Как экономить на оплате отопления и индивидуально регулировать тепло в квартире / NV
Самостоятельно регулировать температуру батарей в хрущевке и платить только за потребленное тепло? Благодаря доступным инженерным решениям это уже не научная фантастика, а наступившая реальность.
Видео дня
Ежегодная и дорогая проблема
О топление — самый дорогой из коммунальных платежей. По данным КГГА, в январе 2020 года для домов без счетчиков стоимость отопления 1 кв. м составляла 29,93 грн. Получается, что для среднестатистической двухкомнатной квартиры площадью 50 кв. м это около 1500 грн в месяц. Но известно о многих случаях, когда прошедшей зимой стоимость отопления квартиры достигала 2−3 тыс. грн и больше.
При этом высокая стоимость отопления не означает, что в квартире действительно было тепло. Зачастую те потребители, которые наиболее активно жалуются на дороговизну отопления, одновременно говорят и о холоде в квартирах.
Речь идет о старом жилом фонде — домах, построенных еще в советское время.
Только в Киеве, по примерным подсчетам Минрегиона, насчитывается более 3 тыс. домов, относящихся к так называемому «устаревшему жилому фонду». Всего в Киеве насчитывается более 11,5 тыс. многоэтажных жилых домов. Получается, «устаревшими» являются около четверти из них. В Украине, по данным областных администраций, насчитывается 180,5 тыс. многоквартирных домов. Четверть из них — это 45 тыс. зданий.
Это без учета домов, построенных в 70−80-е годы ХХ века, возраст которых составляет 40−50 лет, как и возраст их внутренних инженерных систем. Из таких домов почти полностью состоят такие крупнейшие районы Киева как Троещина, Оболонь, Борщаговка. Такие дома составляют значительную часть жилого фонда любого украинского города, и их жители каждую зиму сталкиваются с одной и той же бедой: в квартире холодно, а платить за отопление приходится много.
Виновата устаревшая система отопления
П очему так происходит? Все эти дома объединяет одна глобальная проблема — нерациональные вертикальные системы отопления с вертикальной разводкой.
Это означает, что одна труба с теплой водой (теплоносителем) проходит насквозь по всем этажам, с первого до последнего. Это создает ряд проблем. Во-первых, пока вода дойдет до крайней точки, она успевает заметно остыть, поэтому одним квартирам достаются горячие трубы, а другим — холодные. Во-вторых, такая система не дает возможность регулировать температуру радиаторов и, соответственно, температуру в помещении. Даже нельзя использовать кран на радиаторе и «прикрутить» его, потому что таким образом вы «прикрутите» поток горячей воды во всей системе, и соседи дальше по стояку получат еще меньше тепла.
Это — давно известная и широкомасштабная проблема. И все предыдущие годы считалось, что решить ее практически невозможно. Единственным вариантом было переоборудовать однотрубную вертикальную разводку в двухтрубную горизонтальную, когда труба с горячей водой поочередно заходит в каждую квартиру и обогнув ее по кругу, выходит обратно, благодаря чему можно подсчитывать количество используемого тепла и регулировать температуру радиаторов.
Но такой вариант практически нереально реализовать на практике: это слишком дорогой и технически сложный проект, требующий вырезать трубы, ломать стены, в общем, полностью переделывать систему отопления в уже готовом, функционирующем доме с живущими в нем людьми.
Дайджест главных новостей
Бесплатная email-рассылка только лучших материалов от редакторов NV
Рассылка отправляется с понедельника по пятницу
Что же делать?
Н о на самом деле есть другое инженерное решение, разработанное специалистами компании Danfoss и неоднократно проверенное на практике в течение более пятнадцати лет во многих странах. Это модернизация системы отопления, которая проходит в несколько этапов, не требует производить капитальные вмешательства в конструктив здания и в инженерные системы. Стоимость ее, исходя из опыта домов, уже опробовавших систему, окупается за 2−3 сезона.
Этап 1. Индивидуальный тепловой пункт (ИТП)
Первый этап правильной термомодернизации — это установка в доме ИТП.
Он представляет собой комплекс автоматических приборов и устройств, позволяющих регулировать количество поступающего в дом теплоносителя и его температуру. По сути, это как домашний регулятор на батарее, только более сложный и работающий на весь дом.
Фото: Danfoss Ukraine
Зачем он нужен? Все просто. Изначально теплоноситель (воду) подогревают в центральной котельной, затем он по толстым (магистральным) трубам поступает в центральный тепловой пункт (ЦТП). Там вода снова подогревается и затем по более тонким трубам расходится по окружающим домам. Причем неважно, как далеко стоит тот или другой дом и сколько градусов потеряет вода по дороге: на выходе из ЦТП теплопункта вода горячая, а на входе в дом — какая получится. Регулировать температуру, количество и давление воды можно только в этом местном цетральном тепловом пункте. Хотя в реальности даже там этим не очень занимаются, из-за чего весной в квартирах жарко, а зимой — холодно, ведь температуру воды меняют редко и неохотно, причем в ручном режиме.
ИТП позволяет реализовать управление теплом кардинально по-другому, рационально. Он не только дает возможность регулировать параметры теплоносителя, но делает это автоматически, в зависимости от погоды. Если на улице потеплело, подача теплоносителя снижается, дом сразу начинает потреблять меньше тепла и экономить. Если похолодало, то тепла заходит больше, все квартиры хорошо прогреваются.
Этап 2. Балансировка системы отопления
Практически в каждом многоквартирном доме существует такая проблема как разбалансированная система отопления. Что это значит? Что разные потребители (разные квартиры) получают разное количество тепла. Так происходит по многим причинам: старение и износ труб и радиаторов, протекающие стояки, недостаточное или излишнее давление, воздушные пробки, дополнительные или перенесенные радиаторы, установленные в некоторых квартирах.
Чтобы устранить эту проблему, нужно произвести балансировку системы отопления.
Это позволяет обеспечить надлежащее распределение теплоносителя между стояками системы отопления дома. Для этого на каждом стояке устанавливается запорно-регулирующая арматура, ограничивающая расход теплоносителя до необходимого для каждого стояка уровне. При реконструкции однотрубных систем отопления обязательно применяют автоматические комбинированные балансировочные клапаны — ограничители расхода, исключающие возможность перетока теплоносителя между стояками, независимо от их удаленности от ИТП. В дополнение, такие клапаны значительно упрощают трудоемкий процесс наладки.
Фото: Danfoss Ukraine
Этап 3. Установка поквартирных счетчиков и терморегуляторов на радиаторы
Особенность вертикальной разводки — наличие нескольких стояков в квартире. Например, в двухкомнатной квартире таких труб будет три: в каждой комнате и в кухне. Поэтому организовывать индивидуальный учет с помощью теплосчетчиков не целесообразно, ведь их придется ставить на каждом радиаторе. Уместнее использовать распределительный учет теплопотребления с применением приборов-распределителей тепловой энергии на каждом радиаторе.
Сам распределитель не является теплосчетчиком. Основной принцип работы этого прибора заключается в измерении температуры на поверхности радиатора и температуры воздуха в помещении, где он расположен. Затем по специальным формулам по разности этих показателей за определенный период определяется, какая доля от общедомового теплопотребления приходится на каждый отопительный прибор. Зная общедомовое потребления тепла и ту его часть, которая приходится на каждый отопительный прибор, рассчитывается потребление тепла каждого помещения и каждой квартиры. Считывание показаний приборов-распределителей осуществляется дистанционно и автоматически, не нужно никуда звонить и сообщать показатели.
Существует важный нюанс: нормативно для этой технологии необходимо, чтобы не менее 50% радиаторов в доме были оборудованы такими приборами-распределителями. Но наиболее эффективно, когда приборы установлены на не менее чем 75% радиаторов дома.
Вторая обязательная составляющая этого этапа — установка терморегуляторов на радиаторы.
Поскольку речь идет об однотрубной системе, перед каждым радиатором нужно установить байпас. Несмотря на непривычный термин, это очень простое техническое решение. Байпас — это, по сути, просто перемычка, дополнительная труба, которая делает радиатор автономным и позволяет перекрывать доступ теплоносителя к нему, не перекрывая при этом весь стояк.
Фото: Danfoss Ukraine
Радиаторные терморегуляторы обязательно должны быть установлены на всех радиаторах, которые планируется оборудовать приборами-распределителями. Применение радиаторных терморегуляторов позволяет регулировать потребление тепловой энергии в соответствии с потребностью.
В комплексе, все перечисленные меры по модернизации системы отопления — установка ИТП, автоматическая балансировка системы отопления и терморегулирование — позволяют снизить потребление тепловой энергии на уровне 40%. Благодаря этому, вложенные в реконструкцию системы отопления средства окупаются за несколько отопительных сезонов. Модернизированная система отопления позволяет перейти к следующему важному этапу термомодернизации — утеплению фасада.
Весь комплекс энергоэффективных мероприятий позволяет снизить потребление тепла в доме на 70%.
Пример из жизни
О коло полутора десятков лет специалисты из Danfoss устанавливают такие системы в домах с однотрубной вертикальной разводкой в Польше, Венгрии, Германии, странах Балтии, Китае, Казахстане, Беларуси. Теперь примеры успешной реализации таких проектов есть и в Украине.
В 2018 году в обычной девятиэтажке в Херсоне на ул. Лавренева, 22, начался процесс комплексной термомодернизации. Система отопления в этом доме обладала всеми вышеперечисленными проблемами, и все оказалось настолько плохо, что в отопительном сезоне 2017−2018 гг дом вообще остался без тепла.
Для начала в доме установили ИТП, и он, по словам местной главы правления ОСМД Януарии Статилко, окупился всего за один сезон. Затем была произведена балансировка системы отопления. Последним этапом, «согласно методичке», стала замена стояков в квартирах, установка байпасов, приборов-распределителей и радиаторных терморегуляторов.
По словам местных жителей, стоимость отопления у них снизилась в 2−2,5 раза. В этом отопительном сезоне они платили в основном 12−18 грн за кв. м, минимально у некоторых потребителей получалось даже 6,42 грн за кв. м.
Сейчас, когда на улице тепло и системы отопления «отдыхают», самое время задуматься над получением технической консультации и начать проект термомодернизации своего дома. Тем более, что в Украине есть действующие национальные и местные программы финансовой поддержки, которые помогают ОСМД компенсировать до 70% полной стоимости проекта.
Теги
Делитесь материалом
Telegram
Эффективное управление температурным режимом для литий-ионных аккумуляторов: сравнение жидкости и воздуха для охлаждения и обогрева
ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: ESA теперь является частью Американской ассоциации чистой энергии (ACP). Этот материал веб-сайта не обновляется регулярно и предназначен только для архивных и справочных целей.
Пожалуйста, посетите сайт cleanpower.org для получения дополнительной информации.
8 ноября 2021 г.
Эффективное управление температурным режимом для литий-ионных аккумуляторов: сравнение жидкости и воздуха для охлаждения и обогрева
Дуг Пулер — инженер по тестированию продуктов, Hotstart Thermal Management
Это гостевая запись в блоге Hotstart Thermal Management. Присоединяйтесь к Hotstart на #ESACon21 в Фениксе, штат Аризона, 1–3 декабря. Регистрация открыта!
Ожидается, что к 2026 году объем рынка стационарных накопителей энергии составит 8,9 миллиардов долларов США в год, причем особый рост произойдет за счет литий-ионных систем накопления энергии (ESS) для кратковременных приложений. Основной проблемой при работе литий-ионных ESS является эффективное управление температурным режимом, а именно удаление значительного количества тепла, выделяемого во время зарядки и разрядки аккумуляторов, и поддержание температуры аккумуляторов выше минимальной температуры зарядки в холодных условиях.
Эффективное управление температурным режимом литий-ионных ESS должно как отводить тепло во время заряда/разряда батареи, чтобы свести к минимуму температурные градиенты, вызывающие повреждение внутренних элементов батареи, так и поддерживать температуру элементов выше минимального порога для безопасной работы в холодных условиях. Кондиционирование воздуха внутри контейнера ESS было наиболее распространенным решением, поскольку оно кажется наименее технически сложным и наименее затратным. Однако ограничения, присущие воздушному охлаждению и нагреву, оказывают значительное влияние на производительность батареи, доступность энергии, износ батареи и ее срок службы, а также на общую стоимость владения.
Системы HVAC в ESS кондиционируют воздух внутри контейнера для снижения общей температуры окружающей среды, который затем циркулирует вокруг аккумуляторных модулей и внутри них за счет естественной или принудительной конвекции. Удельная теплоемкость воздуха и ограничения воздушного потока ограничивают количество охлаждения, которое может быть обеспечено внутри модуля батареи. Общая плотность энергии ESS с воздушным охлаждением снижается, поскольку конструкция аккумуляторного модуля с воздушным охлаждением требует большего количества путей внутри модуля и контейнера для обеспечения принудительного воздушного потока.
Системы с воздушным охлаждением также имеют низкую скорость теплопередачи и медленно реагируют на изменения температуры, вызванные зарядом/разрядом аккумулятора. Системы управления батареями (BMS) обычно снижают номинальные характеристики ESS в ответ, в том числе ограничивают глубину разрядки и зенит заряда. В результате сниженная скорость заряда/разряда снижает полезность ESS в качестве актива энергетической инфраструктуры.
Системы HVAC также обычно не обеспечивают нагрев, что ограничивает эффективность системы в холодных условиях, когда зарядка не должна происходить, когда температура элемента батареи ниже минимальной температуры зарядки, указанной производителем батареи.
В отличие от этого, жидкостные системы управления температурным режимом (TMS) могут напрямую охлаждать и нагревать аккумуляторные модули, чтобы поддерживать оптимальный температурный диапазон аккумуляторных батарей. Использование пластин теплообменника, контактирующих с внешней поверхностью аккумуляторного модуля, обеспечивает прямую передачу тепла к ячейкам через тепловые пути, встроенные в конструкцию модуля. При работе в режимах зарядки/разрядки жидкая ТМС охлаждается и подает в теплообменники водно-гликолевую смесь. В холодных условиях система циркулирует нагретый водный гликоль, поддерживая модули и элементы литий-ионных аккумуляторов в идеальном диапазоне температур, чтобы их можно было безопасно заряжать.
Управление температурой на основе жидкости имеет несколько преимуществ по сравнению с воздушными системами.
Поскольку теплообменная жидкость имеет гораздо более высокую теплоемкость, чем воздух, плотность энергии модуля и контейнера может быть увеличена за счет меньших путей жидкости, необходимых для жидкостной ТМС. Высокая скорость теплопередачи интегрированной конструкции улучшает однородность температуры ячеек и контроль температуры, уменьшая необходимость снижения номинальных характеристик системы через BMS из-за скачков температуры отдельных ячеек. Равномерность температуры элемента в пределах идеального температурного диапазона может улучшить состояние батареи, увеличивая производительность системы. Общая паразитная нагрузка снижается, когда жидкая ТМС интегрируется в ESS. Паразитная нагрузка на традиционное кондиционирование воздуха составляет 5-10%. Сторонние испытания показали, что паразитная нагрузка жидкости TMS составляет менее половины аналогичной системы HVAC при непрерывном циклическом заряде и разряде.
Установки ESS с литий-ионными аккумуляторами выигрывают от регулирования температуры жидкости как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.
В период с настоящего момента до 2026 г. рост развертывания накопителей энергии будет значительным, что добавит более 150 ГВт-ч к энергетическому ландшафту США. Эффективное управление температурой жидкости, интегрированное в литий-ионные модули ESS, поможет максимизировать эти будущие инвестиции и обеспечит надежную подачу энергии в развивающийся энергетический ландшафт.
Назад в блог ЕКА
Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта. Мы предполагаем, что вы согласны с этим, но вы можете отказаться, если хотите.
Настройки файлов cookieПРИНЯТЬ
Новые саморегулирующиеся батареи отключаются при перегреве — журнал Yale Scientific Magazine
Батареи можно найти во всем, от сотовых телефонов до автомобилей, которые незаметно питают нашу повседневную жизнь. В связи с растущим спросом на поиск более возобновляемых источников энергии батареи обладают огромным потенциалом, позволяющим делать еще больше — например, хранить избыточную энергию от солнечных батарей и ветряных турбин, чтобы высвобождать ее, когда спрос высок, или использовать в качестве топлива эффективные и легко перезаряжаемые электрические батареи. транспортные средства. Тем не менее, новостные сообщения и отзывы о потребительских товарах выявили потенциальную опасность, скрытую за бесшумной внешностью этих батарей: перегрев ноутбуков, возгорание транспортных средств и взрывы ховербордов под ногами людей. Основным виновником этих опасностей является накопление тепла в ионно-литиевых батареях, которые имеют высокую плотность энергии, реактивны по своей природе и легко замыкаются накоротко.
Ранее в январе Чжэн Чен, Йи Цуй и Чжэнань Бао из Стэнфорда опубликовали свою работу о новой технологии для решения этой проблемы в литий-ионных батареях. Используя полимерный материал, содержащий наночастицы никеля с шипами на поверхности, они изобрели саморегулирующуюся пленку, которая может отключать батареи в случае перегрева или короткого замыкания. «Наше вдохновение [было] в том, чтобы решить общие вопросы безопасности, связанные с батареями», — сказал Чен, ведущий автор статьи. «Это могут быть небольшие или крупные батареи разных форматов; все они связаны с вопросами безопасности».
Чтобы понять механизм работы этих саморегулирующихся аккумуляторов, необходимо иметь общее представление об опасностях традиционных ионно-литиевых аккумуляторов.
Почему именно литий-ионные батареи загораются? Несмотря на свою репутацию, стандартные литиевые батареи по большей части надежны. Они широко используются из-за их высокой энергии, плотности мощности и надежности, но они также могут быть опасны, если батареи повреждены. В исправном аккумуляторе ионы лития перетекают по уравновешенному контуру от оксидного катода в раствор электролита солей лития и органических растворителей, затем к угольному аноду. Однако повреждение тонких барьеров, разделяющих катод и анод, может вызвать внутреннее короткое замыкание. При коротком замыкании, перезарядке или ином неправильном использовании батареи могут достигать опасно высоких температур, что приводит к «тепловому разгону» — серии химических реакций, которые повышают внутреннюю температуру и давление до тех пор, пока батарея не загорится.
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали систему для снижения проводимости электродов при высоких температурах. В предыдущем проекте профессор Бао создал устройство, отслеживающее температуру тела, поэтому команда изготовила аналогичный материал для батарей.
Однако они столкнулись с новыми трудностями, поскольку пленка батареи быстро разрушалась под воздействием химических веществ внутри батарей. Чтобы предотвратить деградацию, команда покрыла частицы никеля проводящим графеном, тонким слоем атомов углерода. «Никель обеспечивает композиту электропроводность, слой графенового покрытия на поверхности никеля обеспечивает им электрохимическую стабильность, а полиэтилен является матрицей для удержания таких частиц и может расширяться и сжиматься в зависимости от повышения или понижения температуры», — сказал Чен.
При прикреплении к электродам батареи частицы в пленке проводят электричество. Но когда аккумулятор нагревается выше определенной температуры, тепловое расширение заставляет пластик растягиваться. В результате частицы в пленке расходятся, прерывая электрический ток и отключая батарею.
Этот процесс происходит удивительно быстро, при этом проводимость падает в 107-108 раз всего за секунду. После того, как пленка остывает, сопротивление уменьшается, и пленка расслабляется, что позволяет продолжить поток электронов. Следовательно, тепловое переключение аккумуляторов происходит быстро и обратимо.
Это не первый проект, направленный на устранение опасности перегрева аккумуляторов. В более ранней конструкции Цуй создал литий-ионную батарею с «системой раннего предупреждения» для обнаружения ненормальных условий работы. Цуй и его коллеги решили построить «умный сепаратор» меди между анодом и катодом батареи. Определяя разницу напряжений между анодом и катодом, медь может распознавать ненормальные условия, чтобы определить, когда следует извлечь батарею, чтобы предотвратить короткое замыкание. В другом месте, в Университете Род-Айленда, Рональд Данн экспериментировал с добавлением антипиренов в литий-ионные батареи.
Чем же отличается этот новый дизайн? В предыдущих конструкциях безопасных аккумуляторов механизмы отключения перегревшихся аккумуляторов были необратимыми; батареи нельзя было использовать после перегрева.