов

7

Технический ресурс – это энергия, которая может быть получена из данного вида энергоресурса при существующем развитии науки и техники, и составляет от доли процента до десятка процентов от валового, но постоянно увеличивается по мере усовершенствования энергетического оборудования и освоения новых технологий.

Экономический ресурс – энергия, получение которой из данного вида ресурса экономически выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы и рабочую силу, и составляет некоторую долю от технического ресурса и тоже увеличивается по мере развития энергетики.

Топливо – вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия. Топливо подразделяется на газообразное, жидкое, твёрдое.

Основным показателем топлива является теплотворная способность (теплота сгорания). Удельная теплота сгорания топлива – физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³. Чем больше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше удельный расход топлива при той же величине коэффициента полезного действия (КПД) двигателя.

Соотношение между условным и натуральным топливом выражается формулой:

где By – масса эквивалентного количества условного топлива, кг; Вн – масса натурального топлива, кг (твёрдое и жидкое топливо) или м3 (газообразное); Э – калорийный эквивалент.

Сравнение различных видов топлива введено понятие условного топлива. Топливо условное – единица учёта органического топлива, применяемая для сопоставления эффективности видов топлива и суммарного учёта их.

8

2. Современные требования и нормы по тепловой защите зданий. Виды утеплителей

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла: теплопроводность; конвекция; тепловое излуче-

ние [11].

Теплопроводность – это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям, осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.).

Конвекция (от лат. convectiō – «перенесение») – явление переноса теплоты в жидкостях, газах, сыпучих средах путём перемешивания.

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела [4].

Все описанные виды переноса энергии задействованы в процессах, происходящих внутри ограждающей конструкции и на её поверхности, результатом которых является теплопередача (см. рис. 2.1).

Суммарное сопротивление теплопередаче стены R0, м2С/Вт, определяется по формуле:

где в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода года, Вт(м2 С) ;

н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт м2 С ,

i и i – толщина, м, и расчетный коэффициент теплопроводности материала i-го слоя, Вт м С .

9

Рис. 2.1. Схема осуществления переноса тепловой энергии, принимаемая с учетом условий эксплуатации конструкций

Проверка соблюдения норм по сопротивлению теплопередаче осуществляется при анализе неравенства [4]:

где R норм I – требуемое сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт,

R о – расчётное сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт. Расчётное сопротивление теплопередаче R о , м2·°С/Вт,

определяется с помощью формулы интерполяции по СП 50.13330.2012 в зависимости от градусо-суток района строительства.

Градусо-сутки района строительства ГСОП, °С·сут, рассчитываются по формуле:

где tв t50.92 – расчетная температура наружного воздуха,

равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92, °С;

10