3972

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГО-И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям по дисциплине «Современные проблемы энерго - и ресурсосбережения»

для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

Нижний Новгород

2016

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГО – И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям по дисциплине «Современные проблемы энерго - и ресурсосбережения»

для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

Нижний Новгород

ННГАСУ

2016

2

УДК 620.9:662.6

Лебедева Е.А. Современные проблемы энерго-и ресурсосбережения [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. /Е.А.Лебедева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. –34 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Представлена информация о современных проблемах в области энерго- и ресурсосбережения, приведены указания по содержанию и последовательности выполнения практических и семинарских занятий по дисциплине «Современные проблемы энерго - и ресурсосбережения», даны рекомендации по выполнению индивидуальных заданий.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для проведения практических, семинарских занятий, выполнения индивидуальных заданий и подготовки реферата по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях.

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной образовательной программе направления 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность зданий, одобренной решением научно-технического совета (НТС) от «2» сентября 2015г. Протокол № 12

.

© ЕА.Лебедева, 2016

© ННГАСУ, 2016.

3

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины Б1.В.ДВ.4 Современные проблемы энерго- и ресурсосбережения являются:

-формирование знаний по основным видам природных и вторичных энергоресурсов, проблемам их энергоэффективного и экологически безопасного использования;

-умений выполнить оценку целесообразности применения нетрадиционных источников энергии и вторичных энергоресурсов;

-способности выполнять теоретические и экспериментальные исследования энергосберегающего оборудования и нетрадиционных энерготехнологий.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

-направления совершенствования энерго и ресурсосберегающих технологий;

-проблемы использования возобновляемых источников энергии и энерготехнологического комбинирования технологических процессов;

-основные положения Энергетической стратегии России и передовые технологии зарубежных стран в области энерго и ресурсосбережения;

-базовые основы законодательства и нормирования в области энерго и ресурсосбережения, способы моделирования технологических процессов, теплотехнические расчеты энергосберегающих технологий и энергосберегающего оборудования;

-передовые технологии энерго и ресурсосбережения, включая проблемы комплексного использования отходов; способы проектирования топочных камер для утилизации твердых, жидких и газообразных отходов

Уметь:

-проанализировать перспективные направления развития энерго и ресурсосберегаю-

щих технологий, выполнить обоснование границ применения возобновляемых источников в России, сопоставить схемы энерготехнологического комбинирования технологических процессов, проанализировать негативное воздействие энерго и ресурсосберегающих технологий на окружающую среду;

- оценить проблемы использования возобновляемых источников энергии и энергосберегающих технологий в нашей стране, сделать обоснованный выбор путей совершенствования действующих и создания новых технологий;

-на основе законодательных и нормативных актов с учетом базовых знаний по фундаментальным и прикладным дисциплинам запроектировать установки по использованию возобновляемых источников энергии, учитывая их возможное негативное воздействие на окружающую среду;

-разработать рекомендации по созданию когенерационных установок на базе котельных , выбрать и рассчитать оборудование для автономной генерации электроэнергии с целью повышения надежности выработки тепловой энергии.

Владеть:

-знаниями о состоянии топливно-энергетических ресурсов в мире и в России, специ-

5

фикой энерготехнологического комбинирования технологических процессов;

-концепцией замещения органического топлива горючими отходами технологических процессов при условии обеспечения технологической и экологической безопасности процесса горения;

-технологией проектирования ресурсосберегающего оборудования, способами техни- ко-экономического и экологического обоснования предложенных энергоресурсосберегаю-

щих технологий и оборудования; - пониманием проблем стабилизации процесса горения при использовании суще-

ствующих топочных камер в качестве инсинераторов, методикой расчетов процесса сжигания различного вида отходов в топочных камерах котлов и печей.

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные теоретические знания, выявить проблемы использования возобновляемых источников энергии и энерготехнологического комбинирования технологических процессов, укрепить практические навыки расчета и обоснования энерго и ресурсосберегающих технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Энерго-ресурсосберегающие технологии. Общие сведения.

Методы оценки эффективности использования энергоресурсов. Классификация ре- сурсосбере-гающих и энергосберегающих технологий. Перспективные направления развития энерго-ресурсосберегающих технологий.

2.Проблемы и перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Использование солнечной энергии с целью замещения органического топлива. Перспективные гелиоустановки. Схема гибридной солнечной установки для получения тепловой и электрической энергии. Фотоэлектрические элементы. Преимущества, недостатки. Основы расчета. Перспективные способы использования геотермальной энергии. Проблемы использования ветровой и солнечной энергии.

3.Эффективные способы энерготехнологического комбинирования технологических процессов.

Комплексное ступенчатое использование теплоты уходящих газов. Виды теплоутилизационного оборудования. Теплотехнические и эксплуатационные характеристики энергосберегающего оборудования. Основы расчета.

4. Перспективы комплексного использования отходов производства и потребления для получения тепловой и электрической энергии

Совершенствование топочных камер котлов и газогенераторов для утилизации отходов. Использование энергетического потенциала отбросных газов и отходов в качестве топлива для когенерационных установках на базе промышленных котельных.

5. Перспективы комплексного использования отходов производства и потребления для получения тепловой и электрической энергии

Совершенствование топочных камер котлов и газогенераторов для утилизации отходов. Использование энергетического потенциала отбросных газов и отходов в качестве топлива для когенерационных установках на базе промышленных котельных.

6

6. Перспективы создания когенерационных технологий на базе котельных установок

Когенерационные технологии. Сущность процесса когенерации? Виды когенерационных установок. Преимущества и недостатки различных видов электрогенераторов. Схемы когенерационных установок. Реконструкция котельных в мини-ТЭЦ на основе паровых турбин, газовых турбин, поршневых двигателей. Преимущества и недостатки различных видов мини-ТЭЦ на базе котельных установок. Расчет окупаемости мини-ТЭЦ.

7. Технико-экономическое обоснование повышения энергоэффективности и экологической безопасности теплоэнергетических установок за счет использования энергосберегающих технологий

Способы техникоэкономического обоснования энергосберегающего оборудования и установок. Расчет окупаемости возобновляемых источников энергии. Расчет экологических показателей энерго-ресурсосберегающих технологий

1.3 Порядок освоения материала

Студенты предварительно знакомятся с программой курса; в качестве раздаточного материала выдается «Перечень практических занятий», озвучивается основной и дополнительный список рекомендуемой литературы, включающий учебники, учебные пособия по дисциплине, выдается задание на подготовку реферата. В течение курса со студентами проводятся семинары - дискуссии, индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения индивидуальных расчетных заданий.

Весь часовой объем курса делится на академический (аудиторный) и самостоятельный. Основными формами реализации дисциплины являются практические занятия, а также формы самостоятельной работы: подготовка к семинарам - дискуссиям, практическим занятиям, выполнение РГР, подготовка к экзамену.

2. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 36 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий , на которых рассматриваются научные основы изучаемых процессов и учебных занятий по расчету и обоснованию энерго и ресурсосберегающих технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Практические занятия направлены на освоение теоретических знаний и выработку умений и навыков самостоятельного решения технических задач по предлагаемым темам. Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинара-дискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, написании реферата и подготовке к экзамену.

Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть реко-

7

мендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике, в ходе которой студенты отвечают на вопросы, представленные в разделе 2.2. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при подготовке реферата.

В процессе проведения практических занятий используются различные методики и формы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем и технических решений на доске, тестирование, обучающие игры. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

2.2. Вопросы по тематике семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинарудискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной тематике. Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются

оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

2.3. Содержание и порядок выполнения практических заданий

ЗАНЯТИЕ №1

СЕМИНАР - ДИСКУССИЯ Тема: Перспективные направления развития энерго-ресурсосберегающих технологий

Экспресс-опрос по направлениям развития энерго-ресурсосберегающих технологий, в том числе на основе знаний, полученных в рамках учебного плана бакалавриата [1,2,3]:

-что такое энергетический потенциал вещества и как оценить потенциальную возможность и целесообразность использования данного вещества в качестве источника энергии?

-приведите классификацию источников энергии и оцените их ресурсы по степени освоенности и их значению для энергоснабжения промышленных предприятий и жилых массивов;

8

-приведите структуру мировых ресурсов органического топлива по результатам современных исследований в мире;

-какие из направлений развития энерго-ресурсосберегающих технологий Вам известны и какие из них признаны наиболее перспективными? Какие способы энергосбережения изуче-

ны Вами в рамках учебного плана бакалавриата; - в чем заключаются проблемы использования солнечной, ветровой энергии и энергии термальных вод?

Примечание: занятия проводятся в компьютерном классе с целью поиска информации, дополнительной к знаниям, полученным в рамках учебного плана бакалавриата; полученная информация анализируется и добавляется к классификационным характеристикам источников энергии и направлениям развития энерго-ресурсосберегающих технологий. С учетом дополнительной информации разрабатывается классификация энергоресурсосберегающих технологий с целью последующего более глубокого изучения с целью выполнения технологических расчетов энергосберегающего оборудования и технологий.

ЗАНЯТИЕ №2

СЕМИНАР – ДИСКУССИЯ

Тема: Методы оценки эффективности использования энергоресурсов

В ходе дискуссии по предложенной теме необходимо проанализировать предложенную информацию [1,2,3] и сформировать мнение по следующим вопросам:

-назовите известные Вам методики оценки эффективности использования энергоресурсов;

-является ли достаточной эффективность использования энергоресурсов в настоящее время?

-охарактеризуйте потери теплоты при использовании энергетического потенциала органического топлива;

-как определить энергетический потенциал продуктов сгорания топлива на выходе из топливосжигающей установки?

-какова доля использования вторичных энергоресурсов в мире и России?

-какова доля использования возобновляемых источников энергии в мире и России?

-каковы проблемы использования возобновляемых источников энергии в России?

ЗАНЯТИЯ № № 3-6

Тема: Определение возможности и эффективности использования энергетического потенциала солнечной энергии с целью замещения органического топлива в промышленности (на примере покрытия расхода теплоты на нужды горячего водоснабжения гальванического цеха)

Исходные данные:

-местоположение промышленного предприятия;

-климатологические данные, включая широту местности;

-параметры исходной воды и нагреваемой воды

9

Расчет производится в соответствии с [4,5,6] в следующей последовательности:- определяется необходимое количество теплоты на нужды горячего водоснабжения гальванического цеха с построением графика изменения расхода теплоты на горячее водоснабжение по месяцам года;

- оценивается располагаемое количество солнечной энергии по месяцам года (среднемесячное избыточное поступление суммарной Е и диффузионной Ев солнечной радиации) и составляется таблица поступления теплоты;

-выбираются несколько марок различных по конструкции и принципу действия солнечных коллекторов (отечественные плоский неселективный с двухслойным остеклением и штампованным абсорбером КСЭ НПК-2, вакуумированный стеклянный трубчатый коллектор ВСТК производства Братского завода отопительного оборудования, а также минимум 1- импортный)

-выполняется расчет необходимой площади поверхности солнечных коллекторов, составляется график зависимости площади поверхности коллекторов от месяца и рассчитывается требуемое количество каждого из принятых ранее коллекторов;

-проводится расчет количества полезной энергии, отдаваемой солнечными коллекторами по месяцам с построением графика;

-оценивается эффективность установки системы солнечного теплоснабжения путем расчета сезонного КПД и суммарного количества теплоты, выработанной установкой; составляется график изменения мгновенного КПД, выбранного коллекторами по месяцам;

-строится годовой график изменения количества поступающей солнечной энергии и тепловой нагрузки теплоснабжения;

-разрабатывается принципиальная тепловая схема горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии;

-подбирается вспомогательное оборудование – бак-аккумулятор, теплообменник и др.;

-выполняется технико-экономическое обоснование принятых выриантов и выбирается оптимальный.

ЗАНЯТИЯ №№ 7-8

Тема: Проблемы энерготехнологического комбинирования технологических процессов

ЗАНЯТИЕ №7

СЕМИНАР-ДИСКУССИЯ

Рассматриваются способы энерготехнологического комбинирования технологических процессов, схемы использования энергетического потенциала высокотемпературных и среднетемпературных источников теплоты [7,8], а также современное теплоутилизационное оборудование [9,10, Приложение1]; анализируются теплотехнические и эксплуатационные характеристики теплоутилизаторов, основы расчета энергосберегающего оборудования и способы выполнения технико-экономической и экологической оценки [11,12,14].

Входе семинара студенты дискутируют по следующим вопросам:

-приведите наиболее эффективные способы использования высокотемпературного потенциала промышленных печей;

-какое оборудование используется в качестве теплоутилизационного за промышленными печами?

10