Энергосбережение

Новые пути и перспективы печного отопления, или решение вопросов энергосбережения в централизованных системах отопления, работающих на электричестве, газе, мазуте, а так же домов, отапливаемых печами.

Здесь пойдёт речь об отоплении индивидуальных домов. Почему мы говорим о частичном возврате к печному отоплению на дровах? Трудно не согласиться с мнением Кари Мякеля по этому вопросу, выдержки из книги которого, я привожу в статье.

Несколько десятилетий тому назад человечество отказалось от традиционного горючего материала- древесины и перешло на мазут, позднее частично на газ и электричество. На Западе, в настоящее время, дрова в основном используются в открытых каминах, металлических каминах - отопителях с керамическими дверками, а так же кирпичных печах (каменных обогревателях), действующих на принципе «противотока». В России большинство домов отапливается печами, в большей массе своей несовершенной конструкции с низким КПД (эти печи используются так же для приготовления пищи), а так же, меньшая часть домов, системами водяного отопления с использованием твердого топлива, мазута, газа и электричества.

Дровяное отопление связано с необходимостью заготовки дров, площадями для их хранения, дрова приходится носить и добавлять в топку постепенно. Тепловую энергию же, вырабатываемую путем сжигания мазута, газа или применением электричества раньше можно было получить почти без ограничений. Использование мазута, газа и электричества для отопления легко поддавалось автоматизации: не требовалось вставать для добавления топлива; запасы такого топлива на целый год можно было доставить во двор жилого дома за два рейса на автомашине и т. д.

В настоящее время мазут, газ, электричество стали дорогостоящими видами топлива. Цены на них стремительно растут. Кроме того, перерывы поставок мазута из стран - производителей нефти показали, что не всегда можно покупать нефть даже по столь высокой цене. Кроме того, каждый вид топлива должен использоваться для определённых целей (самолёт на дровах не полетит).

В одной из передач телеканала НТВ прозвучало, что руководитель Газпрома Р. И. Вяхирев на одной из пресс конференций, подчёркивая трудности с обеспечением страны нефтью и газом, пошутил, что ему пора подумать о переводе своего дома на печное отопление. Здесь заложена глубокая мысль. Проводимая ранее вредная политика «дешевых» энергоносителей безвозвратно ушла. Поэтому необходимо найти альтернативные источники энергии, или совершенствовать системы с использованием традиционных источников. Ресурсы дров восполняемы в обозримом будущем, так как нефть, газ, уголь имеют ограниченные ресурсы.

Интересные данные приводятся в журнале "Камины и отопление", третий выпуск 1(3)'2000 года, если привести стоимость производства единицы тепловой энергии от различных видов энергии, к единице стоимости. Эти данные приводятся в статье "Есть дрова, будет и тело", стр.62. Сравнительная стоимость производства единицы тепловой энергии от различных источников. Дрова - 1 единица стоимости Уголь - 2,68 Покупная тепловая энергия - 13,83 Дизельное топливо - 14,13 Электроэнергия - 24,47 Отсюда следует, что самая дешевая (и экологически чистая) тепловая энергия получается при применении дров.

У нас в стране имеется десятки тысяч пилорам и деревообрабатывающих цехов, в которых не используется опил, стружка, щепки, где организовывать производство древесностружечных, древесноволокнистых плит и т. п. из-за незначительных объёмов нерационально. Однако указанные отходы являются прекрасным топливом, имеющим теплотворную способность на 15-25% выше дров. Необходимо на конкурсной основе разработать дешевые, не энергоёмкие технологии (может ручные) переработки этих отходов в брикеты, для использования их в качестве топлива.

Существенным отличием теплоснабжения индивидуальных домов в России является массовое использование местного топлива, порой низкосортного, но сравнительно дешевого. Основной удельный вес в топливно-энергетическом балансе индивидуальной застройки приходится на дрова, торф и др. Следует также отметить, что жилой фонд в сельской местности в своём большинстве в России не имеет второго резервного электроснабжения. Подводящие линии не надёжны, перегружены, не обеспечивают требуемых параметров электроснабжения.

В этих условиях, отопление и горячее водоснабжение жилого дома довольно легко решить дровяными печами. Или использовать печное отопление в комбинации с отоплением мазутом (соляркой), газом, электричеством. Тем более что в последние годы значительно улучшилась теплоизоляция жилищ (требования к этому с каждым годом возрастают), а так же сконструированы новые эффективные печи (для поддержания постоянной температуры в помещении, требуется 4-8 сухих берёзовых поленьев). До настоящего времени мною разработано более 150 конструкций печей различного назначения и разной тепловой мощности из кирпича: отопительные, отопительно-варочные, русские «теплушки»,печи для бань с регулированием нагрева воды. Кроме того, была решена давняя мечта людей объединить камин с печью. Мною изобретены печи выше указанного назначения, совмещенные с каминами, при этом стенки камина обогреваются и являются частью печи. Расположение камина любое: спереди, сбоку и сзади печи. Запроектированы печи различного назначения с низко расположенной лежанкой, а также печи со встроенным котлом для применения в индивидуальных центральных системах водяного отопления. Все они построены. Часть чертежей этих печей имеются в компьютерном варианте. На сегодня имеются порядовочные планы 150-ти печей различных типов. Для решения отопления двух - трехэтажных домов сконструированы печи с транзитным дымоходом различного назначения, что позволяет выполнять проекты индивидуальных двух - трехэтажных печей с каминами в любой комбинации для любого объёмно- планировочного решения здания, при этом все печи работают на одну трубу. Все печи могут работать на электричестве, используемого в качестве резервного топлива. Отличные теплотехнические показатели и качество работ, получили высокую оценку потребителей, обеспечили высокий спрос на печи. Как говорят «снаружи хорошо, а внутри – золото». Большинство печей не имеют аналогов в мире. Об этом свидетельствует интерес к нашим разработкам ассоциации печников Северной Америки- MHA (Masonry Heaters Association) членами которой являются десятки компаний и фирм из США, Канады и других стран.

Указанные печи сконструированы на принципе «свободного движения газов» и имеют несомненное преимущество перед другими системами. В нижней части этих печей создаётся камера, в которой поддерживается высокая температура необходимая для окончания реакции горения горючих газов, а так же происходит разделение потоков горячих и холодных газов. Горячие газы аккумулируются в печи, холодные газы отводятся в трубу, не охлаждая печь. Подробнее о печах смотрите stove.ru

Кроме того, мною предлагаются некоторые принципы проектирования индивидуальных домов с печным отоплением, отвечающие требованиям энергосбережения (п. 2.3), уменьшающие затраты на отопление.

В жилом помещении в любое время года должны соблюдаться максимально комфортные условия проживания. Давайте с этих позиций рассмотрим некоторые системы отопления в домах:

1. Централизованная система теплоснабжения.
Очень громоздка. Из-за необходимости проведения предпусковых мероприятий на подводящих сетях, в трубной разводке дома и в других домах не может реагировать своевременно на быстро изменяющиеся погодные условия. Те, кто проживает в таких домах, хорошо должны запомнить периоды года, когда система отопления уже выключена или ещё не включена, а на улице холодно, а также в период пиковой потребности в отопительной мощности, которая возникает в течение коротких периодов с интервалами 3-5 лет, возникает необходимость подтапливать дом. В этом случае необходимо установить вторую вспомогательную систему отопления. Такой второй отопительной системой могут служить камины - отопители зарубежного производства, а также наши отопительные с каминами или отопительно-варочные печи с каминами. Однако импортные камины - отопители нельзя использовать в летнее время в качестве камина, так как они нагревают помещение и летом могут служить только в качестве украшения комнаты. Такого недостатка лишены наши печи с каминами. Их можно топить одновременно или раздельно. При топке печи греются стенки печи и камина. При топке камина не греются стенки печи.

2. Индивидуальная центральная система водяного отопления.
Более гибкая в сравнении с централизованной системой, однако, требует определённых навыков в обслуживании и больше внимания. Работает на мазуте, газе, электричестве, твёрдом топливе.

Прежде, чем мы рассмотрим особенности работы этой системы на разных видах топлива, остановимся на следующем вопросе. Слово «отопление» применяется для обозначения двух существенно различающихся понятий:

Отопление для повышения температуры воздуха;
Отопление для поддержания неизменной температуры воздуха.
Известно, что для поднятия температуры в помещении требуется значительно большая мощность, чем для поддержания постоянной температуры, причём, чем быстрее Вы хотите повысить температуру в помещении, тем большая нужна мощность. Для поддержания постоянной температуры воздуха в помещении требуется небольшая мощность, однако, она должна равномерно воздействовать в течение длительного времени. Некоторые отопительные устройства пригодны как для повышения температуры воздуха в помещении, так и для поддержания постоянной температуры воздуха в нем.
Вопрос выбора нагревательного устройства (применяемого для повышения температуры или поддержания ее постоянной) является наиболее важным. Хорошая отопительная система должна работать эффективно в весьма обширной области тепловой мощности, то есть при широком диапазоне наружных температур. К сожалению, коэффициент полезного действия (КПД) современных систем отопления существенно зависит от того, при какой мощности работает система. Чем ниже степень использования системы (отопительная мощность системы 12 кВт, а используем 3 кВт), тем ниже КПД и тем больше расход топлива. (К. Мякеля "Печи и камины") Следует отметить, что в импортных отопителях, работающих на всех видах топлива этот вопрос решён за счёт применения автоматики. Однако они в наших Российских условиях не всегда работают удовлетворительно по ранее изложенным причинам и требуют резервного отопления.
2.1. Индивидуальная система водяного отопления, при использовании электричества в качестве основного топлива.
Использование электричества для отопления, это кощунство, я категорический противник этого. Однако следует отметить, что люди модифицируют печи под их уникальные условия, это выбор клиента, и то, что невозможно в одной стране, в другой хорошо и возможно.
Рассмотрим, что можно сделать для повышения эффективности и экономичности этой системы. Мечта каждого застройщика иметь в системе отопления котёл - теплоаккумулятор, чтобы можно было накопить энергию в ночное время, когда стоимость её минимальна, а потом использовать для отопления и, кроме того, использовать котёл - теплоаккумулятор в качестве резерва. В России индивидуальная застройка, как правило, не имеет второго электрического питания, поэтому возникает необходимость установки второго резервного котла на другом виде топлива. Исходя из этих положений, мы устанавливаем массивную печь с встроенным котлом, работающую на дровах и электричестве, повышающую инерционность системы.

Эта печь должна удовлетворять следующим требованиям.
должна быть пригодна как для повышения температуры воздуха в помещении, так и для поддержания постоянной температуры воздуха в нем;
быть экономной;
быть теплоёмкой, служить аккумулятором тепла;
не должна содержать в зоне горения большого холодного ядра, так как это снижает температуру в зоне горения и приводит к неполному сгоранию газообразной составляющей древесины и как следствие снижение КПД.
Следует отметить, что установка нашей печи в систему отопления, даже если её не топить, приводит к определённому экономическому эффекту.
Традиционно электричество используется для нагревания теплоносителя. В нашем случае целесообразнее использовать электричество для подогрева теплоаккумулятора (печи), так как в этом случае увеличивается тепловая инерционность системы. Тогда капитальные дополнительные вложения с лихвой окупаются эксплуатационными расходами. Практика показала, что затраты на отопление снижаются в несколько раз.
В чём отличие, если в систему в качестве основного или резервного котла установить типовой котёл на твёрдом топливе (котёл длительного горения). Работа этих систем принципиально различна. Чтобы отапливать дом, котёл должен постоянно работать, при его остановке батареи быстро остынут, так как он не обладает инерционностью. Котёл не позволяет накопить энергию, что бы можно было использовать электричество для отопления в ночном, экономном режиме. Кроме того, эти котлы содержат в топке холодное ядро и поэтому сгорание топлива в них не эффективно. Как правило, этого не понимают даже опытные проектанты.
2.2. Индивидуальная система водяного отопления, при использовании в качестве основного топлива мазута (солярки) и газа.
При комплексной застройке жилого района, когда решены вопросы обеспечения домов надёжным энергоснабжением, эти системы надёжны и эффективны. Применение автоматики позволяет эксплуатировать котлы отопления одинаково с максимальной отдачей во всех режимах работы, независимо какая температура на улице и какую Вы задали температуру в жилых комнатах. Однако и здесь возможны перерывы в подаче газа, электричества (без автоматики системы не работают), поставках мазута, выход из строя оборудования. В этом случае надо иметь резервную систему, работающую на местном топливе, дешёвую, повышающую инерционность системы (дольше не разморозит батареи). Такой системой могут быть наши печи со встроенным котлом, как оборудованные электротэнами, так и без них.
При индивидуальном строительстве домов на окраинах городов и за их пределами, а это составляет большую часть застройки в России, в большинстве случаев нет надёжных источников энергоснабжения. Напряжение в электросетях подаётся с большими перепадами или отключается на неопределённое время. В этих условиях автоматика систем отопления на газе или мазуте, работает неудовлетворительно или не работает совсем. Поэтому установка печей с встроенным котлом, используемым в качестве резерва, приобретает первостепенную необходимость.
2.3. Печное отопление дровами, в качестве резерва может использоваться электричество.
Я повторюсь, что не сторонник применения электричества для отопления. Однако бывают обстоятельства, когда требуется оставить дом на некоторое время, и в этом случае применение электричества для поддержания температуры в доме оправдано.

При решении отопления дома печами его надо разбить на тепловые контуры. Назовём объём помещения, ограниченный капитальными ограждающими конструкциями и требующий отопления – тепловым контуром. Здание может иметь один или несколько тепловых контуров на каждом этаже, размер контура до 60 кв. метров (может быть больше, при хорошей теплоизоляции теплового контура и тепло сберегающих мероприятий). Каждый контур отапливается своей печью, мощностью соответствующей размеру теплового контура. Планировка, площадь и назначение каждого контура различные, и оборудуются они печами различного функционального назначения.

Известно, что для поднятия температуры в помещении требуется мощность больше, чем для поддержания постоянной температуры. Для поддержания постоянной температуры в тепловом контуре площадью 60 кв. м. требуется около 1,5 кВт/час электроэнергии (Этот показатель зависит от норматива средней теплопотребности на единицу площади, который различен в разных странах). Разработанные нами печи, отопительные, отопительно-варочные, русские «теплушки» могут исполняться с каминами, имеют отличные теплотехнические показатели. Конструкция наших печей даёт возможность использовать электроэнергию в качестве резервного топлива, что позволяет, протопив печь один раз поддерживать в дальнейшем относительно постоянную температуру в любом контуре, приготавливать горячую воду. Можно наши печи топить одновременно дровами и электричеством. При таком решении здания возможно проживание в холодное время года в любом контуре отдельно или во всём доме одновременно в зависимости от количества проживающих людей в данный момент.

При соблюдении указанных условий при проектировании зданий и установке наших печей, жители имеют возможность отапливать квартиру большей площади с использованием меньшего количества дешевого местного топлива, приготовлять пищу, иметь горячее водоснабжение, использовать электричество в качестве резервного топлива (топить печь электричеством) и при этом иметь в составе печи камин.

Выводы и предложения.

Руководствуясь мерами в политике энергосбережения, а также учитывая высокую эффективность изобретённых печей, необходимо широкое распространение их по всей России. Помимо прямого эффекта от экономии энергоресурсов, каждый процент снижения расхода энергоресурсов в результате осуществления энергосберегающих мероприятий обеспечивает (в условиях России) прирост национального дохода на 0,35-0,4 %. Кроме того, внедрение печей в производство происходит методом «сам строй», практически без участия бюджетных средств.

Мы – группа единомышленников, высококвалифицированных специалистов печников, которые строят выше указанные печи, а так же понимают их работу, готовы выпускать компьютерные чертежи, книги, альбомы печей. Организовать теоретическое и практическое обучение печников, а так же специалистов по компьютерному проектированию печей и распространению материалов через сеть Internet. Это необходимо при организации печных фирм или ассоциаций (некоммерческих) в других городах.

Есть идея создать русскоязычный сервер в сети Internet, где можно поместить каталоги, рабочие чертежи всех печей, варианты дизайнерского их оформления, необходимые пояснения по подбору печей, строительству, эксплуатации и т.п. В этом сервере любой человек сможет получить необходимую помощь в решении возникающих вопросов, в том числе по проектированию и строительству домов и бань. Этот сервер может подарить Русскому народу любой спонсор, заинтересованный в развитии этого нужного людям дела и увековечить своё имя и добрые дела.

И.В.Кузнецов