Основы научно - исследовательской деятельности и перспективы развития теплоэнергетической отрасли

Вследствие низкого  сопротивления колец, состоящих из водоразборного и циркуляционного стояков, выполненных друг за другом, интенсивная циркуляция осуществляется через ближайшие к ЦТП стояки, а в удаленных стояках она значительно ниже или отсутствует совсем, в результате чего в водоразборные краны вода поступает охлажденной. С целью доведения циркуляции до дальних стояков на практике часто циркуляционные насосы заменяют более мощными, при этом циркуляционный расход приближается к расчетному секундному расходу на водоразбор.

Однако помимо того, что это мероприятие приводит к перерасходу электроэнергии, оно ухудшает работу системы. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водонагревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи.

Для устранения гидравлической разрегулировки централизованной системы  горячего водоснабжения необходимо сокращать число циркуляционных колец и повышать их сопротивление, как это принято сейчас при  проектировании секционных узлов.

Установка полотенцесушителей на водоразборные стояки и объединение последних кольцующей перемычкой позволили снизить диаметр стояков за счет возможности питания водоразборного крана с двух сторон (при загрузке стояка, где установлен кран, питание будет осуществляться снизу и через перемычку из соседних менее загруженных стояков). Переход на меньший диаметр стояка, помимо снижения металлоемкости, снизить теплопотери трубопровода (500 ГДж на 1000 квартир) и сократит расход циркуляционной воды.

При реконструкции существующих систем с полотенцесушителями на циркуляционном стояке для наладки теплового и гидравлического режимов следует отрезать циркуляционные стояки от магистрали, объединив их по подвалу в пределах одной секции дома кольцующей перемычкой, которую в одном месте трубопроводом повышенного сопротивления надо подключить к магистральной циркуляционной линии. Это значительно повысит гидравлическую устойчивость системы и, как минимум, в 4 раза уменьшит число циркуляционных колец.

Существенным резервом экономии является также возможность периодического отключения полотенцесушителей от стояков горячего водоснабжения. В южных районах страны в жаркие летние месяцы сокращение теплопоступлений необходимо для улучшения микроклимата квартир. Экономически нелепой является установка полотенцесушителя в квартире, в которой имеется кондиционер для понижения температуры воздуха в летние месяцы, так как последний должен расходовать энергию на понижение температуры воздуха в квартире и на выброс теплоты, поставляемой в квартиру полотенцесушителем.

Система напольного отопления  использует низкотемпературный теплоноситель, температура в теплоносителя  в прямом трубопроводе 30 – 40 градусов, в обратном 25 – 35 градусов. Поэтому  теплопотери в магистральных  трубопроводах и стояках при  использовании системы напольного отопления ниже, чем в классических радиаторных системах, где параметры теплоносителя 90/70.

Общая экономия энергии  при применении системы напольного отопления составляет 15 – 25 % по сравнению  с традиционными радиаторными системами отопления. При высоте потолков 4 м и выше экономия может быть и больше.

 

4.3 Эффективность  изоляции стояков системы горячего  водоснабжения

 

Еще один резерв экономии в системах горячего водоснабжения  – это изоляция стояков, проходящих в шахтах санитарно-технических кабин либо открыто в ванной комнате. При изоляции стояков сокращаются не только потери теплоты, но и расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды, так как из-за меньших теплопотерь снижается требуемый циркуляционный расход.

Теплота, выделяемая стояками системы горячего водоснабжения, используется для отопления квартир. Однако летом теплопоступления от стояков горячего водоснабжения являются бесполезными потерями теплоты. Так, каждый год летом с 1000 квартир такие потери теплоты составляют 1100 ГДж.

В целом годовой экономический  эффект от изоляции стояков систем горячего водоснабжения очень велик. Эффективность применения изоляции стояков настолько велика, что  целесообразно выполнить изоляцию стояков действующих систем. Для  производства изоляционных работ не требуются исполнители высокой квалификации; это вполне может быть осуществлено в короткие сроки силами службы эксплуатации.

 

4.4 Использование  вторичных энергоресурсов для  нагрева теплоносителей в системах  отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

 

Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) для теплоснабжения промышленных зданий приобретает все большие  масштабы. Экономически это вполне оправдано – затраты на экономию 1 т у.т. за счет использования ВЭР  в 3-4 раза меньше затрат на его добычу и транспортировку. Уже сейчас степень использования так называемых горючих ВЭР (конверторный газ, хвостовые газы, образующиеся при выработке многих продуктов, горючие газы легкой промышленности и др.), по данным ВНИПИэнергопрома, превышает 90%, в результате чего экономится более 70 млн. т у.т. в год.

Во всех случаях экономическая  задача заключается в том, что  бы в первую очередь использовать те источники ВЭР, при которых  эффект будет наибольшим. С этой целью предварительно должна быть проведена паспортизация всех источников ВЭР с указанием их количеств, температур, степени загрязнения, продолжительности и режима поступления. К числу этих источников относятся различные технологические ресурсы (отходящие газы, пар и нагретая вода, являющиеся результатом работы технологического оборудования, котельных, компрессорных и др.), а также вентиляционные выбросы. Одновременно определяют возможных потребителей ВЭР – технологические процессы, отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др. Следующим этапом является составление баланса количества ВР и потребности в них с подразделением последней на группы по температурам ВЭР (высокопотенциальная и низкопотенциальная теплота).

Если количество ВЭР больше потребности  в них, то в первую очередь используют те источники, утилизация теплоты которых дает наибольший экономический эффект. Таким образом, производят ранжирование всех источников ВЭР, а затем составляют баланс потребности в теплоте и количестве ее, получаемой при использовании этих источников.

 

4.5 Сокращение  энергопотребления

 

Для общественных зданий характерен периодический режим  работы, связанный с временным  пребыванием в них людей. Суточная периодичность режима работы помещений  приводит к нестационарности протекающих  в них тепловых потоков. Анализ динамики тепловых процессов позволяет вскрыть резервы сокращения энергопотребления на обеспечение внутренних тепловых ресурсов.

Сокращение энергопотребления  системами отопления, вентиляции и  кондиционирования воздуха особенно важно в холодное время года. Для этих целей необходимо:

1) использование прерывистого  отопления, совмещенного с приточной  вентиляцией;

2) снижение температуры  внутреннего воздуха в нерабочее  время в помещениях, оборудованных  водяными системами отопления,  за счет уменьшения теплоотдачи этих систем;

3) использование переменного  расхода воздуха в прямоточных  системах вентиляции и кондиционирования  воздуха в рабочее время;

4) использование прерывистой  вентиляции помещений.

Возможности сокращения энергопотребления с помощью  перечисленных мер, относящихся к области режима регулирования систем.

 

4.6 Повышение  энергоэффективности теплосетей

 

Около 80% всех теплотрасс в России выполнено канальным  способом с применением мягких отечественных  материалов — матов из стекловаты или минваты с гидроизоляцией (бризолом, изолом, полимерными лентами). Помимо того, что перечисленные материалы обладают недостаточными теплоизолирующими свойствами, они имеют весьма высокое влагопоглащение, что значительно уменьшает срок службы самой изоляции и увеличивает скорость коррозии металла труб.

Переход к использованию  в тепломагистралях современных  теплоизоляционных материалов позволяет  не только снизить теплопотери в  трубопроводах в 2-3 раза, но и увеличить  срок службы труб за счет многократного  замедления коррозии.

Но применение теплоизоляции  не может ограничиваться магистралями централизованного отопления. Изоляция внутридомовых тепловых сетей для  уменьшения теплопотерь имеет не меньшее значение.

В зависимости от диаметра изолируемых труб, используются жесткие формованные изделия (цилиндры и скорлупы) или маты.

Для изоляции труб небольшого диаметра применяются цилиндры и  скорлупы из полимерных или минераловатных теплоизолирующих материалов. Для трубопроводов  тепловых сетей горячего и холодного  водоснабжения диаметром от 18 до 273 мм предпочтительны формованные минераловатные изделия (цилиндры или скорлупы) с толщиной теплоизоляционного слоя от 20 до 80 мм.

Они обеспечивают весьма высокое термосопротивление, негорючи, имеют малое водопоглощение, высокую  механическую прочность и точные геометрические размеры. Использование подобных изделий позволяет обеспечить высокую эффективность теплоизоляционных конструкций без дополнительных затрат на ремонт в течение времени, сопоставимого со сроком службы изолируемых конструкций.

Для теплоизоляции труб большего диаметра, а также обширных поверхностей используются маты. К  примеру, для изоляции трубопроводов  тепловых сетей, а также систем вентиляции и кондиционирования диаметром  более 273 мм предпочтительны гидрофобизированные маты из минеральной ваты на синтетическом связующем.

В России до сих пор  весьма популярна изоляция теплосетей и внутридомовых инженерных коммуникаций матами из стекловолокна. Но при таком  кажущемся преимуществе, как относительная  дешевизна, решения на основе стекловолокнистых матов менее эффективны и долговечны, нежели аналогичные решения на основе материалов из базальтовых горных пород.

 

5 Методология  научных исследований

 

5.1 Цели и задачи НИР

 

Наука – сфера человеческой деятельности, функция которой - выработка  и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности, наука является одной из форм общественного  сознания и включает в себя как  деятельность по получению нового знания, так и ее результат - сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира. Необходимость развития науки, научных исследований продиктована стремлением человечества к познанию и освоению окружающей действительности, достижения научно-технического прогресса, которыми мы пользуемся, получены благодаря научно-исследовательской работе (НИР).

Научно-исследовательские  работы – работы научного характера, связанные с научным поиском, проведением исследований, экспериментов  в целях расширения имеющихся и получения новых знаний, проверки научных гипотез, установления закономерностей, проявляющихся в природе и в обществе, научных обобщений, научного обоснования проектов.

Научное исследование –  это особый вид познавательной деятельности, отличающийся от стихийного (житейски-эмпирического) познания, от диагностики и познания в искусстве. Для научного познания характерны следующие отличительные особенности (специфика научного исследования):

– наличие специальных  методов исследования (научное познание основано на научном методе);

– точность получаемых данных (если познание в искусстве опирается  на опыт и интуицию субъекта познания, то научное знание основывается на точно установленных фактах, открытке которых становится возможным благодаря  использованию специальных методов исследования);

– воспроизводимость  полученных результатов (возможность  повторно получить установленные данные - факты, закономерности - другими людьми в сходных условиях, то есть по той  же методике, какой уже пользовался  исследователь, получивший эти данные);

– новизна получаемых результатов (под новизной результатов  понимается новизна не для отдельного человека, осуществляющего познавательный акт, а новизна для общества - иначе  говоря, в исследовании должны быть получены таки данные, которые ранее обществу не были известны.

– демократичность –  можно сказать, что наука демократична, а искусство элитарно, демократичность  науки проявляется в том, что  знание об установленных фактах или  закономерностях всегда получает описание с помощью формально логических средств, потому его принципиально можно передать другому человеку, и, соответственно, это знание он может понять.

Цели научного исследования – описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет научного изучения, на основе открываемых наукой законов. Научно-исследовательская работа ставит перед собой задачи получения нового научного знания, новой научно значимой информации, создания новых методов для получения такого знания, применения полученных новых знаний для каких-либо прикладных целей.

5.1.1 Организация НИРС

 

НИРС является продолжением и углублением учебного процесса и организуется непосредственно  на кафедрах и в лабораториях высших учебных заведений. Руководство  научно-исследовательской работой студентов осуществляют профессора и преподаватели вуза. Могут привлекаться к руководству НИРС также сотрудники научно-исследовательских учреждений и аспиранты.

Научно-исследовательская  работа студентов подразделяется на научно-исследовательскую работу, включаемую в учебный процесс и выполняемую во внеучебное время.

Научно-исследовательская  работа студентов, включаемая в учебный  процесс, предусматривает:

• выполнение заданий, лабораторных работ, курсовых и выпускных квалификационных работ, содержащих элементы научных исследований;
• выполнение конкретных нетиповых заданий научно-исследовательского характера в период производственных и учебных практик;
• изучение теоретических основ методики, постановки, организации выполнения научных исследований, планирования и организации научного эксперимента, обработки научных данных и т.д. по курсу "Основы НИР".