Альтернативные источники теплоснабжения малоэтажного здания

Энергосбережение-одна из приоритетных задач, обусловленных дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами. Экономия энергии-это эффективное использование энергоресурсов за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, приемлемы с экологической и социальной точек зрения, не изменяют привычного образа жизни. Такое определение было сформулировано на Международной энергетической конференции (МИРЭК) ООН.
Здание в соответствии с требованиями Федерального закона от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» должно быть запроектировано и возведено таким образом, чтобы при выполнении установленных требований к внутреннему микроклимату помещений и другим условиям проживания обеспечивалось эффективное и экономное расходование энергетических ресурсов при его эксплуатации.
Актуальным трендом современной мировой экономики является переход на низкоуглеродные технологии. Киотское, а затем Парижское соглашение по климату определили основные подходы и принципы взаимодействия стран по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу с целью предотвращения глобального повышения температуры воздуха.
Россия, являясь участницей Парижского соглашения, приняла 2 июля 2021 года Федеральный закон № 296-ФЗ «О выбросах парниковых газов», который создает правовые предпосылки для развития в стране климатической повестки, внедрения климатических проектов и энергосберегающих технологий во всех сегментах экономики.
Наиболее значимым источником выбросов парниковых газов является сжигание ископаемого топлива для выработки тепловой и электрической энергии. 45% вырабатываемой тепловой энергии в Российской Федерации используется на отопление зданий.
Сократить потребление тепловой энергии на отопление, получаемой за счет сжигания ископаемого топлива можно путем использования возобновляемых энергетических ресурсов (ВИЭ) и вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).
К ВИЭ, которые можно использовать для теплоснабжения жилых и общественных зданий относятся следующие:
-низкопотенциальная теплота грунта;
-низкопотенциальная теплота атмосферного воздуха;
-солнечная энергия;
-низкопотенциальная теплота водоемов;
-кинетическая энергия ветра;
-теплота сгорания различных видов биотоплива, включая отходы деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства.
В жилых и общественных зданиях могут быть использованы ВЭР, такие как:
-низкопотенциальная теплота удаляемого вентиляционного воздуха;
-низкопотенциальная теплота сточных вод;
-теплота конденсации холодильных установок,
При проектировании, строительстве и капитальном ремонте жилых и общественных зданий, в которых предусматривается использование ВИЭ и ВЭР, необходимо стремиться к созданию энергетически эффективного здания.
Целесообразность теплоснабжения объектов капитального строительства при помощи альтернативных источников тепловой энергии должна рассматриваться в схемах теплоснабжения соответствующих муниципальных образований, а также собственниками таких объектов. При этом, принимая во внимание климатические особенности субъектов Российской Федерации, для обеспечения надежности теплоснабжения целесообразно сооружать резервные источники тепловой энергии при использовании альтернативных источников тепловой энергии, однако данное решение негативно сказывается как на капитальных затратах при строительстве объекта капитального строительства, так и на эксплуатационных затратах.
Объектом исследования является здание магазина «Эталон».
Предметом исследования выступает система теплоснабжения и электроснабжения магазина «Эталон».
Целью данной работы является проектирование системы теплоснабжения малоэтажного здания магазина «Эталон».
Применен метод исследования-анализ научно-технической литературы.
Теоретическая значимость данной работы заключается в возможности применения результатов работы на других аналогичных зданиях так как данная работа выполнена по реальным данным и актуальной практической тематике.
Практическая значимость работы заключается в повышении надёжности электроснабжения потребителей микрорайона.
Тема выпускной квалификационной работы «Альтернативные источники теплоснабжения малоэтажного здания» разработана в полной степени, так как проведенные расчеты и на их основании сделанные выводы полностью раскрывают данную тему.
При решении задач выпускной квалификационной работы использованы литературные труды таких известных специалистов в области проектирования и обслуживания систем электроснабжения как, Алиев И. И., Барыбина Ю. Г., Горбов А. М., Неклепаев Б. Н., Файбисович Д. Л., Федоров А. А., Шеховцов В. П., Ящура А. И. внесших существенный вклад в развитие и изучение режимов работы и эксплуатации систем электроснабжения.
Работа состоит из введения, трёх глав теоретической, практической и практико-ориентированной с разделением на параграфы, заключения, списка использованных источников и приложений. В работе использовано 17 таблиц, 10 рисунков, 27 используемых источников. Общее количество страниц работы 80.

Введение……………………………………………………………………….
Глава 1. Характеристика системы электроснабжения микрорайона...
1.1 Источники теплоснабжения……………………………………..………..
1.2 Окружающая среда………………………………………………………..
1.3 Структурная схема электрифицируемого района……………….……....
1.4 Основное электрооборудование системы электроснабжения
микрорайона..………………………………………………………….......…..
Глава 2. Анализ работы системы электроснабжения микрорайона….
2.1 Анализ электрических нагрузок микрорайона………………....…….….
2.2 Выбор силовых трансформаторов……..…………………………………
2.3 Оценка оптимальности места расположения районной
трансформаторной подстанции……………………………………………....
Глава 3. Расчет системы электроснабжения микрорайона…...………..
3.1 Расчет токов короткого замыкания………………………………………
3.2 Выбор кабелей……………………………...……………….......……...….
3.3 Выбор коммутационной аппаратуры…………………………….…...….
3.4 Система молниезащиты и заземления трансформаторных
подстанций………………………………………………………………….….
Заключение…………………………………………………...………………
Библиография………………….………………………………………......…
Приложения…………………………………………………………...……...

Целью данной работы является проектирование системы теплоснабжения малоэтажного здания магазина «Эталон».
Систему теплоснабжения магазина «Эталон» планируется подключить к электрическому котлу. Выбирать мощность электрокотла необходимо в соответствии с площадью помещения. Площадь магазина составляет 250 м2. Подбор осуществляется из расчёта 1 кВт на 10 м2 отапливаемого пространства. Значит, если нужно обогреть здание размерами 250 м2, мощность котла должна составлять не менее 25 кВт.
Необходимо проверить систему электроснабжения магазина «Эталон» для подключения электрокотла. Магазин находится в жилом микрорайоне, который получает питание от двух подстанций ТП 10/0,4 кВ №158 и №173.
Генеральный план расположения потребителей относительно трансформаторных подстанций включает в себя комплекс девятиэтажных и пятиэтажных жилых домов, магазин «Эталон», насосную станцию, газовую распределительную подстанцию. На генеральном плане также схематически показаны кабельные линии, ведущие к подстанциям от источников питания, и линии от подстанций, по которым питаются потребители.
Трансформаторная подстанция ТП-158 с одной стороны запитывается по кабельной линии от другой трансформаторной подстанции ТП-98, не находящейся на территории рассматриваемого микрорайона, а с другой также по кабельной линии питается от распределительного пункта РП-4. В свою очередь от ТП-158 питание по двум трехжильным кабельным линиям подводится к трансформаторной подстанции ТП-173. Затем электрическая энергия трансформируется на напряжения 0,4 кВ. От сборных шин на 0,4 кВ по кабельной линии запитываются потребители, которые относятся ко второй категории.
Питание ТП-98 осуществляется от распределительного пункта РП-1.
РП-1 и РП-4 в свою очередь питаются от районной ГПП 110/35/6 кВ. Электроснабжение РП-4 происходит по воздушным линиям через две ячейки, а РП-1 запитана от одной ячейки через кабельную линию от секций шин 6 кВ ГПП.
В систему электроснабжения рассматриваемого микрорайона входят две одинаковые трансформаторные подстанции, электрическая схема которых на примере ТП-158 представлена на плакате.
Произведен расчет электрических нагрузок жилых домов, зданий и магазина «Эталон».
Таким образом, проведенный расчет позволяет установить, что установленные на подстанциях ТП-158 и ТП-173 трансформаторы работают с загрузкой 45-70%. Поэтому при строительстве новых жилых домов возможно дальнейшее использование трансформаторов данной марки без замены на более мощные.
По величине нагрузки потребителей микрорайона произведен выбор силовых трансформаторов ТП-158. Рассматривались два варианта: первый вариант-установка двух трансформаторов типа ТМ-250/6, второй вариант-установка двух трансформаторов типа ТМ-400/6. Технический расчет показал, что оба варианта удовлетворяют предъявляемым требованиям и могут быть использованы на практике. Для окончательного выбора числа и мощности трансформаторов необходимо сравнить варианты с помощью технико-экономического расчёта, и выбрать тот который будет наиболее выгоднее. Технико-экономический расчет выбора силовых трансформаторов показал, что вариант с двумя трансформаторами типа ТМ-250/6 будет экономически выгоднее на 33818,52 рублей.
Для определения оптимальности расположения ТП-158 необходимо построить картограмму нагрузок в виде генерального плана с изображением на нём распределения нагрузок. Для облегчения расчета на план наносят координатные оси с точкой начала отсчета с привязкой к какому-либо объекту на местности. Для ТП-158 и потребителей, которые от нее питаются. Электрические нагрузки представляют собой размещенные на генеральном плане окружности, с центром совпадающим с центром нагрузки потребителя.
По картограммам можно увидеть, что центры электрических нагрузок ТП-158 подстанции не совпадают с фактическим месторасположением трансформа торной подстанции ТП-158, но при этом подстанция в ходит в зону pассеивания центра электрических нагрузок, что позволят говорить о том, что местоположение ТП-158 оптимально.
Для выбора основного электрооборудования подстанции ТП-158 произведен расчет токов короткого замыкания в именованных и относительных единицах, для этого по схеме системы электроснабжения микрорайона составлена расчетная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания.
Таким образом, двумя различными способами получены одинаковые результаты при определении токов короткого замыкания.
По экономическому сечению произведен выбор питающих ТП 10/0,4 кВ кабелей 6 кВ.
Произведен выбор и проверка высоковольтных электрических аппаратов ТП-158. Выбраны высоковольтные выключатели типа ВНП-6, разъединители типа РВ-6 и предохранители типа ПК-6.
Заземление ТП-158 состоит из вертикальных электродов-стальные трубы диаметром 50 мм с толщиной стенки не менее 3,5 мм. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением не менее 40х5 мм.
Молниезащита выполнена в виде молниеприемной металлической сетки из круглого стального прута диаметром d=10 мм. Размер ячейки сетки составляет 1,8х1,8 м
Цель выпускной квалификационной работы достигнута, задачи выполнены.

1 Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 N 261-ФЗ
2 Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (утв. распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. № 1715-р)
3 Постановление Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 321 «Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики»
4 Программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности ПАО «ФСК ЕЭС» на период 2020 -2024 гг.
5 Алиев И.И. Электрические аппараты: учебное пособие для сред. проф. образования / И.И. Алиев, М.Б. Абрамов - М.: РадиоСофт, 2018. - 214 с.
6 Большам, Я.М. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей [Текст] / Я.М. Большам, В.И. Крупович, М.Л. Самовер. – М.: Энергия, 2018. – 696 с.
7 Ерошенко С.А. Расчет токов коротких замыканий в энергосистемах / С.А. Ерошенко, А.О. Егоров, М.Д. Сенюк, М.Р. Загидулин, К.А. Зиновьев, А.И. Хальясмаа: учебное пособие – М.: Урал. ун-та, 2019. - 104 с.
8 Ершов А.М. Системы электроснабжения Ч.1. Основы электроснабжения: курс лекций / – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2018. – 245 с.
9 Ершов А.М. Релейная защита в системах электроснабжения напряжением 0,38-110 кВ: учебное пособие - М.: Инфра-Инженерия, 2020. - 608 с.
10 Ершов А.М. Системы электроснабжения. Ч.2: Электрические нагрузки. Компенсация реактивной мощности: курс лекций / – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2018. – 230 с.
11 Зуев Э.Н. Технико-экономические основы проектирования электрических сетей [Текст] / Э.Н. Зуев. – М.: Энергоатомиздат, 2018. – 72 с.
12 Извеков Е.А. Проектирование систем электроснабжения / Е.А. Извеков, И.В. Лакомов, В.В. Картавцев. Курсовое проектирование: учебное пособие - М.: Лань, 2020. - 152 с.
13 Карякин, Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок [Текст] / Р.Н. Карякин. – М.: Энергосервис, 2018. – 374 с.
14 Киреева Э. А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий: учебное пособие - М.: Кнорус, 2020. - 368 с.
15 Кудрин Б. И. Электроснабжение [Текст] / Б. И. Кудрин, М. Г. Ошурков, Б. В. Жилин – М.: Феникс, 2018. – 382 с.
16 Куксин А.В. Электроснабжение промышленных предприятий: учебное пособие - М.: Инфра-Инженерия, 2021. - 156 с.
17 Малафеев С.И. Надежность электроснабжения: учебное пособие - М.: Лань, 2021. - 368 с.
18 Миронов Ю.М. Электрооборудование и электроснабжение электротехнологических установок / Ю.М. Миронов, А.Н. Миронова: учебное пособие - М.: ИНФРА-М, 2020. - 470 с.
19 Немировский А.Е. Электрооборудование электрических сетей, станций и подстанций / А.Е. Немировский, Л.Ю. Крепышева, И. Ю. Сергиевская - М.: Инфра-Инженерия, 2020. - 174 с.
20 Ополева Г.Н. Электроснабжение промышленных предприятий и городов: учебное пособие - М.: Форум, 2019. - 416 с.
21 Полуянович Н.К. Монтаж, наладка, эксплуатация и ремонт систем электроснабжения промышленных предприятий – М.: Лань, 2021. - 396 с.
22 Рябкова, Е.Я. Заземление в установках высокого напряжения [Текст] / Е.Я. Рябкова. – М.: Энергия, 2018. – 224 с.
23 Сазыкин В.Г. Расчет электрических нагрузок в системах электроснабжения АПК: метод. указания / В.Г. Сазыкин, А.Г. Кудряков. – Краснодар: КубГАУ, 2018. – 54 с.
24 Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2018.
25 4 Фризен, В.Э. Расчет и выбор электрооборудования низковольтных распределительных сетей промышленных предприятий: учебное пособие / В.Э. Фризен, С.Л. Назаров. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. - 180
26 Шеховцов В. П. Осветительные установки промышленных и гражданских объектов: В.П. Шеховцов учебное пособие.3-е изд. - М.: ФОРУМ, 2018. - 453 с.
27 Щербаков Е.Ф. Электроснабжение и электропотребление в строительстве: учебное пособие / Е.Ф. Щербаков, А.Л. Дубов, Д.С. Александров - М.: Лань, 2021. - 512 с.