Обработать тепло
Украинский изобретатель придумал простой способ сэкономить на отоплении и подогреве воды до 30% энергии.
Руководство харьковского НПО "Точприбор" в 2010 г. вынуждено было задуматься об экономии электроэнергии. Выход был найден довольно быстро. Изобретение харьковчанина Ивана Зимы — установку для обработки воды — вмонтировали в систему отопления одного из цехов. Установка проработала два месяца, сэкономив примерно 30% электроэнергии.
Экономная комбинация
Работая над снижением энергозатрат в отопительных системах, харьковский ученый Иван Зима решил, что целесообразнее начать экономить на… воде.
Он применил резонансную магнитоакустическую обработку теплоносителя шумовыми сигналами малой мощности. Чтобы оценить эффективность такой обработки, в Харьковском национальном университете радиоэлектроники (ХНУРЭ) была разработана и создана автономная система отопления с резонансной обработкой воды. В нее включены шумовые генераторы звуковых и радиочастот, звуковой и ультразвуковой виброизлучатели (см. "Схема резонансного магнитоакустического реактора").
"Такую обработку можно отнести к интеллектуальным методам воздействия на рабочую среду, осуществляемым с учетом особенностей ее структуры и характера взаимодействия с окружающей средой. В частности, с геомагнитным полем, — рассказывает Иван Зима, доктор технических наук, профессор ХНУРЭ, академик Академии наук прикладной радиоэлектроники. — При комплексной магнитоакустической обработке воды шумовыми сигналами в диапазонах звуковых и ультразвуковых частот происходит увеличение скорости ее нагрева, что эквивалентно увеличению мощности термоэлектрического нагревателя".
Применение ноу-хау сократило время нагрева воды, и в результате расход электроэнергии снизился на 30%. При этом само устройство потребляет всего лишь 20-40 Вт-ч. Установка врезается в общую систему отопления и может использоваться и без котла — подключается к системе отопления до нагревательного элемента. Изобретение достаточно универсально: его можно использовать в установках отопления и горячего водоснабжения как проточного, так и накопительного типов с водяными и масляными теплоносителями, применять при модернизации традиционных и разработке перспективных систем нового поколения. Основной его плюс в том, что его применение не требует глобальной реконструкции тепловых сетей.
Основной этап исследований проводился в 2009-2010 гг. Экспериментальная установка работала на НПО "Точприбор" и на научно-производственной фирме "РОС", которая специализируется на производстве бойлеров и использует трубчатые электрические нагреватели. Что интересно, при использовании установки в работе электродных котлов экономия достигает 50% по сравнению с теновыми нагревателями. "Помимо энергосбережения, у установки есть и другие преимущества. Дополнительно улучшается качество теплоносителя и продлевается срок службы трубопроводов, старые трубы очищаются от накипи, уменьшается содержание бактерий в воде", — констатирует Владимир Жирнов, ведущий научный сотрудник ХНУРЭ. — Аналогов изобретение не имеет, это технологии XXI века".
Вложения без отдачи
Сейчас главная задача для изобретателей — выпуск промышленного образца. По словам Ивана Зимы, на его создание и серийное производство необходимо 0,5 млн грн. — и окупятся эти вложения максимум за три года. Средства небольшие, и вполне возможно, что изобретателям удастся найти инвесторов.
Наиболее активными пользователями ноу-хау ученые видят жителей частного сектора. По расчетам изобретателей, сейчас отопление частного дома площадью 200 кв. м экономным электродным котлом обходится порядка 52 грн. в день, а за отопительный сезон набегает почти 10 тыс. грн. Установка резонансной магнитоакустической обработки для такого дома будет стоить порядка 2,5 тыс. грн. Экономия после ее размещения в системе составит почти 2,9 тыс. грн. В результате затраты окупятся всего лишь за пять месяцев отопительного сезона, и в будущем каждый год хозяин дома будет экономить около 3 тыс. грн.
Кроме того, применение установки может быть эффективным в автономных системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений предприятий, в учебных заведениях, коттеджах, офисах, отелях, а также на объектах электроэнергетики — ТЭЦ, АЭС.
За пять лет работы над изобретением ученые потратили на материалы и оборудование порядка 25 тыс. грн. Установку собирали сами из комплектующих, купленных в магазинах. В целом затраты с учетом проведенных исследований и выполненных работ уже приблизились к 200 тыс. грн.
На внедрении разработки в родном университете можно ежегодно экономить сотни тысяч гривен. Согласно расчетам изобретателей, в зданиях университета нужно встроить систему, состоящую из 40 устройств — по одному на каждые 25 радиаторов. Себестоимость каждого устройства с учетом монтажных работ обойдется примерно в 2,5 тыс. грн. В итоге на работы по установке и запуску системы потребуется 100 тыс. грн. Но эти вложения, по данным ученых, окупятся всего лишь за полтора месяца. Ежегодные затраты университета на отопление составляют 850,5 тыс. грн. После установки системы каждый год вуз будет экономить 255 тыс. грн. Однако в ближайших планах университета такой масштабной работы не значится. После окончания отопительного сезона ноу-хау планируют применить в коттедже, расположенном на территории вуза. Но эту зиму установка и вовсе простаивала в лаборатории. И проблема банальна — нет денег. "Университет может вкладывать средства только в рамках госфинансирования, а оно сведено практически к нулю", — сетует Иван Зима.
Установки можно использовать в бойлерных станциях, а в будущем — и в централизованных теплосетях. Но пробиться туда практически нереально. "Сейчас предприятия теплосетей нацелены в первую очередь на замену труб для снижения потерь тепла, а не на внедрение новых технологий. Кроме того, консервативная система хозяйствования не позволяет попасть туда кому-то со стороны — все закрыто, — объясняет г-н Зима. — Если ты не попал в программу бюджетного финансирования, то теплосетей тебе не видать". Однако расчеты на бюджетное финансирование остались мечтами. Харьковчане участвовали в областном конкурсе проектов по энергосбережению, заняли третье место, но к титулу победителей получить и финансирование из облбюджета им не удалось. "Мы встречались с представителями газового хозяйства города, предлагали им снизить расходы потребления газа, направляемого на подогрев воды, но они отказались, объяснив это тем, что они не заинтересованы в снижении объемов потребления, — акцентирует Иван Зима. — Мы говорим об энергосбережении, но производители тепла заинтересованы в увеличении расходов на его производство. Все не так просто".
Ситуация в ТКЭ критическая — долги по всем регионам растут с катастрофической скоростью и за отопительный сезон 2010-2011 гг. достигли почти 11 млрд грн. Премьер-министр Николай Азаров сказал, что это "подрывает усилия правительства по стабилизации финансовой ситуации в энергетическом секторе" и уже в который раз пообещал уволить руководителей наиболее задолжавших предприятий и областей. Возможно, в следующий раз власти на местах будут расторопнее и обратят внимание на простые рецепты энергосбережения, которые предлагают в том числе и украинские изобретатели.
Дмитрий Переверзев, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины
— Резонансную магнитоакустическую обработку можно отнести к новым нанотехнологиям воздействия на рабочую среду, осуществляемым с учетом особенностей ее структуры и характера взаимодействия с окружающей средой, в частности, с геомагнитным полем. Ее целесообразно было бы внедрить на современных электростанциях, где сейчас широко применяются разные способы химической коррекции параметров воды, которые требуют больших затрат различных реагентов и ведут к экологическим загрязнениям стоков и окружающей среды. Резонансная магнитоакустическая обработка по сравнению с химической имеет ряд преимуществ: процессы имеют непрерывный характер, требуемый водно-химический режим обеспечивается без применения химических реагентов, исключается загрязнение стоков.
Сергей Филатов, директор НПО "Промэлектро"
— Внедрение технологии резонансной магнитоакустической обработки позволит уменьшить на 30% энергозатраты на получение тепла и горячей воды для предприятий и населения, а также даст возможность получить дополнительную экономию топлива. Помимо этого, она способствует уменьшению вредных выбросов в атмосферу. А также может быть использована как в системах с трубчатыми электрическими нагревателями, так и в системах с электродными нагревателями, так как в обоих случаях происходит увеличение скорости ее нагрева, что эквивалентно увеличению мощности нагревателя без увеличения тока и сечения проводки. Наибольший эффект можно получить при применении резонансной магнитоакустической обработки в системах с электродными нагревателями.
