В статье рассматривается возможность использования вторичных источников тепла, а также оптимизация существующих систем для повышения энергоэффективности, что будет способствовать устойчивому развитию городской инфраструктуры, снижая негативное воздействие на окружающую среду.
Ключевые слова: энергоэффективность, кондиционирование, расход энергии, тепло- и холодоснабжение, метрополитен.
Системы метро играют важную роль в городской инфраструктуре, обеспечивая быстрое и удобное передвижение пассажиров. Однако, несмотря на их важность, многие станции сталкиваются с проблемами недостатка пространства для установки необходимых систем тепло- и холодоснабжения [2].
Основные проблемы.
1. Возьмём в пример минимальную базовую потребность одной из станций метро Санкт-Петербурга, где средний срок периода отопления равен 7-ми месяцам в году, а период использования кондиционирования равен 12-ти месяцам. На основе этих данных получаем:
— Ежегодный расход на отопление электричеством в год: 100 кВт × 24 ч × 30 дней × 7 мес. = 504 000 кВт ч/год;
— Ежегодный расход на кондиционирование: 50 кВт × 24 ч × 30 дней × 12 мес. = 432 000 кВт ч/год. Итого только на отопление и кондиционирование мы затрачиваем 936 000 кВт ч/год.
2. Массовое использование бытовых сплит-систем в России требует комплексного подхода для решения возникающих проблем. Необходимы меры по улучшению энергоэффективности, разработке стандартов установки кондиционеров и оптимизации работы электрических сетей.
В 2011 году продажи кондиционеров в России достигли 3,97 млн единиц, что привело к дефициту на рынке. Летом 2011 года в крупных городах было сложно купить сплит-систему, что указывает на высокий спрос, Россия продолжает оставаться крупнейшим потребителем в этом сегменте.
Последствия для ЖКХ. Перегрузка электрических сетей: Массовое оснащение квартир и офисов кондиционерами приводит к перегрузкам в электрических сетях зданий. Это создает риски для стабильности энергоснабжения и может вызвать отключения электроэнергии.
Увеличение расходов на электроэнергию, что создает дополнительную финансовую нагрузку.
3. Ограниченные площади: Глубокое заложение станций ограничивает доступное пространство для установки крупных систем ОВК. Это затрудняет не только установку, но и обслуживание оборудования.
Часто возникают проблемы с неправильной установкой сплит-систем, особенно внешних блоков. Это может привести к снижению эффективности работы устройств и потенциальным повреждениям зданий.
Также большинство станций в Санкт-Петербурге расположено в исторических районах, где размещение дополнительного оборудования на фасадах зданий запрещено, что усложняет установку и создает конфликт с архитектурными нормами.
4. Тепловые нагрузки: На станциях метро выделяется значительное количество тепла от поездов, пассажиров и оборудования. Эффективное управление этими тепловыми нагрузками становится проблемой, особенно в условиях ограниченного пространства.
5. Круглосуточная работа: Станции, функционирующие 24/7, требуют постоянного поддержания комфортного микроклимата, что усложняет задачу выбора и установки подходящих систем ОВК.
Решение.
В условиях ограниченного пространства разумно рассмотреть установку комплексной системы тепло-холодоснабжения. Эта система предлагает несколько преимуществ:
Компактные размеры: Современные тепловые насосы и системы рекуперации тепла имеют меньшие размеры по сравнению с традиционными системами, что позволяет разместить их в ограниченных пространствах.
Эффективное использование ресурсов: ТХС позволяет утилизировать избыточное тепло, выделяемое от поездов и оборудования, для отопления помещений. Это снижает потребность в дополнительных источниках энергии и уменьшает эксплуатационные расходы.
Гибкость и адаптивность: Модульный подход к проектированию ТХС позволяет адаптировать систему к изменяющимся потребностям, обеспечивая возможность масштабирования и модификации в будущем.
Оптимизация управления: Интеграция современных технологий управления климатом позволяет более эффективно контролировать работу системы, поддерживая комфортные условия для пассажиров и сотрудников.
Современные технологии предлагают множество решений для повышения энергоэффективности станций метро. Некоторые из них включают:
Тепловые насосы: Эти устройства могут использовать тепло, выделяемое в процессе работы оборудования, для обогрева помещений или подогрева воды. Тепловые насосы могут быть особенно эффективными в сочетании с системами кондиционирования, поскольку они способны извлекать тепло из окружающей среды.
Системы рекуперации тепла: Рекуператоры позволяют утилизировать тепло, которое в противном случае было бы потеряно. Например, системы вентиляции с рекуперацией могут использовать тепло от выхлопного воздуха для подогрева входящего воздуха, что снижает потребность в дополнительном отоплении [2].
Интеллектуальные системы управления: Внедрение систем автоматизации и управления, которые могут адаптироваться к изменяющимся условиям, позволяет оптимизировать использование энергии. Такие системы могут регулировать температуру и влажность в зависимости от количества пассажиров, времени суток и других факторов [3].
Теплоизбытки и их использование.
Помещения станций метро, как правило, имеют теплоизбытки из-за работы электрооборудования, систем освещения и большого количества пассажиров. Эти тепловые потоки можно использовать для отопления других помещений или для горячего водоснабжения. Внедрение центральной системы холодоснабжения позволит оптимизировать распределение тепловой энергии, что, в свою очередь, снизит нагрузку на систему отопления. Повышение энергоэффективности станций метро не только снижает затраты, но и имеет положительное влияние на окружающую среду. Снижение потребления энергии приводит к уменьшению выбросов углекислого газа и других загрязняющих веществ. [4] Внедрение устойчивых технологий и использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели или ветряные турбины, может дополнительно снизить экологический след станций метро.
Некоторые города уже внедрили эффективные решения для повышения энергоэффективности своих станций метро. Например:
Лондон: В Лондонском метро активно используются системы рекуперации тепла, которые позволяют использовать избыточное тепло для обогрева вестибюлей и других помещений. Лондонский метрополитен активно использует системы рекуперативного торможения, что позволяет значительно экономить электроэнергию и снижать тепловые нагрузки на станции.
Копенгаген: Система солнечного централизованного отопления в Копенгагене является примером эффективного использования возобновляемых источников энергии для отопления жилых и общественных зданий. Летом используются солнечные коллекторы с высоким коэффициентом полезного действия (КПД) до 90 %. Эти коллекторы преобразуют солнечную энергию в тепловую, что позволяет эффективно собирать и накапливать тепло.
Токио: В Токийском метро применяются тепловые насосы для утилизации тепла, выделяемого от поездов, что помогает поддерживать комфортную температуру на станциях. А также в Токийском метро применяется инновационная система охлаждения, основанная на замораживании льда в ночное время: На станциях оборудованы специальные помещения с контейнерами, где по ночам замораживают воду. Наутро замороженную ледяную смесь распыляют по станциям, обеспечивая эффективное кондиционирование воздуха.
Заключение.
На сегодняшний день многие станции метро требуют переоснащения систем вентиляции и теплоснабжения. Внедрение современных технологий, оптимизация существующих систем и использование вторичных источников тепла могут значительно повысить эффективность и снизить затраты на отопление и горячее водоснабжение.
Литература:
- СП 44.13330.2011 Административные и бытовые здания.
- СП 60.13330.2020 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
- СП 73.13330.2016 «Внутренние санитарно-технические системы зданий» и инструкциям изготовителей.
- СП 131.13330.2012 Строительная климатология.
