Эмиссия СО2 при работе автономных водяных систем теплоснабжения

Введение. Эмиссия СО2 при работе тепловых генераторов автономных систем теплоснабжения — один из важнейших показателей техногенного воздействия на атмосферу Земли. Генерация тепла выполняется тепловыми насосами (ТН), газовыми и электрическими котлами, системами на твердом и жидком углеводородном топливе. Цель исследования — оценка показателя эмиссии СО2 на киловатт тепловой энергии указанных генераторов систем теплоснабжения при реальной энергетической эффективности работы тепловых генераторов (ТГ) систем теплоснабжения с отопительными приборами радиаторного типа.

Материалы и методы. Используются официальные сведения Росстата РФ, доклады министерств энергетики, экономического развития, действующие ГОСТы и нормативные документы. При расчете коэффициентов энергетической эффективности ТГ автономных систем теплоснабжения применялись экспериментальные данные. Расчеты проводились методами математического моделирования.

Результаты. Определены значения эмиссии СО2 на киловатт тепловой энергии для автономных систем водяного теплоснабжения при генерации тепловой энергии ТН (воздух–вода) (ASHP), газовыми конденсационными и конвекционными котлами, котлами на твердом и жидком топливе.

Выводы. Оценка эмиссии СО2 тепловых генераторов автономного водяного теплоснабжения показала зависимость от структуры производства и транспортировки электрической энергии, климата и используемых отопительных приборов. Все указанные параметры отличаются для разных стран. При анализе данных по конкретным странам минимальный углеродный след имеют разные тепловые агрегаты.

1. Гимади В., Амирагян А., Поминова И., Курдин А., Колобов О., Мартынюк А. и др. Углеродоемкость электроэнергии в мире и России // Энергетический бюллетень. 2019. № 72. С. 82–85.

2. Белобородов С.С. Cнижения эмиссии СО2: развитие когенерации или строительство ВИЭ? // Энергосовет. 2018. № 1 (51). С. 16–25.

3. Hussy С., Klaassen E., Koornneef J., Wigand F. International comparison of fossil power efficiency and CO2 intensity — Update 2014. Netherlands : ECOFYS, 2014. 84 p.

4. Киселёв Г.Ю., Троценко В.М., Петрова Е.В., Криволапов В.А., Гиршин С.С., Бубенчиков А.А. и др. Потери электрической энергии в электрических сетях // Омский научный вестник. 2023. № 1 (185). С. 80–85. DOI: 10.25206/1813-8225-2023-185-80-85. EDN TIXXEB.

5. Шведов Г.В., Сипачева О.В., Савченко О.В. Потери электроэнергии при ее транспорте по электрическим сетям: расчет, анализ, нормирование и снижение. М. : Издательский дом «МЭИ», 2013. 424 с. EDN SUOPLV.

6. Vadiee A., Dodoo A., Jalilzadehazhari E. Heat supply comparison in a single-family house with radiator and floor heating systems // Buildings. 2019. Vol. 10. Issue 1. P. 5. DOI: 10.3390/buildings10010005

7. Sarbu I., Sebarchievici C. A study of the performances of low-temperature heating systems // Energy Efficiency. 2014. Vol. 8. Issue 3. Рр. 609–627. DOI: 10.1007/s12053-014-9312-4

8. Sarbu I., Sebarchievici C. Performance evaluation of radiator and radiant floor heating systems for an office room connected to a ground-coupled heat pump // Energies. 2016. Vol. 9. Issue 4. P. 228. DOI: 10.3390/en9040228

9. Livonen M. The guid to radiators for low temperature heating. Zonhoven. Belgium : Radson, 2012. 85 p.

10. Persson T. Lågtemperaturvärmesystem: En kunskapsöversikt. Falun, Sweden : Högskolan Dalarna, 2000. 103 p.

11. Myhren J.A., Holmberg S. Design considerations with ventilation-radiators: Comparisons to traditional two-panel radiators // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 1. Рр. 92–100. DOI: 10.1016/j.enbuild.2008.07.014

12. Olesen B.W., de Carli M. Calculation of the yearly energy performance of heating systems based on the European Building Energy Directive and related CEN standards // Energy and Buildings. 2011. Vol. 43. Issue 5. Рр. 1040–1050. DOI: 10.1016/j.enbuild.2010.10.009

13. 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/su11133633

14. Ravina 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/ijerph17020595

15. Торопов А.Л. Исследование работы газовых клапанов конвекционных котлов малой мощности // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2020. № 3. С. 58–71. EDN VZQWKW.

16. Хаванов П.А. Атмосферные газовые горелки автономных генераторов // АВОК. 2003. № 1. C. 54.

17. 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

18. 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.

19. Хаванов П.А., Чуленев А.С. Климатические параметры и эффективность конденсационных котлов // АВОК. 2016. № 3. C. 56–63. EDN VRANFD.

20. Хаванов П.А., Чуленев А.С. Результаты испытаний конденсационного котла при различных режимах эксплуатации // Научное обозрение. 2015. № 10–1. С. 45–49. EDN UHPQER.

21. Табунщиков Ю.А. Конденсационные котлы в автономном теплоснабжении // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2016. № 4. С. 26–31. EDN WANDZV.

22. Bonaros V., Gelegenis J., Haris 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. 2013. DOI: 10.13140/RG.2.1.2731.4406

23. Aksenov A.K., Kosorukov D.P. Application of condensation economizers in order to increase the energy efficiency of gas boilers of a traditional type // International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). 2020. Рр. 1–4. DOI: 10.1109/fareastcon50210.2020.9271452

24. Leonzio G., Fennell P.S., Shah N. Air-source heat pumps for water heating at a high temperature: State of the art // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. Vol. 54. P. 102866. DOI: 10.1016/j.seta. 2022.102866

25. Tabatabaei S.A., Treur J. Comparative Analysis of the Efficiency of Air Source Heat Pumps in Different Climatic Areas of Iran // Procedia Environmental Sciences. 2016. Vol. 34. Рр. 547–558. DOI: 10.1016/j.proenv.2016.04.048

26. Xu Y., Huang Y., Jiang N., Song M., Xie X., Xu X. Experimental and theoretical study on an air-source heat pump water heater for northern China in cold winter: Effects of environment temperature and switch of operating modes // Energy and Buildings. 2019. Vol. 191. Рр. 164–173. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.03.028

27. Kul O., Ugural M.N. Comparative economic and experimental assessment of air source heat pump and gas-fired boiler: a case study from Turkey // Sustainability. 2022. Vol. 14. Issue 21. P. 14298. DOI: 10.3390/su142114298

28. Pieper H., Krupenski I., Markussen W.B., Ommen T., Siirde A., Volkova A. Method of linear approximation of COP for heat pumps and chillers based on thermodynamic modelling and off-design operation // Energy. 2021. Vol. 230. P. 120743. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120743

29. Колечкина А.Ю., Захаров А.В. Повышение энергоэффективности зданий за счет использования систем горизонтальных теплообменников // Construc-tion and Geotechnics. 2016. Т. 7. № 1. C. 112–122. DOI: 10.15593/2224-9826/2016.1.13

30. Чичерин С.В. Место теплоснабжения в современном городе // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2018. Т. 9. № 3. С. 79–87. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.3.08. EDN YKKDLF.

31. Pollard A., Berg B. Heat pump performance. Jungeford, New Zealand : BRANZ Ltd, 2018. 24 p. DOI: 10.13140/RG.2.2.25116.13449

32. Rossi di Schio E., Ballerini V., Dongellini M., Valdiserri P. Defrosting of air-source heat pumps: effect of real temperature data on seasonal energy performance for different locations in Italy // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Issue 17. P. 8003. DOI: 10.3390/app11178003

33. Ruhnau O., Hirth L., Praktiknjo A. Time series of heat demand and heat pump efficiency for energy system modeling // Scientific Data. 2019. Vol. 6. Issue 1. DOI: 10.1038/s41597-019-0199-y

34. Myhren J.A., Holmberg S. Design considerations with ventilation-radiators: Comparisons to traditional two-panel radiators // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 1. Рр. 92–100. DOI: 10.1016/j.enbuild.2008.07.014

35. Olesen B.W., de Carli M. Calculation of the yearly energy performance of heating systems based on the European Building Energy Directive and related CEN standards // Nergy and Buildings. 2011. Vol. 43. Issue 5. Рр. 1040–1050. DOI: 10.1016/j.enbuild.2010.10.009

36. Торопов А.Л. Применение электрических котлов для водяного поквартирного теплоснабжения // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 9. C. 1451–1465. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.9.1451-1465

37. Торопов А.Л. Энергетическая эффективность электрического котла с косвенным поверхностным резисторным нагревом теплоносителя // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 6. С. 927–934. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.6.927-934

38. Пузырев Е.В. Детерминированный и стохастический подходы в расчетах и анализе потерь электрической энергии при оценке эффективности функционирования распределительных сетей : автореф. дис. … канд. техн. наук. Красноярск, 2019. 20 с.

39. Прокопова Л.В., Волков Ю.В. Экологические проблемы при производстве электрической и тепловой энергии : практикум. СПб., 2019. 101 с.