Умный ватт бережет киловатт

Дефицит энергоресурсов в России обусловлен не только тем, что здесь самая холодная в мире зима, но и тем, что современные системы жизнеобеспечения жилья, сель­ского хозяйства, строительства и малого производства базируются в основном на технологиях времен всеоб­щей индустриализации страны, ориентировавшейся на использование технологий с применением электричес­кой энергии в качестве универсального вида. При этом электрические теплообменники, как правило, создаются без надлежащих исследований удельного электропотребления — затрат энергии на единицу обрабатываемых сред (воды, воздуха, сырья и т.п.). Централизованное производство электрической энергии с ее использо­ванием для выполнения необходимых потребителю работ по жизнеобеспече­нию зданий и производства было вы­годно с экономической точки зрения, когда электрическая энергия отпускалась по льготным тарифам и электрические сети содержались в удовлетворительном состоянии. Для объектов с низкими объемами потреб­ления, где невозможна унификация, это упрощало номенклатуру, в частности, механизации, теплохладогенерирующего и теплохладоиспользующего обо­рудования. В настоящее время, когда россиянам не гарантируется надлежащее электро­снабжение, а цены на электроэнергию резко возросли, необходим не только с экологической, но и с экономической точ­ки зрения переход на использование энергосберегающих технологий и способов нагрева с резким со­кращением потребления самой высоко­ликвидной электрической энергии. Современные технологии водоснаб­жения основываются на широком ис­пользовании электроприводных водя­ных насосов, КПД которых напрямую за­висит от их подачи. Чем меньше насос и его электродвигатель, тем ниже их КПД, и наоборот. Примерно таким же КПД, а значит, и экологическим воздействием обладают системы централизованного производ­ства теплоты, искусственного холода, кондиционирования, сжатого воздуха, аспира­ции. Вода — основа жизни на планете. Вполне понятно, что не только холодная, но и теплая, и горячая она очень нужна практически всем нам, и причем каждый день. Именно горячая вода в основном обогревает посредством водяных систем теплоснабжения многие миллионы квартир в холодное время года. Она нужна и для приготовления пищи, и для гигиены, и для много иного. Причем нужна не только в быту, но и во многих производствах. В мире еще не научились греть воду с минимумом затрат энергии. Все известные и широко применяемые теплоэнергетические технологии нагрева воды весьма и весьма дороги, поскольку сопряжены с большими энергозатратами. Поэтому любые прорывные энергосберегающие технологии в теплоэнергетике для получения теплой и горячей воды важны и полезны буквально всем. Однако появление таких технологий может быть не скорым. Итак, пока стоимость горячей воды весьма высока, следует искать путь снижения энергозатрат для более эффективного и экономичного ее нагрева с использованием уже существующих конструкций подогревателей. Существует множество конструкций, которые можно выделить в четыре группы: тэновые, электродные, индукционные и вихревые, определяющие соответственно, четыре способа ее нагрева. Обзор интернет-источников вроде бы не оставляет места для сомнений в перспективности использования кавитационных (вихревых — пока еще нет установившейся терминологии) экологически чистых теплогенераторов нового поколения, в которых отсутствуют нагревательные элементы. Однако имеется и немалое количество сомнений по поводу целесообразности использования названных теплогенераторов, обусловленное большими потерями электроэнергии в известных вихревых теплогенераторах (ВТГ) из-за необходимости применения громоздких и «прожорливых» электродвигателей насоса. Исходя из проведенного учеными Нижегородского государственного инженерно-экономического института (НГИЭИ) анализа способов нагрева воды, следует, что для рационального использования энергоресурсов при нагреве воды в сельскохозяйственных производствах и в быту необходимо правильно выбрать подогреватель из многочисленных конструкций или изготовить его в условиях имеющихся мастерских. То и другое может быть осуществлено наиболее эффективно только на основании знания удельного энергопотребления для нагрева воды. Поэтому под руководством доцента Л. В. Осокина разработан, изготовлен и смонтирован в лаборатории кафедры «Теплотехники» стенд для выявления существующих энергосберегающих способов ее нагрева — конструкций подогревателей. Стенд содержит (см. схему) тэновый подогреватель воды (ЭПВ), в котором ТЭН преобразуют электрическую энергию в тепловую, электродный подогреватель воды КЭВ-100 и вихревой теплогенератор (ВТГ), расширительный бак (РБ), отопительные приборы (ОП), бойлер (Б) со змеевиком, насос (Н), термодатчики Т1…Т6, щит управления (ЩУ) с приборами замера расхода электроэнергии, рабочего напряжения, температуры нагрева воды, тока и потребляемой мощности ЭПВ, КЭВ-100, ВТГ и насосом, измеритель температуры (УКТ), расходомер воды (РВ), манометры Р1, Р2 и вентили В1…В22.Схема стенда испытаний электрических конструкций подогревателей воды. К ЭВП и КЭВ-100 присоединен стояк с регулирующим вентилем, расширительным баком и верхней распределительной гребенкой. Стенд имеет пять отопительных батарей (ОП), соединенных между собой и с распределительными гребенками (верхней и нижней). Количество ТЭН с потребляемой мощностью 0,45 кВт в ЭПВ 54. К электрической трехфазной сети напряжением 380/220В ТЭН подключены «треугольником»/«звездой» через шкаф управления с пускозащитной аппаратурой и измерительным комплектом. Для контроля температуры входящей и выходящей воды стенд имеет соответствующие гнезда для установки термодатчиков. Регулирующие вентили В1, В2, В11 и И20 обеспечивают возможность изменения расхода теплоносителя в системе нагрева в диапазоне от нулевого значения до максимального, чем обеспечивается изменение тепловой нагрузки на испытуемые подогреватели. ВТГ соединен с теми же элементами, что ЭПВ и КЭВ-100. ВТГ и КЭВ-100 имеют автономное подключение к электрической сети. Таким образом, ученые и энергетики получили уникальный стенд, позволяющий исследовать удельные затраты электроэнергии на нагрев воды различными конструкциями подогревателей (тэновой, электродной и вихревой) в совершенно идентичных условиях и в трех режимах работы (отопления, проточном и бойлерном). При этом не исключается возможность испытаний индукционного подогревателя путем встраивания его непосредственно в схему стенда или путем замены им ЭПВ или КЭВ-100. Названные исследования — тема диссертационной работы доцента В.Л. Осокина. Уникальность стенда заключается в том, что он позволяет производить и другие исследования, в частности, в настоящее время начаты исследования возможности обработки посредством ВТГ пищевых продуктов. Кроме того, стенд имеет прикладное значение. Он будет использоваться для обучения студентов, изучающих дисциплины «Теплотехника» и «Гидравлика». Использование стенда в процессе обучения студентов уже предусмотрено учебным пособием «Практикум по теплотехнике» (авторы Оболенский Н.В. и Осокин В.Л.), выпущенным НГИЭИ и рекомендованным учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Агроинженерия».