Инновационные решения безопасных и экологичных систем теплоснабжения производственных зданий как фактор снижения энергоемкости российской экономики

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЗАЦИОННО-УПРАВЛЕНЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ

УДК 658.26:677

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ БЕЗОПАСНЫХ И ЭКОЛОГИЧНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ КАК ФАКТОР СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ РОССИЙСКОЙ ЭКОНОМИКИ

Е.В. Румянцев, С.В. Федосов, В.Н. Федосеев, А.Б. Петрухин, Л.А. Опарина, Ю.А. Чистякова

Проблема энергосбережения и снижения энергоемкости российской экономики остается актуальной. Энергосбережение во всех отраслях должно быть не только экономичным, но и безопасным и экологически продуманным. Общемировой тенденцией является не только снижение энергопотребления и повышение энергоэффективности в зданиях, строениях, сооружениях, технологических производственных процессах, но и использование для этих целей возобновляемых источников энергоресурсов, инновационных решений для теплоснабжения зданий, основанных на принципах экологической безопасности. В статье отражены результаты авторских исследований инновационных безопасных и экологичных энергосберегающих решений, применяемых для теплоснабжения производственных зданий. Реализация данных решений способствует снижению энергопотребления зданиями, снижению энергоемкости различных промышленности и экономики России в целом.

Ключевые слова: энергоемкость, безопасность, экологичность, инновационные энергосберегающие проекты, инновационные материалы.

Энергоэффективность и

энергосбережение остаются ключевыми трендами развития всех отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, вопрос энергосбережения на промышленных

предприятиях имеет особую актуальность, что обусловлено постоянным ростом цен на электричество, тепло и энергоносители [1].

Общемировой тенденцией является не только снижение энергопотребления и повышение энергоэффективности в зданиях, строениях, сооружениях, технологических производственных процессах, но и использование для этих целей возобновляемых источников энергоресурсов, инновационных решений для теплоснабжения зданий, основанных на принципах экологической безопасности. Это является государственной задачей:

энергетическая стратегия России на период до 2030 года содержит сводный план («дорожную карту») мероприятий государственной

энергетической политики, обеспечивающих реализацию стратегии, принятую распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 года № 1715-Р. Также распоряжением Правительства РФ от 19 апреля 2018 года №703-р утвержден Комплексный план по повышению энергетической эффективности экономики России, который предусматривает действия по повышению энергетической эффективности при управлении инфраструктурных компаний, предприятий промышленности, организаций бюджетной сферы, многоквартирных домов. Цель плана - модернизация основных фондов, увеличение вклада технологического фактора в снижение энергоемкости валового внутреннего продукта не менее чем до 1,5% в год. Это необходимо, так как энергоемкость ВВП РФ остается на высоком уровне, что негативно сказывается на благосостоянии населения и устойчивости развития всех отраслей деятельности [1].

По данным комплексного плана по повышению энергетической эффективности экономики России, наибольшее увеличение энергоэффективности можно получить в самой электроэнергетике и в теплоэнергетике. В плане указано, что удельный расход энергии и энергоносителей на единицу произведенной электроэнергии, теплоэнергии в России слишком большой. Планом предусмотрены конкретные действия по эффективной электрогенерации, которые будут осуществляться в рамках нового механизма модернизации электро- и теплогенерации, а также за счет снижения потерь в сетях: энергетических, тепловых и водоснабжения.

Одними из наиболее энергоемких отраслей народного хозяйства являются текстильная и строительная отрасли. Обусловлено это не только энергоемким текстильным производством, но и значительными энергозатратами на строительство,

а)

Рис. 1. (а, б) Воздухообменная

На сегодня воздушные тепловые насосы являются более распространенными за рубежом, чем в России, так как разница перепада температур наружного воздуха в европейских странах ниже, чем в РФ, где часто зимой наружная отрицательная температура не позволяет достаточно эффективно работать традиционным воздушным тепловым насосам. Выходом из этой ситуации являются комбинированные системы отопления при совместной работе воздушного теплового насоса и электрического котла. Инновационной разработкой авторов является разработка и внедрение погодозависимой системы

регулирования мощности электрического котла, которая интегрирована с режимом работы воздушного теплового насоса, рис.1(б). Авторами в целях эффективной работы ВТН была разработана и предложена комплексная схема

реконструкцию и реновацию текстильных производств, а также заменой инженерного оборудования и модернизацией производства [3,4]. Учеными ИВГПУ проведен ряд исследований, доказавших, что для теплоснабжения зданий и поддержания необходимого микроклимата производственных помещений (что особенно актуально для текстильных производств) необходимы инновационные решения систем теплоснабжения, в том числе использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ), являющихся безопасными и экологическими. Одним из таких решений является использование воздушных тепловых насосов для теплоснабжения зданий текстильных производств с автоматизированным погодозависимым управлением и специальной воздухообменной системой для поддержания необходимого уровня микроклимата на производстве (рисунок 1 а, б.).

б)

а

работы данного устройства, совмещенная с системой приточно-вытяжной вентиляции в режиме рекуперации. Как вариант при таком решении, ВТН устанавливается внутри отдельного помещения (подвал, котельная и т.д.), встроенного в общее строение, из которого забирается необходимое количество воздуха для работы теплового насоса, в том числе учитывая неорганизованную форму воздухообмена (инфильтрацию).

Доказано, что применение воздушных тепловых насосов в сравнении с традиционными источниками отопления позволит экономить тепловую энергию не только на отопление, но и на вентиляцию зданий текстильных производств [5].

К достоинствам предлагаемой системы теплоснабжения можно отнести:

• экономичность: низкие затраты

на монтаж (для первичного контура, замкнутого

на испаритель, не нужны ни земляные работы, ни водоемы). Не нужно подводить газ, использовать твердотопливные котлы и прочие дорогостоящие системы отопления и вентиляции;

• энергоэффективность: затрачивая 1 кВт электрической мощности в приводе компрессионной установки, можно получить 3 - 4, а при определенных условиях до 5 - 6 кВт тепловой мощности [6];

• экологичность: система использует возобновляемый энергоресурс, а именно, воздух, и совсем немного электрической энергии. Воздух есть везде, а вот земля в личной собственности только за городом, ну а с искусственными или естественными водоемами проблем еще больше, поэтому воздушные тепловые насосы для отопления при определенных условиях можно монтировать даже в городских условиях;

• безопасность: наряду с использование ВИЭ авторами разрабатываются технические решения применения инженерных адаптивных систем рекуперации тепла в зданиях текстильных производств, что позволит не только улучшить качество микроклимата, но и минимизировать условия, создающие вред окружающей среде [7, 8].

• инновационность: воздушный насос можно объединить с системой вентиляции любой конфигурации, что особенно эффективно в текстильных одноэтажных производствах, используя мощности агрегата для повышения эффективности воздухообмена в помещении.

ВЫВОДЫ

Основное отличие и преимущество предлагаемого воздушного теплового насоса заключаются в том, что рассматриваемым источником низкопотенциального тепла является

Библиография

1. Федосов С.В., Федосеев В.Н., Котлов В.Г., Петрухин А.Б., Опарина Л.А., Мартынов И.А. Теоретические основы и методы повышения энергоэффективных жилых и общественных зданий и зданий текстильной и легкой промышленности / С.В. Федосов, В.Н. Федосеев, В.Г. Котлов [и др.]. - Иваново: ПресСто, 2018. -320 с.

2. Петрухин А.Б., Опарина Л.А., Чистякова Ю.А. Анализ целевых показателей энергосбережения и ключевых показателей социально-экономического развития РФ / А.Б. Петрухин, Л.А. Опарина // Информационная среда вуза (IX Международная научно -практическая конференция): Сборник статей. Иваново: ИВГПУ, 2017. - С. 83-93.

3. Ларионов А.Н., Викторов М.Ю. Актуальные проблемы энергоэффективного строительства объектов текстильной промышленности / А.Н. Ларионов, М.Ю.

наружный воздух с рециркуляцией, то есть тепловой насос работает на смеси наружного и внутреннего (забираемого из котельной) воздуха, поэтому в данном случае тепловой насос будет работать реально. Внедрение таких инженерных энергосберегающих решений позволит повысить энергоэффективность текстильных производств по сравнению с традиционными электрокотлами [9]. Использование возобновляемых источников энергоресурсов является в настоящее время крайне актуальным, в Энергетической стратегии развития РФ до 2030 года обозначен целевой ориентир - увеличение относительного объема производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии (кроме гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт) примерно с 0,5 до 4,5% к 2030 году по сравнению с 2000 годом.

По мнению авторов, внедрение организационно-технических мероприятий по энергосбережению и повышению

энергоэффективности в разных отраслях экономики имеет синергетический эффект, так как, например, повышение энергоэффективности зданий и сооружений приводит не только к экономии энергоресурсов при их строительстве и эксплуатации, но и снижению энергоемкости производства в промышленности, структурным изменениям в экономике, обусловленных созданием новых инновационных строительных материалов и технологий, внедрение которых позволяет достигать экономии энергоресурсов в нескольких отраслях экономики [10]. Энергосбережение в разных отраслях приводит к синергетическому эффекту и оказывает влияние на снижение энергоемкости российской экономики в целом.

References

1. Fedosov S.V., Fedoseev V.N., Kotlov V.G., Petruhin A.B., Oparina L.A., Martynov I.A. Teoreticheskie osnovy i metody povysheniya ehnergoehffektivnyh zhilyh i obshchestvennyh zdanij i zdanij tekstil'noj i legkoj promyshlennosti / S.V. Fedosov, V.N. Fedoseev, V.G. Kotlov [i dr.]. -Ivanovo: PresSto, 2018. - 320 s.

2. Petruhin A.B., Oparina L.A., CHistyakova YU.A. Analiz celevyh pokazatelej ehnergosberezheniya i klyuchevyh pokazatelej social'no-ehkonomicheskogo razvitiya RF / A.B. Petruhin, L.A. Oparina // Informacionnaya sreda vuza (IH Mezhdunarodnaya nauchno -prakticheskaya konferenciya): Sbornik statej. Ivanovo: IVGPU, 2017. - S. 83-93.

3. Larionov A.N., Viktorov M.YU. Aktual'nye problemy ehnergoehffektivnogo stroitel'stva ob"ektov tekstil'noj promyshlennosti / A.N. Larionov, M.YU. Viktorov // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2017. - № 2. - S. 45-49.

Викторов // Технология текстильной промышленности. - 2017. - № 2. - С. 45-49.

4. Алоян Р.М., Федосеев В.Н., Петрухин А.Б., Зайцева И.А., Виноградова Н.В., Острякова Ю.Е. Эффективность отопления тепловым насосом автономных текстильных производств в зависимости от уровня термодинамической активности фреонов / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др. ] // Технология текстильной промышленности. - 2017. - № 1. - С. 179-184.

5. Алоян Р.М., Федосеев В.Н., Петрухин А.Б. Экономическая эффективность воздушно-тепловых насосов для объектов производственного и непроизводственного назначения / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др.] // Технология текстильной промышленности. -2016. - № 1. - С. 18-21.

6. Алоян Р.М., Петрухин А.Б., Виноградова Н.В., Федосеев В.Н. Экологические и энергосберегающие технологии в текстильной и легкой промышленности / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др.] // Технология текстильной промышленности. - 2016. - № 6. - С. 263-265.

7. Алоян Р.М., Петрухин А.Б., Виноградова Н.В., Федосеев В.Н. Эффективное энерго- и теплоснабжение автономных текстильных производств / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др.] // Технология текстильной промышленности. -2016. - № 6. - С. 235-237.

8. Алоян Р.М., Петрухин А.Б., Виноградова Н.В., Федосеев В.Н. Функциональная система для теплообмена автономных текстильных производств воздушным тепловым насосом (ВТН) / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др.] // Технология текстильной промышленности. -2016. - № 5. - С. 195-198.

9. Алоян Р.М., Федосеев В.Н., Петрухин А.Б., Зайцева И.А., Воронов В.А., Емелин В.А. Анализ энергоэффективности воздушного теплового насоса и электрокотла в условиях текстильного и швейного производства / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др.] // Технология текстильной промышленности. - 2016. - № 4. - С. 195-198.

10. Алоян Р.М., Петрухин А.Б., Федосеев В.Н., Опарина Л.А., Чистякова Ю.А. Организационно-технические решения снижения энергоемкости российской экономики на примере текстильной и строительной отраслей / Р.М. Алоян, В.Н. Федосеев [и др.] // Технология текстильной промышленности - 2017. - № 4. - С. 301-305.

4. Aloyan R.M., Fedoseev V.N., Petruhin A.B., Zajceva I.A., Vinogradova N.V., Ostryakova YU.E. EHffektivnost' otopleniya teplovym nasosom avtonomnyh tekstil'nyh proizvodstv v zavisimosti ot urovnya termodinamicheskoj aktivnosti freonov / R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2017. - № 1. - S. 179184.

5. Aloyan R.M., Fedoseev V.N., Petruhin A.B. EHkonomicheskaya ehffektivnost' vozdushno-teplovyh nasosov dlya ob"ektov proizvodstvennogo i neproizvodstvennogo naznacheniya / R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2016. - № 1. - S. 18-21.

6. Aloyan R.M., Petruhin A.B., Vinogradova N.V., Fedoseev V.N. EHkologicheskie i ehnergosberegayushchie tekhnologii v tekstil'noj i legkoj promyshlennosti / R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2016. - № 6. - S. 263-265.

7. Aloyan R.M., Petruhin A.B., Vinogradova N.V., Fedoseev V.N. EHffektivnoe ehnergo- i teplosnabzhenie avtonomnyh tekstil'nyh proizvodstv /R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2016. - № 6. - S. 235237.

8. Aloyan R.M., Petruhin A.B., Vinogradova N.V., Fedoseev V.N. Funkcional'naya sistema dlya teploobmena avtonomnyh tekstil'nyh proizvodstv vozdushnym teplovym nasosom (VTN) / R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2016. - № 5. - S. 195198.

9. Aloyan R.M., Fedoseev V.N., Petruhin A.B., Zajceva I.A., Voronov V.A., Emelin V.A. Analiz ehnergoehffektivnosti vozdushnogo teplovogo nasosa i ehlektrokotla v usloviyah tekstil'nogo i shvejnogo proizvodstva / R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. - 2016. - № 4. - S. 195-198.

10. Aloyan R.M., Petruhin A.B., Fedoseev V.N., Oparina L.A., CHistyakova YU.A. Organizacionno-tekhnicheskie resheniya snizheniya ehnergoemkosti rossijskoj ehkonomiki na primere tekstil'noj i stroitel'noj otraslej / R.M. Aloyan, V.N. Fedoseev [i dr.] // Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti - 2017. - № 4. - S. 301-305.

INNOVATIVE SOLUTIONS FOR SAFE AND ENVIRONMENTAL SYSTEMS OF HEAT SUPPLY FOR INDUSTRIAL BUILDINGS IN TEXTILE INDUSTRY AS A FACTOR TO REDUCE THE ENERGY CAPACITY OF THE RUSSIAN ECONOMY

The article reflects the results of the author's research of innovative, safe and environmentally friendly energy-saving solutions used for heat supply of industrial buildings in the textile industry. The implementation of these solutions contributes to reducing energy consumption by buildings, reducing the energy intensity of the textile industry and the Russian economy as a whole.

Keywords: energy intensity, textile industry, safety, environmental friendliness, innovative energy-saving projects, innovative materials

Румянцев Евгений Владимирович,

доктор химических наук, доцент,

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет», Россия, г. Иваново, e-mail: rektor@ivgpu. com, Rumyantsev E. V.,

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, FSBEI of HE «Ivanovo State Polytechnic University», Russia, Ivanovo.

Федосов Сергей Викторович,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет»,

Россия, г. Иваново,

e-mail: fedosov-academic53@mail.ru,

Fedosov S. V.,

Doctor of Technical Sciences, Professor,

FSBEI of HE «Ivanovo State Polytechnic University»,

Russia, Ivanovo.

Федосеев Вадим Николаевич,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет», e-mail: 4932421318@mail.ru, Fedoseev V.N.,

Doctor of Technical Sciences, Professor,

FSBEI of HE «Ivanovo State Polytechnic University»,

Russia, Ivanovo.

Петрухин Александр Борисович,

доктор экономических наук, профессор,

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет»,

Россия, г. Иваново,

e-mail: a.petruhin@mail.ru,

Petrukhin A.B.,

Doctor of Economics, professor,

FSBEI of HE «Ivanovo State Polytechnic University»,

Russia, Ivanovo,

Опарина Людмила Анатольевна,

доктор технических наук, доцент,

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет», Россия, г. Иваново,

Oparina L.A.,

Doctor of Technical Sciences, associate professor, FSBEI of HE «Ivanovo State Polytechnic University», Russia, Ivanovo.

Чистякова Юлия Александровна,

кандидат экономических наук, доцент,

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет»,

Россия, г. Иваново,

e-mail: u.chistykova@mail.ru

Chistyakova Yu.A.,

Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, FSBEI of HE «Ivanovo State Polytechnic University», Russia, Ivanovo.

© Румянцев Е.В., Федосов С.В., Федосеев В.Н., Петрухин А.Б., Опарина Л.А., Чистякова Ю.А., 2018