Применение электрических котлов для водяного поквартирного теплоснабжения

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. 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. 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. 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.

1. Шарипов А.Я. Децентрализованное теплоснабжение. Приоритетные направления развития. Проблемы внедрения // CADmaster. 2020. № 2 (93). URL: https://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_93_19.html

2. Башкатова А. Средний размер квартир за десятилетие уменьшился на 20 % // Независимая. 2021. URL: https://www.ng.ru/economics/2021-09-15/1_8252_apartments.html

3. Миронова А.А., Прокофьева Л.М. Семья и домохозяйство в России: демографический аспект // Демографическое обозрение. 2018. № 2. DOI: 10.17323/demreview.v5i2.7936

4. Пьянкова А.И., Щербакова Е.М., Васин С.А. Микропереписи населения России: прошлое, настоящее и будущее // Демографическое обозрение. 2018. № 2. DOI: 10.17323/demreview.v5i2.7935

5. Доброхлеб В.Г., Гузанова А.К. Городское население и семья в современной России // Народонаселение. 2016. № 2 (72). С. 75–84. EDN WCFQBN.

6. 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.

7. 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/202338901058

8. Стертюков 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.

9. 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

10. 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

11. Гимади 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.pdf

12. 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.pdf

13. Романова Т.Н. Обеспечение безопасности при эксплуатации бытового газового оборудования // Строительство и техногенная безопасность. 2018. № 13 (65). С. 113–120. EDN ZISCLR.

14. Шацкая К.В. Аварийность бытового газа. Причины возникновений аварий, правила безопасности использования газа в быту // European research. 2015. № 3 (4).

15. Зуев А.Н., Тарасенко В.И. Состояние и проблемы эксплуатации бытовой газовой аппаратуры — газовых плит // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 507–514. EDN OWFENV.

16. Стариков А.Н., Химанина О.А., Марков М.А., Позднякова Е.В. Обеспечение безопасности эксплуатации газового оборудования // Проблемы науки. 2016. № 2 (3).

17. Яшин Д.Г., Псарев С.А. Анализ аварий на газотранспортной системе России // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2018. № 9.

18. Терёшкин А.А. Анализ аварийности на сетях газораспределения // Вестник магистратуры. 2021. № 5–6 (116). С. 63–65. EDN JURZHC.

19. Данилова А.С. Анализ аварийности сетей тепло- и газоснабжения // Вестник магистратуры. 2021. № 1–5 (112). С. 27–31. EDN QQGWFA.

20. Соколов Ю.И. Системный кризис жилищно-коммунального хозяйства России // Проблемы анализа риска. 2020. Т. 17. № 5. С. 10–25. DOI: 10.32686/1812-5220-2020-17-5-10-25

21. Пилипенко Н.В. Тепловые потери и энергетическая эффективность зданий и сооружений : учебное пособие. СПб. : Университет ИТМО, 2016. 54 с.

22. Жигулина И.С., Алифанова А.И. Особенности применения электрического отопления // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8–1. С. 41–42. EDN QYYPOV.

23. 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/2018007141

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

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

26. 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.

27. 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.2.1.2731.4406

28. Хаванов П.А., Чулнёв А.С. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения : монография. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2022. 262 с.

29. 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.

30. 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.

31. 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.2016.11.025

32. Ma 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: 10.1088/1755-1315/558/5/052012

33. Xie F., Sun Z., Zhou X., Fu C., Yang J. Economic analysis of electric heating based on critical electricity price // AIP Conference Proceedings. 2018. DOI: 10.1063/1.5041186

34. Nielsen 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.2015.08.115

35. Терентьева 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.

36. 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/EC00131-7652-2019-9-48-69

37. 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.

38. 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.

39. 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.

40. 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.

41. 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.