Энергосбережение в строительстве

Начало в СиН №№ 9, 10, 12, 13

Сокращение расходов ТЭР при проектировании

Продолжаем тему тепло- и энергосбережения. Сегодня рассматриваются действия строительного комплекса республики, способствующие сокращению расходов ТЭР при проектировании жилых домов, общественных зданий, объектов производственного назначения, а также при производстве строительных материалов.

Энергоемкость зданий и сооружений складывается из единовременных расходов ТЭР (затраты на производство и транспорт материалов и конструкций, затраты на выполнение СМР) и эксплуатационных расходов (затраты на отопление, вентиляцию, освещение и др.).

При проектировании теплозащитные свойства зданий и сооружений, от которых будут в дальнейшем зависеть эксплуатационные расходы, должны определяться по нормативным значениям удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию на единицу общей площади (табл. 1).
Наименование объектов нормированияНормативный удельный годовой расход тепловой энергии
МДж/м2в год
кВт·ч/м2в год
МДж/м3в год
кВт·ч/м3в год
1. Жилые дома (9 этажей и выше)308
86
110
31
2. Жилые дома (4–5 этажей) с многослойными наружными стенами317
89
113
32
3. Жилые дома (4–5 этажей) с наружными стенами из штучных материалов341
95
122
34
4. Жилые дома усадебного типа, в том числе с мансардами419
117
150
42
5. Коттеджи, жилые дома усадебного типа, в том числе с мансардами300
140
178
50
6. Детские сады101
29
7. Школы97
27
Основными критериями снижения энергоемкости при проектировании зданий и сооружений являются следующие.

- Обеспечение нормативных требований по низкой теплопроводности ограждающих конструкций. При этом в многослойных ограждающих конструкциях с теплой стороны необходимо располагать слои с большей теплопроводностью и меньшей паропроницаемостью.

- Снижение расходов всех материалов на единицу строительной продукции. При этом особое внимание следует уделять ограничению применения материалов с высокой энергоемкостью.

- Снижение веса зданий и сооружений.

- Применение новых эффективных инженерных систем, обеспечивающих жизнедеятельность зданий и сооружений и позволяющих снизить эксплуатационные расходы.

- Приближение окон по теплотехническим характеристикам к ограждающим конструкциям.

Энергосберегающие мероприятия при разработке генеральных планов:

- Развитие городов с рациональным использованием городских территорий за счет уплотнения застройки, дополнительное жилищное строительство на сложившихся территориях.

- Организация замкнутых дворов и внутриквартальных территорий для ликвидации сквозных продуваемых ветром пространств с сохранением принципов организации воздухообмена.

- Вынос технологического оборудования на открытые площадки. При этом снижение энергозатрат происходит как в процессе строительства (снижение материалоемкости), так и в процессе эксплуатации (сокращение затрат на отопление, вентиляцию продольного фасада здания).

- Осуществление при проектировании максимального блокирования зданий.

Совершенствование архитектурно-конструктивных решений:

- Минимизация отношения площади ограждающих конструкций к общей площади зданий.

- Отношение площади оконных проемов к площади наружных стен не должно превышать 18-20%.

- Надстройка этажей мансард (с применением деревянных и металлических каркасов, а также ячеистого бетона). Международная практика показывает, что стоимость строительства квадратного метра мансардного этажа на 15-30% ниже, чем при новом строительстве, а энергозатраты на 20% ниже, чем на обычный этаж.

- Применение эффективных утеплителей плотностью не более 200 кг/м 3 и lГ0,1 Вт/(м°С) с минимумом теплопроводных включений и стыковых соединений в сочетании с надежной гидроизоляцией. Тепловую изоляцию наружных стен следует проектировать непрерывной в плоскости фасада здания.

- Применение сертифицированных оконных изделий полной заводской готовности с теплосберегающим стеклом, а также со стеклопакетами, заполненными аргоном, криптоном или другим инертным газом.

- Применение энергоэффективных ограждающих конструкций. Предпочтение необходимо отдавать однослойным стенам, обеспечивающим необходимое термическое сопротивление, взамен более трудоемких и энергоемких многослойных.

- Ограничение "мокрого" утепления наружных стен при проектировании новых зданий и сооружений.

- Ограничение применения теплоизоляции с внутренней стороны.

- Строительство жилых домов из экологически чистых материалов, включая применение соломы.

- Максимальное приближение производства отдельных материалов и конструкций к строительной площадке (монолитный каркас, вспененные пластмассы и др.).

- Применение гипсокартонных листов (ГКЛ) для устройства межкомнатных и межквартирных перегородок, а также перегородок в ванных комнатах и санузлах.

- Применение новых каркасных систем (сборно-монолитных и монолитных) при проектировании жилых и общественных зданий. Использование принципа разделения функций несущих и ограждающих конструкций, что позволяет при снижении материалоемкости сохранить все их функции.

- Применение эффективных опалубочных систем многократного использования.

- Использование новых методов бетонирования в зимних условиях с применением химических добавок.

- Применение для ограждающих конструкций калиброванных изделий из ячеистого бетона плотностью менее 400 кг/м 3 с укладкой их "на клею". При этом повышение термического сопротивления ограждающих конструкций увеличивается на 15-20%.

- Применение эффективных герметиков и гидроизоляционных материалов, уменьшающих воздухопроницаемость столярных изделий.

- Устройство вентиляции с рекуперацией тепла уходящего из помещения воздуха.

- Применение материалов с повышенной долговечностью, что позволяет увеличить межремонтные сроки, сократить затраты на капитальные ремонты.

- Использование потенциальной энергии грунта.

- Использование нетрадиционных источников энергии, таких как энергия солнца, ветра и др.

- Управление теплофизическими характеристиками ограждающих конструкций (вентилируемые воздушные прослойки и др.).

- Исключение устройства окон по обеим наружным стенам угловых комнат.

- Введение в конструкцию наружных ограждений замкнутых воздушных прослоек (толщина не менее 40-60 мм). Располагать их следует ближе к холодной стороне ограждения.

- Строительство ширококорпусных домов.

Энергосберегающие инженерные системы:

- Использование локальных и групповых котельных установок, включая чердачные, децентрализация теплоснабжения при уплотнении застройки.

- Поквартирное отопление с применением газовых и электрических водонагревателей.

- Поквартирный учет расхода горячей воды и установка приборов регулирования систем отопления.

- Применение горизонтальных систем отопления с поквартирным распределением теплоносителя (кольцевая и лучевая разводки).

- Применение автоматизированных тепловых пунктов.

- Внедрение в практику строительства трубопроводных систем из полимерных материалов, отличающихся долгим сроком службы (более 50 лет), для систем горячего, холодного водоснабжения и канализации.

- Применение энергоэффективных систем освещения.

- Оснащение систем отопления зданий системой автоматического регулирования теплотехнических параметров.

- Регулирование пофасадных систем, для чего предусматривается установка отдельных водонагревателей, насосов или элеваторов с изменяющимся сочетанием сопла.

- Осуществление разработки (как части проекта) энергетических паспортов жилых и общественных зданий. Это документы, которые отражают уровень теплозащиты и эксплуатационной энергоемкости зданий в целом.

Энергосбережение при производстве цемента

Цементная промышленность является крупнейшим потребителем топлива. 22,6% от всех ТЭР идет на нужды этого производства.

Производство цемента в Республике Беларусь до 1996 года осуществлялось только по мокрому способу, что определялось физико-механическими свойствами сырья. Применение сухого способа взамен мокрого позволяет радикально сократить затраты энергии.

В 1996 году принят в эксплуатацию Белорусский цементный завод, работающий по сухому способу. Проектом предусмотрены затраты топлива на обжиг 1 тонны клинкера на 70-80 кг ниже, чем при мокром способе производства.

За последние годы произошли коренные усовершенствования в технике сухого производства цемента. Появились высокоэффективные обжиговые агрегаты с теплообменными устройствами и декарбонизаторами, обеспечивающие эффективный теплообмен материала во взвешенном состоянии и его почти полную декарбонизацию вне печи. Созданы новые конструкции агрегатов высокой производительности при относительно небольших размерах печи по сравнению с мокрым способом. Одновременно значительно снижены затраты топлива на производство клинкера.

При использовании отходящих газов таких печных агрегатов в сырьевых мельницах и сушилах удельный расход тепла на обжиг клинкера в этих установках составит около 3350 кДж/кг (800 ккал/кг), а в отдельных случаях даже ниже, включая расходуемое на сушку сырья тепло.

Большие усовершенствования внесены в процесс приготовления сырьевой смеси.

Находят широкое применение усреднительные склады сырья. При переработке сырья с повышенной влажностью используются мельницы предварительного самоизмельчения и сушки типа Аэрофол. С целью снижения расхода топлива на обжиг клинкера при мокром способе переработки сырья применяются различные технологические приемы и оборудование.

Технико-экономическая целесообразность реконструкции предприятия, работающего по мокрому способу с использованием отдельных элементов сухого, или перевод его на работу полностью по сухому способу зависит от множества факторов. К числу этих факторов следует отнести свойства сырьевых материалов и, в первую очередь, их влажность.

Существенное значение имеет фактический расход тепла на обжиг клинкера, зависящий от влажности шлама, технического уровня и состояния тепловых установок.

В табл. 2 представлены сравнительные данные расхода тепла на обжиг при сухом и мокром способах производства по предприятиям различных стран.

СтранаУдельный расход тепла на обжиг клинкера
сухой способмокрый способ
кДж/кгккал/кгкг усл. топливакДж/кгккал/кгкг усл. топлива
Болгария45541083170,065191557222,0
Венгрия3840917,5131,084792025299,3
Польша3730987141,178101785255,0
Бывший СССР46631114,4159,266821596,7228,1
Франция3980951135,0---
Великобритания3350801,4114,360701452,2207,5
Германия2978711,1101,5---
Швейцария3760898,4128,3---
Испания3838917,0131,0---
Япония3140828118,35520 (1978)1318,2188,3
США49831190154,065741570224,3
Беларусь49831190170,074151773253,0

При принятии решения о внедрении того или иного энергосберегающего мероприятия на предприятии необходимо учитывать: особенности сжигания топлива во вращающихся печах, то есть соответствие параметров сжигания топлива параметрам спекания сырьевой смеси. Без выполнения этого условия невозможно любыми другими мерами обеспечить оптимальный режим сжигания топлива во вращающихся печах. Учитывается также процесс горения топлива.

Полнота сгорания топлива обеспечивается соответствующим коэффициентом избытка воздуха. Как правило, при обжиге цементного клинкера коэффициент избытка воздуха K=1,05-1,15. Для газообразного топлива K=1,05-1,08, для жидкого и твердого топлива К=1,1-1,15. Увеличение избытка воздуха сверх необходимого приводит к снижению температуры горения и увеличению потерь тепла с отходящими из печи газами.

Основой определения потенциала энергосбережения вращающейся печи является ее тепловой баланс. Структура статей теплового баланса печи позволяет наглядно определить источник потерь тепла в обжиговом агрегате и возможность их сокращения или устранения.

По имеющимся данным, из общего количества энергетических затрат примерно 10% расходуется на подготовку сырьевых материалов, 79% на обжиг клинкера, 10% на помол цемента и 1% на прочие операции.

В структуре себестоимости цемента (1998-2000 годы) затраты на топливо и электроэнергию составили 50-75%.

Энергозатраты в процессе обжига клинкера должны приближаться к уровню 2900 кДж/кг, рассматриваемому как предел возможного при современном техническом уровне промышленной технологии.

Для ориентировочной оценки рационального расходования топлива приняты следующие значения: при мокром способе - 234,0 кг/т, или 6800 кДж/кг, при сухом способе - 160 кг/т, или 4760 кДж/кг клинкера. Перечень основных мероприятий по экономии топлива при обжиге клинкера приведен в табл. 3.

Наименование мероприятийОжидаемая экономия расхода топливаПримечание
кг усл. топлива на т клинкеракДж на кг клинкера% к достигнутому среднеотраслевому показателю расхода
1. Переход с мокрого на сухой способ производства1759–234660–8025–35
2. Установка распылительных сушилок шлама в холодном конце печи528–99718–348–15
3.Использование фильтрпрессов для обезвоживания шлама до влажности 20% (полусухой способ производства)1378–164247–5620–23
4. Снижение влажности шлама с помощью добавок-разжижителей (на каждый % снижения)117–1464–51,8–2,2
5. Применение добавок-минерализаторов196–3236,7–113–5Введение в сырьевую смесь небольшого количества минерализаторов (фосфогипса, плавикового шпата, кремнефтористого гипса и др.), которые ускоряют процесс спекания и снижают его температуру
6. Организация мер по сокращению потерь тепла через корпус печи. Теплоизоляция средних зон каркасов вращающихся печей с наружной температурой 100–250°С126–1465,6–6,71,8–2,1Теплоизоляция составляет примерно 30% длины печи
7. Улучшение процесса сжигания топлива за счет использования более совершенных горелок65–1322,2–4,51–2
8. Устройство современных теплообменников для интенсификации процессов сушки шлама во вращающейся печи190–2816,5–133–6
9. Стабилизация питания печей шламом и сырьевой мукой путем установки современных шламопитателей и дозаторов50–631,7–2,140,9–1
10. Оптимизация химического состава сырьевой смеси (по п;РиКН) и стабилизация технологического процесса, обеспечивающая отклонения значений модулей в узком интервале50–841,7–2,90,9–1,7
11. Увеличение скорости вращения печей до 1,5 мин-1с регулированием ее в широком диапазоне до оптимальных значений (для мокрого способа)105–2103,57–7,151,5–3,5Благодаря интенсивности теплообмена снижается температура отходящих газов. Необходимо оборудование для плавного регулирования оборотов
12. Образование устойчивой обмазки в зоне спекания84–1262,9–4,31,2–1,8
13. Использование вторичного тепла, излучаемого зоной спекания вращающихся печей, с получением горячей воды для производственных и коммунальных нужд84–1052,9–3,61,5–3,4Увеличение КПД печей при мокром способе на 1,5–2,5%, при сухом — на 2%
14. Уменьшение подсоса воздуха через головку печи (например, с 15 до 5%)84–1052,9–3,61,2–1,7Посредством поддержания на требуемом уровне разрежения на холодном конце печи
Примечания:

1. Эффективность каждого мероприятия по снижению удельного расхода топлива и его осуществление зависят от конкретных условий каждого предприятия.

2. Многие мероприятия по снижению расхода топлива взаимно перекрываются, поэтому нельзя механически суммировать указанные в таблице показатели эффективности нескольких мероприятий.

3. Затраты тепла на испарение влаги составляют главную статью теплового баланса печи. При влажности шлама 36% затраты на нагревание и испарение воды, содержащейся в шламе, прогрев паров до температуры отходящих газов составляют 2720 кДж/кг (650 ккал/кг), а при влажности шлама 45% — 3157 кДж/кг (753 ккал/кг), то есть почти половину расхода топлива, идущего на обжиг клинкера по мокрому способу. Эти затраты близки к суммарным затратам тепла на получение клинкера сухим способом.

4. Снижение влажности шлама можно осуществить за счет применения химических добавок, которые уменьшают внутреннее трение, то есть повышают текучесть шлама: а) щелочные электролиты — силикат натрия, щелочь NaOH, карбонат натрия Na2CO3; б) поверхностно-активные СДБ (сульфатно-дрожжевая бражка), лигносульфат кальция; в) комбинированные.

Указанные добавки, вводимые при помоле шлама в количестве 0,1-0,8%, снижают влажность на 2-3%, а в отдельных случаях на 5-12%. В настоящее время влажность шлама колеблется в пределах 39–40% на Красносельском цементном заводе и в пределах 44–47% на Кричевском цементном заводе. Расчеты показывают, что влажность шлама можно легко снизить на 9–15% (снижение влажности на 1% дает 1,5% экономии).

Другие мероприятия по экономии топлива при производстве цементе

1. Сжигание изношенных и не подлежащих повторному восстановлению автомобильных покрышек в печах сухого способа обжига клинкера. При этом достигается не только экономический, но и экологический эффект.

Удельная теплота сгорания изношенных покрышек составляет 29 000 кДж/кг (6921 ккал/кг), то есть примерно равна по этому показателю высококачественному топливу. В настоящее время решена проблема загрузки покрышек в печь целиком (без измельчения). Содержащиеся в покрышках железо и оксид цинка входят в состав клинкера, последний оказывает положительное влияние на процесс обжига, снижая примерно на 100°С требуемую температуру сжигания. Качество цемента не изменяется.

2. Организационные меры. Повышение коэффициента использования вращающихся печей до 0,91-0,95, но не ниже 0,84.

При остановке агрегата на 1 час для восстановления утраченной теплоты корпусом печи, клинкером, сырьем и футеровкой необходимо затратить 2-2,5 т усл. топлива для восстановления нормативного теплового режима. Пуск в действие полностью охлажденной печи требует 50-150 т усл. топлива (в зависимости от размеров печи).

3. Выпуск многокомпонентных цементов, то есть производство шлакового портландцемента и портландцемента с иными добавками.

Использование каждой тонны доменного гранулированного шлака позволяет экономить 600-700 кг клинкера. В среднем экономия топлива при выпуске шлакового портландцемента составляет 30-40% по сравнению с чисто клинкерным цементом.

4. Модернизация печей с изменением их профиля в зоне обжига.

5. Подсушка (проветривание) сырья непосредственно в карьере.

6. В трубных и шаровых мельницах на полезную работу по измельчению расходуется не более 2-20% энергии. Остальная энергия расходуется на взаимное трение частиц материала и трение между частицами и элементами мельницы, на образование тепла, вибрацию, турбулентность потока материала.

Интенсификация помола и сокращение затрат электроэнергии на 5-15% осуществляется за счет введения в материал интенсификаторов помола в виде поверхностно-активных веществ (ПАВ), СДБ, мылонафта, петролатума, триэтаноламина и др. (добавляются 0,02-0,5% от массы цемента). Они повышают эффективность измельчения клинкера, так как понижают его сопротивляемость помолу, а также способствуют уменьшению агрегации частичек материала и их прилипания на мелющие поверхности.

Леонид СОКОЛОВСКИЙ,
начальник главного управления строительной науки и нормативов
Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь

Продолжение следует


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 14 за 2001 год в рубрике энергетика

©1995-2022 Строительство и недвижимость