mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2023.9.1451-1465mgssuvest-53Research ArticleИнженерные системы в строительствеEngineering systems in constructionПрименение электрических котлов для водяного поквартирного теплоснабженияApplication of electric boilers for water apartment heat supplyhttps://orcid.org/0000-0002-7457-6948ТороповА. Л.ToropovA. L.

Алексей Леонидович Торопов — кандидат технических наук, генеральный директор — главный конструктор

105122, г. Москва, Щелковское шоссе, д. 13

РИНЦ ID: 1030472

Alexey L. Toropov — Candidate of Technical Sciences, General Director — Chief Designer

13 Schelkovskoe shosse, Moscow, 105122

ID RSCI: 1030472

Toropov@aprilgroup.ruИнженерный центр «Апрель» (ИЦ «Апрель»)РоссияEngineering Center “April”Russian Federation20232909202318914511465Copyright © Торопов А.Л., 20232023Торопов А.Л.Toropov A.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/53Введение

Введение. Под поквартирным теплоснабжением (ПТ) понимается обеспечение теплом систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения квартир. В настоящее время в качестве теплогенераторов для ПТ применяются настенные конвекционные газовые котлы. Дано сравнение энергетических, экологических, экономических показателей автономной системы теплоснабжения при замене газовых теплогенераторов на электрические. Рассмотрены вопросы безопасности работы оборудования и затраты на сервисное обслуживание. Предложены конструктивные и архитектурные решения размещения оборудования.

Материалы и методы

Материалы и методы. Используются официальные данные Росстата РФ, доклады министерства энергетики, министерства экономического развития, действующие ГОСТы и нормативные документы расчета теплопотерь через ограждающие конструкции. Расчеты проводились методами математического моделирования.

Результаты

Результаты. Суммарная мощность потребления электрической энергии квартирного домохозяйства, включая электрическое теплоснабжение, не превышает 15 кВт·ч. Вопрос пикового кратковременного превышения выделенной мощности и срабатывания устройств автоматического отключения электрического питания домохозяйства решается установкой приоритетного распределения выделенной мощности. Углеродоемкость производства тепловой мощности электрическими котлами не превышает общую среднюю эмиссию СО2 теплогенераторами на углеводородном топливе. При использовании тарифов на электроэнергию для домов с электроплитами суммарные затраты на теплоснабжение электрокотлами не превышают нормативов оплаты централизованного теплоснабжения многоэтажных домов. Исключены взрывы и отравление газом.

Выводы

Выводы. Автономное электрическое теплоснабжение квартирных домохозяйств имеет ряд преимуществ по сравнению с поквартирным теплоснабжением на основе газовых теплогенераторов и централизованным теплоснабжением с котельными на газовом, угольном и жидком топливе. В связи с тем, что тарифы на электроэнергию, централизованное теплоснабжение, снабжение газом в регионах РФ изменяются многократно, климатические и экологические условия разные, целесообразно сделать расчет эффективности применения электрического теплоснабжения отдельно для каждого субъекта РФ.

Introduction

Introduction. Apartment heat supply refers to the provision of heat to the heating, ventilation and hot water supply systems of apartments. At the present time, wall convection gas boilers are used as heat generators for apartment heat supply. Comparison of energy, ecological, economic indicators of autonomous heat supply system when replacing gas heat generators with electric ones is given. The issues of equipment safety and costs of service maintenance are considered. Constructive and architectural solutions of equipment placement are proposed.

Materials and methods

Materials and methods. Official data of Rosstat of the Russian Federation, reports of the Ministry of Energy, the Ministry of Economic Development, current GOSTs and regulatory documents for calculation of heat loss through enclosing structures are used. Calculations were carried out by methods of mathematical modelling.

Results

Results. The total power consumption capacity of an apartment household, including electric heat supply, does not exceed 15 kWh. The issue of peak short-term exceeding of the allocated power and the operation of devices for automatic shutdown of household electrical power is solved by setting priority distribution of the allocated power. The carbon intensity of heat power production by electric boilers does not exceed the total average CO2 emission of hydrocarbon fuel heat generators. When using electricity tariffs for houses with electric stoves, the total cost of heat supply by electric boilers does not exceed the standards of payment for district heating of multi-storey buildings. Explosions and gas poisoning are excluded.

Conclusions

Conclusions. Autonomous electric heat supply of apartment households has a number of advantages in comparison with apartment heating based on gas heat generators and centralized heating with boilers on gas, coal and liquid fuel. Due to the fact that tariffs for electricity, district heating, gas supply in the regions of the Russian Federation change many times, climatic and environmental conditions are different, it is advisable to calculate the efficiency of the use of electric heat supply separately for each subject of the Russian Federation.

поквартирное теплоснабжениеэлектрический котелуглеродоемкостьуглеродный следцентральное отоплениеавтономное теплоснабжениетепловой узелapartment heat supplyelectric boilercarbon intensitycarbon footprintcentral heatingautonomous heat supplyheating unitАвтор благодарит рецензентов за замечания по стилю изложения и научно-технической сути, способствующие более глубокому раскрытию темы научной работы.The author thanks the reviewers for their comments, both in terms of the style of presentation and the scientific and technical essence, which contribute to a deeper disclosure of the topic of scientific work.ReferencesШарипов А.Я. Децентрализованное теплоснабжение. Приоритетные направления развития. Проблемы внедрения // CADmaster. 2020. № 2 (93). URL: https://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_93_19.htmlSharipov A.Ya. Decentralized heat supply. Priority directions of development. Implementation problems. CADmaster. 2020; 2(93). URL: https://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_93_19.html (rus.).Башкатова А. Средний размер квартир за десятилетие уменьшился на 20 % // Независимая. 2021. URL: https://www.ng.ru/economics/2021-09-15/1_8252_apartments.htmlBashkatova A. The average apartment size has decreased by 20% in a decade. Independent. 2021. URL: https://www.ng.ru/economics/2021-09-15/1_8252_apartments.html (rus.).Миронова А.А., Прокофьева Л.М. Семья и домохозяйство в России: демографический аспект // Демографическое обозрение. 2018. № 2. DOI: 10.17323/demreview.v5i2.7936Mironova A.A., Prokof’eva L.M. Family and household in Russia: the demographic aspect. Demographic Review. 2018; 2. DOI: 10.17323/demreview.v5i2.7936 (rus.).Пьянкова А.И., Щербакова Е.М., Васин С.А. Микропереписи населения России: прошлое, настоящее и будущее // Демографическое обозрение. 2018. № 2. DOI: 10.17323/demreview.v5i2.7935P’yankova A.I., Shcherbakova E.M., Vasin S.A. Micro-censuses of the population of Russia: past, present and future. Demographic Review. 2018; 2. DOI: 10.17323/demreview.v5i2.7935 (rus.).Доброхлеб В.Г., Гузанова А.К. Городское население и семья в современной России // Народонаселение. 2016. № 2 (72). С. 75–84. EDN WCFQBN.Dobrokhleb V.G., Guzanova A.K. Urban population and family in modern Russia. Population. 2016; 2(72):75-84. EDN WCFQBN. (rus.).Торопов А.Л. Использование электрических котлов с иерархическим управлением нагрузкой для поквартирного теплоснабжения // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 11. С. 1488–1498. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.11.1488-1498. EDN AHDYIY.Toropov A.L. Using electric boilers with hierarchical load control systems to supply heat to apartments. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(11):1488-1498. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.11.1488-1498 EDN AHDYIY. (rus.).Toropov A.L. The system of priority distribution of the allocated limited electrical capacity of the household // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 389. P. 01058. DOI: 10.1051/e3sconf/202338901058Toropov A.L. The system of priority distribution of the allocated limited electrical capacity of the household. E3S Web of Conferences. 2023; 389:01058. DOI: 10.1051/e3sconf/202338901058Стертюков К.Г., Стародубцева О.А. Проблемы внедрения новых технологий и технических средств с целью увеличения КПД в энергетической отрасли // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2018. № 25. C. 58–73. EDN UOAKVZ.Stertyukov K.G., Starodubtseva O.A. Problems of introduction of new technologies and technical tools to increase efficiency in the energy sector. PNRPU Bulletin. Electrotechnics, Informational Technologies, Control Systems. 2018; 25:58-73. EDN UOAKVZ. (rus.).Casasso A., Capodaglio P., Simonetto F., Sethi R. Environmental and Economic Benefits from the Phase-out of Residential Oil Heating: A Study from the Aosta Valley Region (Italy) // Sustainability. 2019. Vol. 11. Issue 13. P. 3633. DOI: 10.3390/su11133633Casasso A., Capodaglio P., Simonetto F., Sethi R. Environmental and economic benefits from the phase-out of residential oil heating: A study from the Aosta Valley Region (Italy). Sustainability. 2019; 11(13):3633. DOI: 10.3390/su11133633Ravina M., Gamberini C., Casasso A., Panepinto D. Environmental and health impacts of domestic hot water (dhw) boilers in urban areas: A case study from Turin, NW Italy // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17. Issue 2. P. 595. DOI: 10.3390/ijerph17020595Ravina M., Gamberini C., Casasso A., Panepinto D. Environmental and health impacts of Domestic Hot Water (DHW) boilers in urban areas: A case study from Turin, NW Italy. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020; 17(2):595. DOI: 10.3390/ijerph17020595Гимади В., Амирагян А., Поминова И. и др. Углеродоемкость электроэнергии в мире и России // Энергетический бюллетень. 2019. № 72. URL: https://ac.gov.ru/files/publication/a/22245.pdfGimadi V., Amiraghyan A., Pominova I. et al. Carbon intensity of electricity in the world and Russia. Energy Bulletin. 2019; 72. URL: https://ac.gov.ru/files/publication/a/22245.pdf (rus.).Григорьев Л., Павлюшина В., Музыченко Е. и др. Экология и экономика: тенденция к декарбонизации // Бюллетень о текущих тенденциях российской экономики. 2020. № 66. URL: https://ac.gov.ru/uploads/2-Publications/BRE/_октябрь_web.pdfGrigoriev L., Pavlyushina V., Muzychenko E. et al. Ecology and economics: Tendency towards decarbonization. Bulletin on Current Trends in the Russian Economy. 2020; 66. URL: https://ac.gov.ru/uploads/2-Publications/BRE/_октябрь_web.pdf (rus.).Романова Т.Н. Обеспечение безопасности при эксплуатации бытового газового оборудования // Строительство и техногенная безопасность. 2018. № 13 (65). С. 113–120. EDN ZISCLR.Romanova T.N. Security at operation of household gas equipment. Construction and Industrial Safety. 2018; 13(65):113-120. EDN ZISCLR. (rus.).Шацкая К.В. Аварийность бытового газа. Причины возникновений аварий, правила безопасности использования газа в быту // European research. 2015. № 3 (4).Shatskaya K.V. Accident rate of domestic gas. Causes of accidents, safety rules for the use of gas in everyday life. European Research. 2015; 3(4). (rus.).Зуев А.Н., Тарасенко В.И. Состояние и проблемы эксплуатации бытовой газовой аппаратуры — газовых плит // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 507–514. EDN OWFENV.Zuev A., Tarasenko V. The condition and problems of gas-stove operation of the domestic gas-fitting. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011; 7:507-514. EDN OWFENV. (rus.).Стариков А.Н., Химанина О.А., Марков М.А., Позднякова Е.В. Обеспечение безопасности эксплуатации газового оборудования // Проблемы науки. 2016. № 2 (3).Starikov A.N., Khimanina O.A., Markov M.A., Pozdnyakova E.V. Ensuring the safety of gas equipment operation. Problems of Science. 2016; 2(3). (rus.).Яшин Д.Г., Псарев С.А. Анализ аварий на газотранспортной системе России // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2018. № 9.Yashin D.G., Psarev S.A. Analysis of accidents in the gas transmission system of Russia. Fire Safety: Problems and Prospects. 2018; 9. (rus.).Терёшкин А.А. Анализ аварийности на сетях газораспределения // Вестник магистратуры. 2021. № 5–6 (116). С. 63–65. EDN JURZHC.Tereshkin A.A. Analysis of accidents on gas distribution networks. Bulletin of the Magistracy. 2021; 5-6(116):63-65. EDN JURZHC. (rus.).Данилова А.С. Анализ аварийности сетей тепло- и газоснабжения // Вестник магистратуры. 2021. № 1–5 (112). С. 27–31. EDN QQGWFA.Danilova A.S. Analysis of the accident rate of heat and gas supply networks. Bulletin of the Magistracy. 2021; 1-5(112):27-31. EDN QQGWFA. (rus.).Соколов Ю.И. Системный кризис жилищно-коммунального хозяйства России // Проблемы анализа риска. 2020. Т. 17. № 5. С. 10–25. DOI: 10.32686/1812-5220-2020-17-5-10-25Sokolov Yu.I. Systemic crisis of housing and communal services in Russia. Issues of Risk Analysis. 2020; 17(5):10-25. DOI: 10.32686/1812-5220-2020-17-5-10-25 (rus.).Пилипенко Н.В. Тепловые потери и энергетическая эффективность зданий и сооружений : учебное пособие. СПб. : Университет ИТМО, 2016. 54 с.Pilipenko N.V. Heat losses and energy efficiency of buildings and structures : tutorial. St. Petersburg, ITMO University, 2016; 54. (rus.).Жигулина И.С., Алифанова А.И. Особенности применения электрического отопления // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8–1. С. 41–42. EDN QYYPOV.Zhigulina I.S., Alifanova A.I. Features of the use of electric heating. Modern science-intensive technologies. 2013; 8-1:41-42. EDN QYYPOV. (rus.).Аллох М.Ю., Маликов С.А. Сравнение эффективности теплового насоса и электрического котла для теплоснабжения коттеджа // X Междунар. студ. науч. конф. : студ. науч. форум. 2018. URL: https://scienceforum.ru/2018/article/2018007141Alloh M.Yu., Malikov S.A. Comparison of the efficiency of a heat pump and an electric boiler for heating a cottage. X International Student Scientific Conference: student scientific forum. 2018. URL: https://scienceforum.ru/2018/article/2018007141 (rus.).Табунщиков Ю.А. Конденсационные котлы в автономном теплоснабжении // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2016. № 4. C. 26–31. EDN WANDZV.Tabunshchikov Yu.A. Tabunshchikov Yu.A. Condensing boilers in autonomous heat supply. ABOK: Heating, Ventilation, Air-Conditioning, Heat Supply and Building Thermal Physics. 2016; 4:26-31. EDN WANDZV. (rus.).Хаванов П.А., Чуленев А.С. Климатические параметры и эффективность конденсационных котлов // АВОК. 2016. № 3. C. 56–63. EDN VRANFD.Khavanov P.A., Chulenev A.S. Climatic parameters and efficiency of condensing boilers. ABOK: Heating, Ventilation, Air-Conditioning, Heat Supply and Building Thermal Physics. 2016; 3:56-63. EDN VRANFD. (rus.).Наумов Н.Р., Марьяндышев П.А., Попов А.Н., Любов В.К. Исследование работы газовых котлов малой мощности // Вестник Череповецкого государственного университета. 2017. № 4 (79). С. 27–33. DOI: 10.23859/1994-0637-2017-4-79-4 EDN ZCDJEB.Naumov N.R., Maryandyshev P.A., Po-pov A.N., Lyubov V.K. Study on gas boilers of low capacities. Cherepovets State University Bulletin. 2017; 4(79):27-33. DOI: 10.23859/1994-0637-2017-4-79-4 EDN ZCDJEB. (rus.).Bonaros V., Gelegenis J., Harris D., Giannakidis G., Zeryas K. Analysis of the energy and cost savings caused by using condensing boilers for heating dwellings in Greece // 5th International Conference on Applied Energy ICAE2013. Pretoria, South Africa, 2013. DOI: 10.13140/RG.2.1.2731.4406Bonaros V., Gelegenis J., Harris D., Giannakidis G., Zeryas K. Analysis of the energy and cost savings caused by using condensing boilers for heating dwellings in Greece. 5th International Conference on Applied Energy ICAE2013. Pretoria, South Africa, 2013. DOI: 10.13140/RG.2.1.2731.4406Хаванов П.А., Чулнёв А.С. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения : монография. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2022. 262 с.Khavanov P.A., Chulnev A.S. Heat sources of autonomous heat supply systems : monograph. Moscow, Publishing house MISI – MGSU, 2022; 262. (rus.).Хаванов П.А., Чулнёв А.С. Оценка мощности и экологические аспекты теплогенерирующих установок : учебно-методическое пособие. М. : Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, ЭБС АСВ, 2017. 82 c.Khavanov P.A., Chulnev A.S. Power assessment and environmental aspects of heat generating installations: teaching aid. Moscow, Moscow State University of Civil Engineering, IP Air Media, EBS DIA, 2017; 82. (rus.).Торопов А.Л. Гидравлическая и тепловая устойчивость работы автономных систем поквартирного теплоснабжения // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 7. С. 944–953. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.944-953 EDN QWQWXX.Toropov A.L. Hydraulic and thermal stability of independent systems of apartment heating. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(7):944-953. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.944-953 EDN QWQWXX. (rus.).Vignali G. Environmental assessment of domestic boilers: A comparison of condensing and traditional technology using life cycle assessment methodology // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 142. Pp. 2493–2508. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.11.025Vignali G. Environmental assessment of domestic boilers: A comparison of condensing and traditional technology using life cycle assessment methodology. Journal of Cleaner Production. 2017; 142:2493-2508. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.11.025Ma D., Zou G., Guo J., Li J., Kan Z., Wang C. Research on evaluation method of coal-to-electricity project considering load access mode // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 558. Issue 5. P. 052012. DOI: 10.1088/1755-1315/558/5/052012Ma D., Zou G., Guo J., Li J., Kan Z., Wang C. Research on evaluation method of coal-to-electricity project considering load access mode. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020; 558(5):052012. DOI: 10.1088/1755-1315/558/5/052012Xie F., Sun Z., Zhou X., Fu C., Yang J. Economic analysis of electric heating based on critical electricity price // AIP Conference Proceedings. 2018. DOI: 10.1063/1.5041186Xie F., Sun Z., Zhou X., Fu C., Yang J. Economic analysis of electric heating based on critical electricity price. AIP Conference Proceedings. 2018. DOI: 10.1063/1.5041186Nielsen M.G., Morales J.M., Zugno M., Pedersen T.E., Madsen H. Economic valuation of heat pumps and electric boilers in the Danish energy system // Applied Energy. 2016. Vol. 167. Pp 189–200. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.08.115Nielsen M.G., Morales J.M., Zugno M., Pedersen T.E., Madsen H. Economic valuation of heat pumps and electric boilers in the Danish energy system. Applied Energy. 2016; 167:189-200. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.08.115Терентьева А.С. Анализ основных проблем централизованного теплоснабжения в России на современном этапе // Науч. тр.: Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН. 2020. № 18. С. 253–273. DOI: 10.47711/2076-318-2020-253-273. EDN THHLDV.Terentyeva A.S. Analysis of the main district heating issues in Russia at the present stage. Scientific Works: Institute of Economic Forecasting of the Russian Academy of Sciences. 2020; 18:253-273. DOI: 10.47711/2076-318-2020-253-273 EDN THHLDV. (rus.).Стенников В.А., Пеньковский А.В. Проблемы российского теплоснабжения и пути их решения // Всероссийский экономический журнал ЭКО. 2019. № 9. С. 48–69. DOI: 10.30680/EC00131-7652-2019-9-48-69Stennikov V.A., Penkovskii A.V. Problems of the Russian Heat Supply and Ways of Solvung them. ECO. 2019; 9:48-69. DOI: 10.30680/EC00131-7652-2019-9-48-69 (rus.).Щапова Я.А. Состояние и перспективы развития теплоэнергетики в России // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе : мат. Нац. с междунар. участием науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, ученых и специалистов, посвящ. 20-летию создания кафедры электроэнергетики. 2020. С. 50–51. EDN UJMCCT.Shchapova Ya.A. State and prospects for the development of thermal power engineering in Russia. Energy saving and innovative technologies in the fuel and energy complex : materials of the National with international participation scientific and practical conference of students, graduate students, scientists and specialists dedicated to the 20th anniversary of the creation of the Department of Electric Power Engineering. 2020; 50-51. EDN UJMCCT. (rus.).Цуверкалова О.Ф. Анализ современного состояния и тенденций развития отрасли теплоснабжения в РФ // Вестник Алтайской академии экономики и права. 2020. № 11–3. С. 554–559. DOI: 10.17513/vaael.1462 EDN VFEUFY.Tsuverkalova O.F. Analysis of the current state and trends of development of the heat supply industry in the Russian Federation. Bulletin of the Altai Academy of Economics and Law. 2020; 11-3:554-559. DOI: 10.17513/vaael.1462. EDN VFEUFY. (rus.).Гайворонская М.С. Оценка потребности в газификации домохозяйств России и возможности для ее ускорения // Науч. тр.: Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН. 2020. № 18. С. 274–295. DOI: 10.47711/2076-318-2020-274-295 EDN MORHDW.Gayvoronskaya M.S. Assessment of the need of households for gasification in Russia and the possibilities for its acceleration. Scientific Works: Institute of Economic Forecasting of the Russian Academy of Sciences. 2020; 18:274-295. DOI: 10.47711/2076-318-2020-274-295 EDN MORHDW. (rus.).Долматов И.А., Панова М.А., Кечин С.А. Подходы к определению уровня газификации регионов // Газовая промышленность. 2019. № 4 (783). С. 88–93. EDN ZCQQPJ.Dolmatov I.A., Panova M.A., Kechin S.A. Approaches to the determination of the gasification level of regions. GAS Industry. 2019; 4(783):88-93. EDN ZCQQPJ. (rus.).Торопов А.Л. О проблемах возникновения легионеллы и других бактерий в индивидуальных и децентрализованных системах отопления и горячего водоснабжения комбинированных гелиосистем // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 3–2. С. 256–260.Toropov A.L. On the problems of the occurrence of legionella and other bacteria in individual and decentralized heating systems and hot water supply of combined solar systems. Modern science-intensive technologies. 2019; 3-2:256-260. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.