Раздел  «Автоматика.  Энергетика.  Управление»

Раздел  «Автоматика.  Энергетика.  Управление» 
 
 

 
 
 
Внедрение конвективных 
электронагревателей низкого давления  
в системе теплоснабжения ЖКХ 
 
А.Д. МЕХТИЕВ, к.т.н., зав. кафедрой, 
В.И. ЭЙРИХ, ст. преподаватель, 
В.В. ЮГАЙ, ст. преподаватель, 
П.М. КИМ, вед. спец. ТО «Диомонд», 
Карагандинский  государственный  технический  университет,  кафедра  ТСС 
 
Ключевые  слова:  вакуумный  радиатор,  система,  теплоснабжение, энергосбережение, тепловая трубка, 
отопление. 
 
овременная 
концепция 
построения 
систем 
теплоснабжения  ЖКХ  породила  ряд  проблем, 
связанных 
с 
энергоэффективностью 
и 
энергосбережением.  В  настоящее  время  очень 
актуальны  внедрение  энергосберегающей  технологии 
и  развитие  альтернативной  энергетики,  что  является 
основой 
уменьшения 
негативного  влияния  на 
окружающую 
среду 
и 
снижение 
стоимости 
энергоресурсов. 
Разработка 
высокоэффективных 
систем 
энергообеспечения 
полностью 
отвечает 
приоритетам,  сформулированным  в  Послании 
главы 
государства  Н.А.  Назарбаева  народу 
Казахстана, 
где 
отмечалась 
необходимость 
формирования 
индустриальной 
технологической 
стратегии 
для 
Казахстана. 
Внедрение 
наукоѐмких  технологий  в  сферу  энергосбережения  и 
«Зелѐной 
энергетики» 
позволит 
обеспечить 
в 
дальнейшем 
высокие 
технико-экономические 
показатели 
систем 
производства 
энергии. 
Инновационный  подход  к  энергообеспечению  жилых 
и  промышленных  объектов  гарантирует  существенное 
сокращение  затрат  минеральных  топливных  ресурсов 
и  выбросов  углекислого  газа  в атмосферу, тем самым 
уменьшит  отрицательное  влияние  на  изменения 
климата  в  общемировом  масштабе,  а  также  позволит 
снизить  финансовые  затраты  в  условиях  постоянно 
растущих  цен на углеводородное  сырьѐ. 
Практической  реализацией  одного  из направлений 
«Зелѐной 
энергетики» 
является 
внедрение 
конвективных  электронагревателей  низкого  давления 
в  системы  теплоснабжения  ЖКХ.  Данная  разработка 
позволит  создавать  автономные  беструбные  системы 
теплоснабжения, 
соответствующие 
требованию 
программы 
энергосбережения 
и 
повышения 
энергетической 
эффективности 
объектов 
в 
соответствии 
с 
программой 
энергосбережения 
Республики  Казахстан  «Энергосбережение  2020»  [1], 
которая  позволит  существенно  сократить  затраты 
электрической  и  тепловой  энергии,  расходуемой  на 
поддержание 
жизнедеятельности 
жилых 
зданий. 
Много  сил  затрачивают  соответствующие  службы, 
чтобы  поддерживать  работоспособность  огромного 
теплового 
хозяйства, 
очень 
большие 
средства 
затрачиваются  на  его  содержание,  но  ситуация  не 
улучшается,  а  наоборот,  ухудшается,  увеличиваются 
проценты  износа  сетей  и  оборудования,  растут 
тарифы,  ухудшается  качество  предоставляемых  услуг 
и т.д.   
Альтернативой  традиционной  системе  отопления 
и  электроотопительным  приборам  может  быть 
конвективный  электронагреватель  низкого  давления 
(КЭНД), 
позволяющий 
создать 
автономные 
беструбные  системы  теплоснабжения  для  объектов 
ЖКХ.  Внедрение  КЭНД  не  подразумевает  тотального 
перевооружения  или  ликвидации  тепловых  сетей,  а 
направлено  на  оснащение  строящихся  объектов  с 
автономными  системами  отопления.  На  сегодняшний 
день  нет  реальных  мотиваций  экономии  тепловой 
энергии  для  многоквартирных  и  индивидуальных 
домов,  так  как  приборы  учета  тепловой  энергии  не 
имеют  массового  применения  у  собственников  жилья 
в  силу  их  конструктивного  исполнения  и  высокой 
стоимости. 
Отопление 
с 
использованием 
электричества  пока  еще  дороже,  чем  традиционное 
водяное  отопление,  но  если  сократить  потери  тепла  с 
50-60  Вт/м   до  25-30  Вт/м ,  то  затраты  на  обогрев 
примерно  станут  одинаковыми.  На  сегодняшний  день 
тариф  на  электроэнергию  в  среднем  по  Казахстану 
составляет  10  тенге.  Мощность  одного  КЭНД 
составляет  600  Вт,  это  достаточно  для  комнаты 
площадью  18-
м ,  в  среднем  на  2-комнатную 
квартиру  понадобится  3  таких  обогревателя,  с 
продолжительностью  работы  около  16  часов,  т.е 
затраты  на  электроэнергию  в  месяц  составят  8640  тг. 
При 
использовании 
централизованной 
системы 
отопления,  с  учетом  тарифа  за  тепло  равного  84 тг/м  
(для  Караганды),  затраты  на  обогрев  той  же  самой  2-
комнатной  квартиры  составляют  около  4  тыс.  тг,  без 
учета  затрат  на  эксплуатацию  и  ремонт  трубной 
системы  отопления.  Если  сократить  энергопотери,  к 
примеру,  крупнопанельного  дома  периода  постройки 
70-х  годов,  который  мы  приводили  в  качестве 
примера,  с  60  Вт/м   до  30  Вт/м   путем  проведения 
санации  зданий,  то  энергозатраты  на  обогрев  с 
использованием  КЭНД  снизятся  в  2  раза  и  будут 
составлять  4320  тг.  КЭНД  оснащен,  в  отличие  от 
водяного  радиатора  отопления,  терморегулятором  и 
системой 
климат-контроля, 
что 
позволяет 
регулировать  температуру  в  помещении  с  учетом 
С
 

Раздел  «Автоматика.  Энергетика.  Управление» 

 
 
 
наружной  температуры.  Проведение  мероприятий  по 
энергоаудиту,  энергосбережению  и  санации  зданий 
позволит  значительно  сократить  потери  тепла  и  тем 
самым создаст перспективы внедрения  КЭНД. 
Принцип 
работы 
конвективного 
электронагревателя  низкого  давления  (КЭНД)  основан 
на  эффекте  тепловой  трубки.  Тепловая  трубка 
представляет  собой  устройство  для  передачи  тепла  из 
одной  зоны  (горячей) в другую (холодную) при малом 
градиенте 
температуры. 
Ее 
эффективная 
теплопроводность  в  тысячи  раз  больше,  чем 
теплопроводность  таких  металлов,  как  серебро,  медь. 
Тепловая  трубка  во  многих  отношениях  является 
наиболее  совершенной  из  всех  разнообразных 
устройств  для  передачи  теплоты  (около  95%  из  зоны 
испарения  в  зону  конденсации),  характеристика 
тепловых  труб представлена  в таблице  1.  
 
Таблица  1  –  Основные  достигнутые  характеристики 
современных тепловых  труб  
Рабочий диапазон  температур 
-269,15-2026,85 °C 
Скорость теплопередачи   
звуковой предел 
Мощность теплопередачи  кВт/ 
площадь сечения 
до 20 кВт/см  
Ресурс работы  
20 000 ч 
 
Внутри 
тепловой 
трубки 
осуществляется 
замкнутое 
циклическое 
преобразование 
электрической  энергии  в  тепловую  путем  нагрева 
небольшого  расчетного  количества  воды  (химически 
подготовленной  воды),  которая  при  вскипании 
превращается 
в  пар  в  герметичной  полости 
электронагревателя,  в  которой,  отдавая  тепло,  пар 
конденсируется,  конденсат  стекает  по  внутренней 
вертикальной 
поверхности 
к 
нагревательному 
элементу,  преобразуясь  вновь  в  пар.  Внутри  полости 
батареи  создается  вакуум,  что  позволяет  тепловым 
частицам  без  сопротивления  со  скоростью  звука 
перемещаться в верхнюю  зону конденсации.   
В  зависимости  от  интервала  температур  могут 
быть  использованы  самые  различные  вещества, 
приведенные  к  жидкой  фазе  вещества,  используемого 
в  качестве  теплоносителя  –  от  сжиженных  газов  до 
металлов:  гелий  (-
-269°C),  аммиак  (-60...+100°C), 
фреон-11  (-40...+120°C),  ацетон  (0...+120°C),  вода 
(30...200°C),  ртуть  (250...650°C),  натрий  (600...1200°C), 
серебро  (1800...2300°C)  и  т.д.  Количество  теплоты, 
которое  может  быть  передано  в  виде  теплоты 
парообразования,  обычно  на  несколько  порядков 
выше  количества,  которое  может  быть  передано  в 
виде  рабочей  жидкости  в  обычной  конвективной 
системе.  Поэтому  тепловая  труба  может  передавать 
большее  количество  теплоты  при  малом  размере 
установки.  Конструкции  КЭДН обычно не превышают 
размеры традиционных  приборов отопления. 
В  качестве  теплоносителя  используется  вода, 
которая  отличается  наилучшими  теплотехническими 
показателями  (см.  данные  таблицы  2).  Основным 
показателем  является  удельная  теплота  испарения, она 
показывает,  сколько  Дж  тепловой  энергии  можно 
отвести  при  испарении  1  кг  данной  жидкости. 
Альтернативой  воде  может  быть  метиловый  спирт,  он 
имеет 
вдвое 
меньшие 
показатели, 
но 
из-за 
токсичности  ограничен в применении.  
В  качестве  теплоносителя  в  тепловых  трубках 
можно  применять  множество  жидкостей  с  низкой 
температурой испарения. Из всего перечня наивысшая 
теплота  испарения,  как  видно  из  таблицы  2,  у  самой 
распространенной  жидкости  на  земле  –  воды.  Это 
наиболее  эффективный  теплоноситель,  работающий 
на 
испарение 
при 
реальных 
температурах 
электронагревателей.  Таблицу  можно  дополнить 
фреоном,  аммиаком  и  другими  соединениями, но нас 
интересует  диапазон  температур  от  +  20  до  +80°С, 
поэтому 
мы 
ограничимся 
представленными 
веществами.  Температура  кипения  перечисленных 
жидкостей  при  атмосферном  давлении  находится  в 
диапазоне  от  100  до  34°С.  Снижение  давления 
приводит  к  снижению  температуры  парообразования, 
при  давлении  0,05кГ/см ,  вода  закипает  примерно при 
°С. 
Проведенные  нами  эксперименты  при  создании 
КЭНД  позволили  установить  простой способ создания 
условия,  чтобы  жидкость  кипела  при  заданной 
температуре.  Для  снижения  температуры  кипения 
необходимо 
снизить 
давление. 
Зависимость 
температуры  кипения  от  давления  для  воды  показана 
на рисунке 1. 
Благодаря этому эффекту обеспечивается быстрый 
нагрев  конвективных  поверхностей.  Конструкция 
КЭНД  позволяет  расширить  площадь  теплоотдачи  на 
1  кВт  мощности  до  1  м   и выше, снизить температуру 
на  этих  площадях  до 
°С,  конвекторы  КЭНД 
вырабатывают  комфортное  тепло  и  не  сушат  воздух. 
Промышленностью 
выпускаются 
масляные 
электронагреватели  мощностью  1200-2000  Вт,  с 
рабочей  температурой поверхности 80°С, но в отличие 
от  предложенного  нами  электронагревателя  имеет  в  2 
раза  меньшую  площадь  теплоотдачи.  КЭНД  является 
прекрасным  теплоаккумулятором.  При  импульсном 
режиме  потребления  электроэнергии  нагревателями 
тепло  длительное  время  выделяется  и  при  их 
отключении. 
Период 
выделения 
тепла 
при 
отключении  составляет  50%  и  более.  Внутри 
нагревателя  температурный  режим  отслеживается 
механизмом  электронного  управления  в  пределах  90-
°С.  Конструкции  традиционных,  в  том  числе 
импортных  электронагревателей  типа  Ноуро,  Нобо  и 
др.,  имеют  конструктивную ограниченность – на 1 кВт 
мощности  площадь  теплоотдачи  составляет  до  0,1  м , 
а  температура  в  центре  нагрева     
°С      и    выше.   
Проходя   через  высоконагретые 
 
Таблица 
2 
– 
Теплотехнические 
показатели 
теплоносителей 
Вещество 
Удельная 
теплоемкость, 
Дж/кг×град 
Температура 
кипения,  
град.С 
Удельная 
теплота 
испарения, 
Дж/кг 
Ацетон 
 
 
 
Бензол 
 
 
 
Сероуглерод 
 
 
 
Спирт 
метиловый 
 
 
 

Раздел  «Автоматика.  Энергетика.  Управление» 

 
 
 
Спирт 
пропиловый 
 
 
 
Спирт этиловый 
 
 
 
Эфир этиловый 
 
 
 
Вода 
 
100/30 
(0,05кГ/см ) 
2260/2400 
(0,05кГ/см ) 
Сложные 
составы 
- 
-
 
-
 
 
 
 
Рисунок 1 – Зависимость температуры кипения  воды от давления  внутри тепловой  трубки 
поверхности,  воздух  теряет  влажность  и  становится 
сильно 
сухим,  что  снижает  комфортность  в 
помещении.  Если  в  таких  нагревателях  попытаться 
расширить 
площади 
теплоотдачи,  то  придется 
увеличивать  температуру,  что  еще  больше  ухудшит 
показатели 
комфортности 
таких 
нагревателей. 
Дополнительно 
такие 
нагревательные 
блоки 
совершенно  не  ремонтоспособны.  КПД  различных 
электронагревателей  представлен  на рисунке 2.   
 
 
Рисунок 2 – КПД  различных  электронагревателей   
 – (воздушно-тэновых  (40  %),  2 – масляных   
электронагревателей  (60-
 – КЭНД
 
 
Конструктивно  КЭНД  выполнен  как  обычный 
масляный  электрический  радиатор,  но  внутри  его 
полости  создается  давление,  примерно  равное 
0,05кГ/см ,  и  помещен  эффективный  теплоноситель, 
активизированный 
электронагревателем. 
Внешний 
вид  и  конструктивное  исполнение  исследованного 
прототипа  КЭНД  приведены  на  рисунке  3.  Для 
повышения  эффективности  работы  КЭНД  оснащается 
внешними 
и 
внутренними 
температурными 
датчиками, 
подключенными  к  термореле.  Это 
конструктивное 
решение 
позволяет 
выполнять 
контроль  температуры  нагрева  рабочих  поверхностей 
КЭНД  по  внешним  и  внутренним  тепловым 
параметрам  и  обеспечивает  экономичный  режим 
работы устройства. 
КЭНД  являются  основой  для  беструбных  систем 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
воздушно-теновый
электронагреватель
маслянный
электронагреватель
вакуумный
электронагреватель

Раздел  «Автоматика.  Энергетика.  Управление» 

 
 
 
отопления  с  серверным  электронным  управлением.  В 
основу  такой  разработки  заложена  идея,  что  сам 
собственник  жилья  должен  осознанно  влиять  на 
количество,  качество,  своевременность  подачи  и 
обоснованность  стоимости  тепла,  а  энергетическая 
компания  бесспорно  влиять  на  своевременность 
оплаты  этой  услуги,  так  как  щиты  подключения  и 
учета  будут  находиться  в  доступных  для  ее 
специалистов  местах,  в  том  числе  лестничных 
клетках.  Питающее  напряжение 220  В.  
Идея  заключается  в  создании  высоконадѐжных 
беструбных,  энергосберегающих  систем  отопления, 
отсутствии  воздушных  пробок  и  технической  воды  в 
радиаторах 
отопления. 
КЭНД 
отопления 
не 
подвержены  коррозии  и  засорению  проточной  части. 
Просты  при  монтаже  и  эксплуатации,  по сравнению с 
традиционными 
системами 
водотеплоснабжения. 
Срок  эксплуатации  КЭНД  составляет  более  20  лет. 
Безопасность  КЭНД  соответствует  всем  нормативам и 
требованиям  ГОСТ  31311-2005  п.п.  5.2,5.9  Республики 
Казахстан. 
При  длительном  отключении  электроэнергии 
КЭНД  не  размораживаются,  так  как  в  них  имеется 
малое  количество  воды,  которое,  превращаясь  в  лед, 
не 
разрушает 
конструкцию 
нагревателя. 
При 
повторном 
включении 
электроэнергии 
образовавшийся  лед  размораживается  и  КЭНД 
продолжают  работать  в  прежнем  режиме.  КЭНД  не 
текут,  так  как  внутренняя  поверхность  нагревателей 
не  коррозируется  в  связи  с  отсутствием  кислорода  и 
наличием  вакуума,  не  могут  взрываться,  так  как 
постоянное  (расчетное)  количество  воды  и  мощность 
нагревателя  естественно  гарантируют  остальные 
параметры  нагревателя.  Срок  эксплуатации  таких 
нагревателей  30  лет  и  более.  Мощность  нагревателей 
от  0,5  до  2  кВт.  Жилец  может  пользоваться 
выделением  тепла  по  своему  усмотрению,  серверное 
электронное 
управление 
будет 
поддерживать 
заданные  режимы,  в  то  же  время  хозяин  может 
регулировать  тепловой  режим  по  каждому  по-
мещению,  комнате  в  квартире,  вплоть  до  его 
отключения,  не  боясь  разморозить  или  взорвать 
систему.  
 
 
Рисунок 3 – Конструктивное  исполнение  КЭНД 
Отдельные 
КЭНД 
и 
беструбные 
системы 
отопления  на  основе  КЭНД  с  ручным  и  серверным 
электронным 
управлением 
могут 
эффективно 
применяться 
при 
строительстве, 
капитальном 
ремонте,  реконструкции  многоэтажных  жилых  домов, 
малоэтажного  строительства,  реконструкции  ветхого 
жилья,  энергоэффективно  использовать  для  отопления 
школ,  детских  садов,  различных  офисов,  больниц  и 
других 
объектов 
социально-культурной 
сферы. 
Особенно  энергоэффективно  для  зданий,  имеющих 
периодический  режим  эксплуатации:  клубы,  дворцы 
культуры,  гостиницы,  базы  отдыха,  загородные  дома, 
различные мастерские, помещения для малого бизнеса 
и в отсутствие  центральной  системы отопления. 

жүктеу/скачать 6,79 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: